Le 5,5-Diphénylhydantoïne
Nous allons ici nous intéresser à la synthèse d’une molécule présentant une activité thérapeutique particulière.
I. Présentation
1. La molécule

Fig. 1: le 5,5-diphénylhydantoïne
Selon la nomenclature IUPAC, il s’agit du 2-hydroxy-5,5-diphényl-1H-imidazol-4(5H)-one. Mais comme la nomenclature officielle est tout de même assez lourde, nous définirons cette molécule comme la 5,5-diphénylhydantoïne. Il s’agit donc d’un dérivé de l’hydantoïne (imidazolidine-2,4-dione) :

Fig. 2 : hydantoïne
Plongeons directement dans la chimie en indiquant que cette molécule est en équilibre avec sa forme tautomère selon la réaction :

Fig. 3 : équilibre tautomérique
2. Mode d’action
Cette molécule est définie comme médicament du système nerveux central et est utilisée majoritairement en tant qu’anticonvulsivant.
Cette action résulterait des deux phénomènes :
- baisse de la neurotransmission excitatrice : on diminue les messages nerveux d’excitation avec pour conséquence une relaxation du patient
- augmentation de l’effet inhibiteur du GABA (acide gama amino butyrique).
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Fig. 4 : GABA
En effet, le GABA peut se fixer sur certains récepteurs membranaires avec pour conséquence l’ouverture des canaux ioniques et avec entrée d’ions Cl- dans le milieu intracellulaire. Cette entrée d’ions chlorure a un effet, en autre, anticonvulsivant. En augmentant l’effet du GABA, la 5,5-diphénylhydantoïne permet de lutter contre les crises d’épilepsie.
Nous pourrons noter d’autres action biologiques : accélération de la cicatrisation, effet anti-arythmisant au cours des intoxications digitaliques, névralgies faciales.
Cette molécule est souvent présentée commercialement sous sa forme sodique injectable ou alors sous forme de comprimés.
3. Schéma de synthèse
Alors que d’un point de vue industrielle, on la synthèse plutôt par condensation de l’urée avec l’acide diphénylglycolique, nous ferons régir le benzile avec l’urée.
Nous suivrons le schéma de synthèse suivant :

Fig. 5 : Schéma général de synthèse
1. Matériels et produits nécessaires
Note sur les réactifs :
Le benzaldéhyde s’oxyde facilement à l’air en acide benzoïque que l’on retrouve sous forme de cristaux blanc sur le haut des vieilles bouteilles. Cet acide peut modifier le pH du milieu réactionnel et donc entraîner une baisse importante du rendement.
Il sera donc préférable d’utiliser une bouteille fraîchement ouverte ou bien de distiller le benzaldéhyde avant utilisation.
Le chlorhydrate de thiamine est sensible à la chaleur et en milieu alcalin. Il devra donc être stocké au réfrigérateur et on n’ajoutera au milieu réactionnel que la quantité précisée de soude.
2. Mode opératoire
5’ A ce niveau, il est également possible de laisser le mélange réactionnel à température ambiante durant 48 heures sous agitation.
Il faut noter que la vitesse de réaction double environ tous les 10°C.
3. Résultats et discussion
La benzoïne se présente sous la forme de cristaux blancs, fondant à 137°C.

Fig. 6 : Cristaux de benzoïne

Fig. 7 : condensation benzoïne
Comme nous pouvons le voir, l’intérêt de cette réaction résulte en la création d’une liaison entre deux carbones.
Cette réaction peut être réalisée sous l’action d’un catalyseur : l’ion cyanure CN- et nous étudierons tout d’abord cette réaction avant d’expliquer celle faisant intervenir la thiamine.
Cyanure VS Thiamine
a. Le cyanure
Le cyanure possède trois fonctions intéressantes mises à profit dans cette réaction :
- c’est un nucléophile
- il augmente l’acidité du proton placé en α
- c’est un groupe partant
Le mécanisme réactionnel est le suivant :

