Choix des substrats naturels

En regard des inhibiteurs externes de la quinone (QoI) (Tableau 8, page 35), différents substrats ont été identifiés comme ayant la possibilité d’avoir des similarités architecturales post-réactionnelles.

Aldéhydes et alcools naturels

Un matériau naturel est un matériau totalement ou partiellement d’origine végétale. En chimie verte, l’utilisation de substrats naturels est une nécessité pour répondre aux impératifs de développement durable. Les différents substrats choisis pour les synthèses suivantes sont donc, pour la majorité, naturels.

Le premier substrat naturel est un terpène, le citral, appelé aussi géranial, un aldéhyde naturel provenant de l’abricot, du citron, de l’orange et de plusieurs huiles essentielles121

. Le second aldéhyde, un dérivé d’acides gras, linéaire également, est le trans-hex-2-ènal, localisé dans le soja, le concombre, le sureau noir, le cassis, la pomme, la fraise ou la cerise^122,123. Enfin, le dernier aldéhyde, le plus utilisé dans ces travaux, est un aldéhyde aromatique, le salicylaldéhyde. C’est un aromatisant provenant du sarrasin et de la cannelle2

. Il est produit industriellement par une réaction de Reimer-Thiemann à partir de phénol et de chloroforme en présence de d’hydroxyde de sodium ou de potassium sous chauffage124

(Schéma 3).

Schéma 3 : Structures chimiques des aldéhydes naturels utilisés comme substrats.

Trois alcools linéaires ont également été choisis comme substrats dans ces travaux, l’éthanol, le butanol et l’hexanol. L’éthanol est l’alcool le plus courant, il provient de la fermentation de différents fruits, généralement de raisins, à l’aide d’enzymes en anaérobie¹²⁵. Le butanol, alcool composé d’une chaîne à quatre atomes de carbone, est également le fruit d’une fermentation microbienne126

. Enfin, les alcools composés d’une chaîne à six atomes de carbone sont les plus fréquents dans le raisin. Ainsi l’hexanol est issu de l’hexanal, lui-même issu de l’acide linoléique, acide gras saturé provenant lors de la fermentation des fruits127 (Schéma 4).

Schéma 4 : Structures chimiques des alcools naturels utilisés comme substrats.

Cas de l’o-crésol

L’o-crésol est un métabolite urinaire mineur du toluène, c’est une molécule composée d’un noyau benzénique portant une fonction hydroxyle et un groupement méthyle en position vinylique (Schéma 5).

Schéma 5 : Structure chimique de l'o-crésol¹²⁸.

Son utilisation commerciale majeure est dans la désinfection, c’est donc un composé toxique dont les empoisonnements peuvent se produire par les voies respiratoires, par voie cutanée ou par voie orale. L’o-crésol agit sur les cellules en dénaturant les protéines, entrainant leur précipitation¹²⁸. C’est un composé intermédiaire des voies de synthèses de fongicides¹. Il est produit par milliers de tonnes mondiales annuelles. L’o-crésol est un composé biodégradable, sa constante de dégradation dans le sol est estimée à 2,3 % par jour. Toutefois, l’o-crésol n’est pas biosourcé. 60 % du marché actuel provient d’extractions à partir de goudrons et de pétrole et 40 % de synthèses par alkylation entre du phénol et du méthanol¹²⁸.

Les synthèses industrielles d’o-crésol sont réalisées par méthylation à l’aide de phénol et de méthanol, nécessitant un chauffage à des températures comprises entre 300 et 460 °C pour des rendements de 60 à 85 %¹²⁸.

Schéma 6 : Voie de synthèse de l'o-crésol à partir de salicylaldéhyde¹²⁹.

Dans ce cas, l’utilisation du dihydrogène est problématique du à son caractère inflammable et explosif¹³⁰. Il est tout de même intéressant de noter que l’utilisation de dihydrogène permet de répondre au principe d’économie d’atomes exigé par la chimie verte.

La réduction de Wolff-Kishner est réalisée par Jaisankar et al.¹³¹ sous irradiations micro-ondes en présence d’une base forte, de l’hydroxyde de potassium, et d’hydrazine, réducteur dont l’efficacité est améliorée par le milieu basique. L’o-crésol est obtenu à 80 %, mais l’hydrazine est un composé inflammable, corrosif et toxique132

(Schéma 7).

Schéma 7 : Voie de synthèse de l'o-crésol à partir de salicylaldéhyde¹³¹.

La synthèse de l’o-crésol à partir de salicylaldéhyde n’est pas une réaction économiquement intéressante, car le salicylaldéhyde est un produit plus onéreux que l’o-crésol. Toutefois, la réaction sera optimisée dans ces travaux comme réaction modèle de la réduction de Clemmensen en absence de mercure sur des aldéhydes.

Les différentes conditions réactionnelles référencées à ce jour pour les synthèses de l’o-crésol à partir du salicylaldéhyde (Schéma 8) sont résumées dans le Tableau 9.

Schéma 8 : Synthèse de l'o-crésol à partir du salicylaldéhyde.

Tableau 9 : Résumé des conditions réactionnelles utilisées et des rendemens correspondants

pour la synthèse de l'o-crésol à partir de salicylaldéhyde.

Référence Conditions expérimentales ^{Rendements en}

o-crésol 133 NaBH₄, Amberlite IRA 400, Ni(OAc)₂, MeOH, reflux,

2-3 h ^{98 %}

134 H₂, Complexe de Rhodium, β-Cyclodextrine, THF,

t.a., 24 h ^{98 %}

131

N₂H₄, KOH, MW, 2 min, 150 W 80 %

135 HCO2H, HCO2Na, Complexe de Ruthénium, H2O, N2,

80 °C, 32 h ^{70 %}

129

HCO2K, 5 % Pd/C, H2O, EtOH, 20 °C, 2h. 70 %

136

PhNH2, NaBH4, MeOH, TiCl3, Li, THF, 0 °C, 22 h 48 %

Les travaux de Zahalka et al.¹³⁴ et Bandgar et al.¹³³ présentent des synthèses de l’o-crésol à partir du salicylaldéhyde avec d’excellents rendements à 98%. Toutefois, dans le premier cas le borohydrure de sodium dégage du dihydrogène par réaction avec l’humidité

Les travaux de Huang et al.¹³⁵ et Baidossi et al.¹²⁹ permettent d’obtenir de l’o-crésol avec des rendements de 70 %. Le ruthénium compris dans les complexes est actuellement supposé d’être cancérigène. La synthèse de Baidossi et al.129

est, quant à elle, correcte du point de vue de l’éco-compatibilité.

Enfin, les travaux de Talukdar et al.¹³⁶ ne forment de l’o-crésol qu’à 48 % en utilisant du borohydrure de sodium.

Dans ces travaux, nous allons tenter d’une part de synthétiser de manière éco-compatible de l’o-crésol à partir d’un aldéhyde naturel, le salicylaldéhyde, et d’autre part de fonctionnaliser les différents aldéhydes naturels selon les réactions décrites ci-après.