Réactions de réductions de type Clemmensen en absence de mercure

Dans le cas de l’optimisation de l’o-crésol, cette partie est dissociée des chapitres précédents. Lors des réactions d’éthérifications réductrices précédentes, le rendement maximal observé est de 73 % pour la réaction entre le salicylaldéhyde et l’éthanol (voir 2)

Réactions d’éthérifications réductrices, page 63). La conversion étant quasi-totale dans la

plupart des cas, ce rendement s’explique par la formation d’un autre produit, concurrent à celui provenant de l’éthérification réductrice, l’o-crésol. Ce produit est formé par une réaction de réduction de type Clemmensen sur le salicylaldéhyde (Schéma 33).

Schéma 33 : Réduction de type Clemmensen sur le salicylaldéhyde.

Les conditions habituelles de la réduction de Clemmensen sont généralement l’utilisation d’un amalgame de zinc et de mercure, de l’acide chlorhydrique et un chauffage du milieu réactionnel. Ici, il semblerait que le mercure ne soit plus nécessaire et l’acide chlorhydrique a été remplacé par acide moins fort et naturel, l’acide acétique. Un cas de réduction de Clemmensen en absence de mercure a déjà été reporté, mais uniquement sur des cétones dans les travaux de Bulavka¹⁵¹.

Afin d’éliminer la concurrence de la réaction d’éthérification réductrice, la première étude réalisée a porté sur l’influence du solvant, afin de supprimer l’éthanol (Graphe 8).

Lorsque la réaction est effectuée dans un alcool comme l’éthanol ou le butanol, la réaction est totale, mais en concurrence avec l’éthérification réductrice. Ainsi, nous n’obtenons que des rendements compris entre 44 et 48 % (Graphe 8).

Lors de l’utilisation de THF, d’acide acétique, d’acétate d’éthyle, de cyclohexane ou en absence de solvant, nous observons que la réaction se fait très mal. Il reste entre 49 et 68 % de substrat, tandis que le produit n’est formé qu’entre 2 et 16 % (Graphe 8).

Enfin, deux solvants entraînent un problème de récupération des produits, il s’agit de l’eau et du glycérol. Dans ces deux cas, nous ne récupérons qu’environ 20 % du milieu réactionnel, majoritairement l’o-crésol souhaité, mais 80 % de la matière n’a pas été observée. Malgré l’utilisation d’ultrasons à la fin de la réaction, d’ajout de différents acides et de lavages du zinc, les rendements n’ont pas été améliorés (Graphe 8).

Graphe 8 : Influence du solvant sur la synthèse de l'o-crésol. En vert, les conditions choisies.

Un solvant semble fournir un compromis entre la formation du produit désiré et la non-compétition avec d’autres réactions, il s’agit du toluène. Dans le cas de l’utilisation de toluène, la conversion est incomplète, mais le produit est tout de même formé. Sur le rendement total, une moitié est de l’o-crésol et l’autre du salicylaldéhyde. Ainsi, une amélioration des conditions réactionnelles est possible (Graphe 8).

Le premier paramètre étudié a été la température (Schéma 34).

Schéma 34 : Conditions réactionnelles pour l'étude de l'influence de la température sur la

synthèse de l'o-crésol.

Ainsi, cette dernière a été augmentée par des paliers de 10 °C jusqu’à atteindre 190 °C (Graphe 9). 44% ^48% 19% ^23% 2% 4% 4% 11% 16% ^38% 0% ^0% 1% ^1% 62% 68% 62% 67% 49% 34% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Rendements Solvants

Graphe 9 : Influence de la température sur la synthèse de l'o-crésol. En vert, les conditions choisies.

La réaction a été réalisée plusieurs fois à chaque température et il est apparu que les résultats perdaient en reproductibilité avec l’augmentation de la température. À 150 °C, le rendement de 41 % en o-crésol varie peu. Toutefois, à 160, 170 et 190 °C, les rendements présentent plus de variations tout en étant plus bas que celui obtenu à 150 °C. Seule une température à 180 °C provoque peu de variations et un rendement de même ordre de grandeur que celui observé à 150 °C (Graphe 9).