Fig. 8 : condensation par le cyanure
Cependant, si cette réaction a été très étudiée depuis plus d’un siècle, l’utilisation du cyanure présente un inconvénient non négligeable : sa toxicité. En effet, le cyanure de potassium est un poison particulièrement violent. Quand au cyanure d’hydrogène (HCN – gazeux), la mort peut survenir après une exposition de quelques minutes à une concentration de 300 ppm (parties par millions)…
En résumé, sauf si on ne peut faire autrement, on évitera de manipuler du cyanure.
La vitamine B1 est donc une alternative simple, peu coûteuse et surtout sure, à l’utilisation du cyanure.
b. La vitamine B1
On ne peut définir avec précisions le terme de vitamine du point de vue structural, tant les fonctions chimiques présentes peuvent être variées, que du point de vue de leur mode d’action.
On pourra en revanche considérer que ce sont des substances nécessaires à la vie et dont l’organisme ne peut en faire la synthèse. La source de ces vitamines est donc l’alimentation.
On désigne par le terme vitamine du groupe B des vitamines hydrosoluble.
Telle par exemple la vitamine B1 aussi connue sous le nom de thiamine, aneurine ou encore vitamine antiberbérique.
Ainsi, cette vitamine fut découverte à la fin du XIXème
siècle par un médecin hollandais Christiaan Eijkman. Il réussit à traiter
une maladie très répandue en Extrême-Orient, le berbérie en donnant aux
malades du son de riz décortiqué.
En 1912, Casimir Funk, reprenant les travaux de son prédécesseur, isola une
substance de l’écorce du riz : la vitamine B1.
D’un point de vue purement chimique, elle est formée par association d’un cycle pyrimidique (en bleu) et d’un cycle thiazolique (en rouge).

Fig. 9 : Vitamine B1
La thiamine se retrouve dans la viande de porc, le foie des animaux, dans le lait et ses dérivés, dans le jaune d'œuf, dans l’enveloppe et l’embryon des grains de céréales et dans la levure de bière.
Elle exerce un rôle important dans le métabolisme des glucides (assimilation des sucres) par l’action d’un des dérivé de la thiamine : son ester pyrophosphorique.

Fig. 10 : Ester pyrophosphorique de la thiamine
En effet, l’organisme humain produit à partir des glucides de l’acide pyruvique qui doit être dégradé. C’est justement le rôle du pyrophosphate de thiamine selon la réaction :

Fig. 11 : action de la vitamine B1
Nous pouvons noter que dans l’organisme, l’acétaldéhyde n’est pas libéré par l’enzyme mais oxydé en acétylcoenzyme, nécessaire à d’autres réactions biochimiques.
L’étude du mécanisme d’action in vivo de la thiamine à permis de mettre en évidence le départ d’un proton relativement acide du cycle thiazolique, ce qui mène à un carbocation (espèce nucléophile) pouvant attaquer un groupe carbonyle.
C’est pourquoi on peut dire que la thiamine est un analogue biochimique au cyanure.
La thiamine exerce également un rôle dans la transmission de l’influx nerveux : elle contribue d’une part à la synthèse de l’acétylcholine et inhibe d’autre part la cholinestérase au niveau des synapses neuro-neuroniques et des terminaisons neuro-musculaires.
Une carence en thiamine peu aboutir au béribéri et à des perturbations du système nerveux (polynévrites) plus ou moins graves.
Les besoins quotidiens varient entre 1 et 2 mg suivant la personne. A noter que cette vitamine possède une faible toxicité puisque des prises allant jusqu’à 100 mg par voie buccale ont pu être prescrites.
c. Action de la vitamine B1 sur le benzaldéhyde
Comme nous l’avons vu précédemment, le mode d’action de la thiamine sur le benzaldéhyde est proche du mode d’action physiologique : arrachement d’un proton acide puis réaction entre le carbocation formé et le groupe carbonyle.