On n’observe ainsi aucune amélioration notable du rendement en o-crésol lors de l’augmentation de la température de réaction (Graphe 9).

Un autre phénomène a également été observé lors de l’augmentation de la température, la pyrolyse du milieu réactionnel. En effet, lors d’un essai à 200 °C, une montée en pression entraînant l’arrêt d’urgence des micro-ondes a été observée à une température de 196 °C. Par la suite, le même phénomène a été observé à une température de seulement 160 °C. Ces montées en pression ont produit la dégradation du milieu réactionnel, provoquant ainsi l’arrêt de l’étude de l’influence de la température.

La température étant fixée à 150 °C, le temps de réaction a été modifié afin d’évaluer son influence sur la production d’o-crésol (Schéma 35).

41% _{29% 36%} 45% ^38% 22% _{32% 26%} 6% ^15% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 150 160 170 180 190 Rendements Températures (°C)

Influence de la température sur la synthèse de l'o-crésol

Sali o-crésol

Salicyl- aldéhyde

Schéma 35 : Conditions réactionnelles pour l'étude de l'influence du temps de réaction sur la

synthèse de l'o-crésol.

Les rendements en o-crésol augmentent légèrement avec le temps de réaction jusqu’à 35 minutes. Au-delà, on observe un plafonnement du rendement (Graphe 10).

Graphe 10 : Influence du temps de réaction sur la synthèse de l'o-crésol. En vert, les conditions permettant un rendement maximal.

38% 41% 53% ^{59% 61%} 34% 27% 15% 10% 12% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 15 20 25 30 35 Rendements Temps (minutes)

Influence du temps de réaction sur la synthèse d'o-crésol

Sali o-crésol

Salicyl- aldéhyde

Les conditions les plus favorables à la synthèse de l’o-crésol à partir de salicylaldéhyde sont donc les suivantes :

 Toluène

 3 équivalents de zinc

 3 équivalents d’acide acétique

 Une irradiation aux micro-ondes durant 35 minutes  Une température de 150 °C

Toutefois, ces conditions réactionnelles n’offrent qu’un rendement maximal de 61 %, avec une marge aléatoire non négligeable. De plus, l’utilisation de toluène n’est pas en accord avec les principes d’une synthèse éco-compatible. Cette synthèse n’a ainsi pas pu être optimisée autant que désirée. Le problème de récupération des produits lors de l’utilisation de l’eau comme solvant n’a pas trouvé de solution. L’eau est, en plus d’être un solvant vert, un solvant adéquat pour les réactions en micro-ondes. L’utilisation du toluène peut aussi être la source du problème de reproductibilité de la réaction. Solvant non polaire, il n’absorbe pas les micro-ondes. Ces micro-ondes sont alors uniquement absorbées par les réactifs, entraînant des phénomènes de surchauffe et de points chauds comme observés lors de l’évaluation de l’influence de la température. Cela s’explique également par la manière de mesurer la température. Ici, la sonde de température est externe. Or, le zinc, sous micro-ondes, peut atteindre une température de l’ordre de 500 °C.

Il est tout de même intéressant de noter que les métriques de chimie verte mesurées présentent des valeurs satisfaisantes (Tableau 18).

Tableau 18 : Métriques de chimie verte pour la réaction de type Clemmensen du

salicylaldéhyde en o-crésol dans les conditions réactionnelles optimisées.

EC Eat ρ Em EMR

61 % 54 % 98 % 0,87 54 %

Les économies de carbones et d’atomes sont ici de 61 et 54 %, le rendement de 98 %, l’efficacité massique de réaction de 54 % et le facteur environnemental de 0,87. Ces valeurs s’expliquent par l’absence de co-réactif dans la réaction.