Fig. 12 : condensation catalysée par la vitamine B1
Le rendement de la manipulation catalysée par la vitamine B1 est couramment de l’ordre de 40 à 50 % après recristallisation.
d. Analyses
L’analyse peut se faire par la prise du point de fusion.
Le spectre infrarouge du produit nous renseigne surtout sur la présence d’une fonction alcool (3377 cm-1) et d’une cétone conjuguée (1678 cm-1).
Le spectre RMN est disponible ici.
Le spectre de masse est disponible ici.
4. Produits utilisés
- Benzaldéhyde : C7H6O ; Nocif.
Risque : R 22 : Nocif en cas d’ingestion.
Conseils de prudence : S 24 : Eviter le contact avec la peau.
- Benzoïne : C14H12O2 ; Irritant léger.
- Vitamine B1 : C12H17ClN4OS . HCl ; Aucun danger particulier.
- Soude : NaOH ; Corrosif
Risque : R 35 : Provoque de graves brûlures.
Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste
S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage.
S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).
- Ethanol : C2H5OH ; Facilement inflammable.
Risque : R 11 : Facilement inflammable.
Conseils de prudence : S 7 : Conserver le récipient bien fermé.
S 16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles. Ne pas fumer.
III. Synthèse du benzyle
1. Par l’acide nitrique.
a. Matériel et produits nécessaires
b. Mode opératoire
Si on ne dispose pas de plaque CCM, on laissera la réaction se poursuivre durant 1 h 30 minutes. De plus, on pourra situer la fin de la réaction au moment où les vapeurs rouges n’apparaiteront plus.
c. Produits utilisés
- Acide nitrique concentré : HNO3 ; Corrosif
Risque : R 35 : Provoque de graves brûlures
Conseils de prudence : S 23.2 : Ne pas respirer les vapeurs
S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et adondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste
S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/ du visage.
S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).
- Acide acétique glacial : CH3CO2H ; Inflammable, corrosif
Risque : R 10 : Inflammable.
Conseils de prudence : S 23 : Ne pas respirer les vapeurs.
S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et adondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste
S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).
- Benzoïne : C14H12O2 ; Irritant léger.
- Benzyile : C14H10O2 ; Irritant
Risque : R 36/38 : Porter un appareil de protection approprié et un appareil de protection du visage.
- Dichlorométhane : CH2Cl2 ; Nocif
Risque : R 40 : Effet cancérogène suspecté ; Preuves insuffisantes.
Conseils de prudence : S 23 : Ne pas respirer les vapeurs.
S 24/25 : Eviter le contact avec la peau et les yeux
S 36/37 : Porter un vêtement de protection et des gants appropriés.
- Ethanol : C2H5OH ; Facilement inflammable
Risque : R 11 : Facilement inflammable.
Conseils de prudence : S 7 : Conserver le récipient bien fermé.
S 16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles. Ne pas fumer.
2. Par l’acétate de cuivre.
Une alternative à l’utilisation d’acide nitrique concentré (corrosif) est proposée. Il s’agit d’une oxydation par l’acétate de cuivre dans l’acide acétique glacial avec activation par micro-ondes.
a. Matériel et produits nécessaires
9. Ethanol 95°
b. Mode opératoire
c. Produits utilisés
- Acétate de cuivre : (CH3CO2)2Cu ; Nocif, irritant, dangereux pour l’environnement.
Risque : R 22 : Nocif en cas d’ingestion
R 41 : Risque de lésions oculaires graves
R 50/53 : Très toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique.
Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.
S 39 : Porter un appareil de protection des yeux / du visage
S 61 : Eviter le rejet dans l’environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité.
- Acide acétique glacial : CH3CO2H ; Inflammable, corrosif
Risque : R 10 : Inflammable.
Conseils de prudence : S 23 : Ne pas respirer les vapeurs.
S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et adondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste
S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).
- Benzoïne : C14H12O2 ; Irritant léger.
- Benzyile : C14H10O2 ; Irritant
Risque : R 36/38 : Porter un appareil de protection approprié et un appareil de protection du visage.
- Ethanol : C2H5OH ; Facilement inflammable
Risque : R 11 : Facilement inflammable.
Conseils de prudence : S 7 : Conserver le récipient bien fermé.
S 16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles. Ne pas fumer.
3. Résultats et discussion.

Fig. 12 : Oxydation de la benzoïne en benzile
Le benzile se présente sous la forme de cristaux jaune, fondant à 95°C.

Fig. 13 : Cristaux de benzile
Lors de l’oxydation par l’acide nitrique, les rendements tournent autour de 95 %.
Il s’agit ici d’une classique réaction d’oxydation d’un alcool en dérivé carbonylé correspondant (ici une cétone).
Elle peut être réalisée par divers oxydants : acide nitrique, trioxyde de chrome CrO3…
Dans le cas de l’oxydation à l’acide nitrique, le mécanisme suivant a été proposé :

Fig. 14
Suivie de la transformation de l’ion sortant en NO2 (g) :

Fig. 15
Ce mécanisme explique la formation de NO2 (g) lors de la réaction et l’arrêt de cette émission de gaz lorsque la réaction touche à sa fin.
On peut lire dans de nombreux mode opératoire d’oxydation de la benzoïne par l’acide nitrique que l’agitation doit être continue.
Mais cela entraîne la formation d’un produit de qualité inférieure avec un rendement inférieur (de l’ordre de 75 %). Ceci est très probablement due au fait que le benzile est insoluble dans l’acide nitrique et se sépare au fur et à mesure de sa formation.
Sous agitation, le benzile formé est remis en contact intime avec l’acide nitrique qui pourra l’oxyder ou le nitrer, faisant chuter le rendement et la qualité du produit.
Lors de l’oxydation sous irradiation par micro-ondes, nous obtenons un rendement moyen de 85 % pour un temps de réaction de 2 minutes et demi, ce qui est un gain très appréciable par rapport à l’oxydation par l’acide nitrique.
La solution initialement bleue verdit par la formation de benzile jaune et d’oxyde de cuivre rouge brique CuO.
La réduction du cuivre pouvant même aller jusqu’à la formation de cuivre métallique.
Analyses :
Le point de fusion renseigne sur la pureté du produit.
Le spectre infrarouge nous montre bien la disparition de la fonction alcool présente dans la benzoïne.
IV. Synthèse du 5,5-diphénylhydantoïne
Le produit que l’on cherche à synthétiser possède une action thérapeutique puissante (anticonvulsivante). Des gants devront être portés en permanence afin d’éviter tout contact avec le composé.
1. Matériel et produits nécessaires
2. Mode opératoire
Le produit précipite.
3. Résultats et discussion

Fig. 16 : Schéma de synthèse

Fig. 17 : Cristaux de 5,5-diphénylhydantoine
Le 5,5 diphénylhydantoine se présente sous la forme de cristaux blancs, fondant entre 295 et 298°C.
Le mécanisme d’action de l’urée sur le benzile en milieu basique est le suivant :

Fig.18
Le précipité qui peut parfois se former lors de la réaction est le diphénylacétylène diuréide.
Analyses :
Le spectre infrarouge nous montre la présence d’une fonction alcool associée (3206 cm-1).
Le spectre de masse est disponible ici.
Le spectre RMN est disponible ici.
4. Produits utilisés
- Benzyile : C14H10O2 ; Irritant
Risque : R 36/38 : Porter un appareil de protection approprié et un appareil de protection du visage.
- Urée : CH4N2O
- Potasse : KOH ; Corrosif
Risque : R 22
R 35
Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste
S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage
S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette)
- Ethanol : C2H5OH ; Facilement inflammable
Risque : R 11 : Facilement inflammable.
Conseils de prudence : S 7 : Conserver le récipient bien fermé.
S 16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles. Ne pas fumer.
- Acide chlorhydrique : HCl ; Corrosif
Risque : R 34
R 37
Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste
S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage
S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette)
V. Bibliographie
- http://www.pharmacorama.com/Rubriques/Output/Acides_aminesa2.php
- http://www.biam2.org/www/Sub3226.html
- http://www.vitalor.com/Pages/vitamine_b1.html
- http://www.emdbiosciences.com/msds/French/5871French.pdf
- http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/direct_frame_top.cgi?lang=eng
- S. Kirkiacharain, Guide de chimie thérapeutique ; Ellipses (1996)
- Jie Jack Li, Name reactions ; Springer (2003)
- G. Valette, Précis de pharmacodynamie ; Masson & Cie (1969)
- S. Perrothon, TP de chimie organiques : Oxydation de la benzoïne en benzyle, Abbi.
- X. Bataille, E. Przedpelska, M. Ziminska, L’actualité chimique, N° 292, décembre 2005
- R. Adams, J.B. Conant, H.T. Clarke, O. Kamm, Organic syntheses – Vol I ; John Wiley &
Sons (1921)
- Index Merck, Produits chimiques et réactifs, 2002