Fonctionnalisation du copolymère PEO-b-poly[(carbonate-CO 2 PhF 5 )–co–(ε-CL)]

Les unités carbonate du copolymère PEO-b-poly[(carbonate-CO2PhF5)–co–( -CL)]

ainsi synthétisé ont ensuite été fonctionnalisées suivant une procédure en deux étapes adaptée de la littérature (Engler et al. 2015) : (i) les groupements pentafluorophényle le long des segments polycarbonate ont _{d’abord été éliminés par réaction de la fonction ester avec un} amino-alcool, (ii) alcool lui-_{même estérifié par l’addition d’anhydride succinique qui conduit} à sa conversion en fonctions acide carboxylique sur chaque unité carbonate.

(i) Le copolymère PEO120-b-poly[(carbonate-CO2PhF5)5–co–( -CL)6] (658 mg ; 0,433 mmol

de motif carbonate-CO2PhF5) a été solubilisé dans 1 mL d’acétonitrile. Le 3-aminopropan-1-

ol (41,5 µL ; 0,543 mmol ; 1,24 équivalents) et la triéthylamine (76,5 µL ; 0,549 mmol ; 1,25 équivalents), _{dissous dans 1 mL d’acétonitrile, ont été ajoutés goutte-à-goutte à la}

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solution de copolymère. Du DMF (1,3 mL) a été ajouté afin de bien solubiliser toutes les espèces en présence, puis le mélange a été laissé sous agitation forte à 27 °C pendant 2 heures. Le copolymère a alors été _{précipité dans un grand volume d’éther diéthylique froid,} filtré et séché. Après auto-assemblage spontané _{dans l’eau des chaînes de copolymère et} diminution du pH à 4 par ajout d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique à 0,1 M, le produit obtenu, de couleur blanc cassé, a été dialysé (seuil de coupure : 1 kD) durant 20 heures contre de l’eau distillée à pH 4. Le dialysat a finalement été lyophilisé puis analysé par RMN 1_{H, comme rapporté en Figure 3.7-(B), et RMN} 19_{F dans l’eau deutérée, et par}

chromatographie d’exclusion stérique dans le DMF.

Rendement : 340 mg, 57 %. RMN 1_{H (400 MHz, TMS, D}

2O) : = 1,28 ppm (m, 12H, –

C(O)–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–O–), 1,38 ppm (s, 15H, –O–CH2–C(CH3)(carbonate-spacer-

OH)–CH2–O–), = 1,66-1,74 ppm (m, PCL : 24H, –C(O)–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–O– ;

PC : 10H, –NH–CH2–CH2–CH2–OH), = 2,42 ppm (m, 12H, –C(O)–CH2–CH2–CH2–CH2–

CH2–O–), = 3,31 ppm (m, 10H, –NH–CH2–CH2–CH2–OH), = 3,39 ppm (s, 3H, CH3–O–

CH2–CH2–O–), = 3,61 ppm (m, 12H, –NH–CH2–CH2–CH2–OH), = 3,71 ppm (s, 480H, –

O–CH2–CH2–O–), = 4,12-4,18 ppm (m, 12H, –C–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–O–), = 4,25-

4,32 ppm (m, 20H, _–O–CH2–C(CH3)(carbonate-spacer-OH)–CH2–O–). RMN 19F (400 MHz,

TMS, D2O) : = -78,88 ppm (3F, CF3SO3H). Ð = 1,24.

(ii) Le copolymère PEO120-b-poly[(carbonate-spacer-OH)5–co–( -CL)6]

(340 mg ; 0,245 mmol de motif carbonate-spacer-OH) fraîchement obtenu a été séché par trois azéotropes successifs dans le toluène anhydre puis remis en solution dans 1 mL de DMF anhydre à 45 °C. La triéthylamine distillée (200 µL ; 1,43 mmol ; 5,86 équivalents) a été ajoutée sous flux d’azote dans le tube à réaction, puis l’anhydride succinique (137 mg ; 1,37 mmol ; 5,59 équivalents). Le mélange réactionnel a été laissé sous agitation vigoureuse à 45 °C pendant une nuit. Initialement de couleur rose-orangée, il a rapidement pris une coloration mauve avant de devenir noir. Une fois le réacteur revenu à température ambiante, le copolymère a été précipité dans l’éther diéthylique froid, filtré, séché sous vide et analysé par RMN 1_{H, comme rapporté en Figure 3.7-(C), et RMN} 19_{F dans le DMF deutéré, et par}

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RMN 1_{H (400 MHz, TMS, DMF) : = 1,29 ppm (m, 12H, –C(O)–CH}

2–CH2–CH2–CH2–

CH2–O–), 1,39 ppm (s, 15H, –O–CH2–C(CH3)(carbonate-spacer-COOH)–CH2–O–),

= 1,65 ppm (m, 24H, _–C(O)–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–O–), = 1,84 ppm (m, 10H, –NH–

CH2–CH2–CH2–OH), = 2,35 ppm (m, 12H, –C(O)–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–O–),

= 2,58 ppm (m, 20H, –CO(O)–CH2–CH2–COOH), = 3,31 ppm (m, 10H, –NH–CH2–CH2–

CH2–O–), = 3,38 ppm (s, 3H, CH3–O–CH2–CH2–O–), = 3,64 ppm (s, 480H, –O–CH2–

CH2–O–), = 4,06-4,14 ppm (m, PCL : 12H, –C(O)–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–O– ;

PC : 10H, –NH–CH2–CH2–CH2–O–C(O)–), = 4,22-4,27 ppm (m, 20H, –O–CH2–

C(CH3)(carbonate-spacer-COOH)–CH2–O–). RMN 19F (400 MHz, TMS, DMF) :

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(A)

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(C)

Figure 3.7 : Spectre RMN 1_{H des copolymères}

(A) PEO120-b-poly[(carbonate-CO2PhF5)5–co–( -CL)6] (TMS, 400 MHz, CDCl3)

(B) PEO120-b-poly[(carbonate-spacer-OH)5–co–( -CL)6] (TMS, 400 MHz, D2O),

(C) PEO120-b-poly[(carbonate-spacer-COOH)5–co–( -CL)6] (TMS, 400 MHz, DMF)

Une fonctionnalisation directe en une seule étape des unités carbonate du copolymère à l’aide d’un acide aminé tel que la β-alanine ou l’acide 6-aminohexanoïque a été testée, conduisant irrémédiablement à une dégradation précoce importante du copolymère. Les amines primaires étant en effet susceptibles, de par leurs propriétés nucléophiles, de dégrader les polyesters électrophiles, la dégradation des unités ester le long des séquences en polycaprolactone et en polycarbonate entre en compétition avec la fonctionnalisation du groupement ester activé pendant. Les résultats expérimentaux suggèrent que la dégradation, plus rapide que la fonctionnalisation, ne peut être évitée dans ces conditions. Il a donc été décidé de procéder en deux étapes, tel que décrit dans le paragraphe précédent, ce qui conduit à une fonctionnalisation effective des unités carbonate du copolymère. La première étape de fonctionnalisation fait appel à un léger excès de 3-aminopropan-1-ol de façon à favoriser une fonctionnalisation quantitative, sans pour autant risquer de dégrader la PCL par un trop large

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excès d’amine. Notons par ailleurs que la substitution au niveau de l’ester activé des chaînes polycarbonate est prioritaire sur une éventuelle fonctionnalisation des chaînes PCL du fait de la grande électronégativité des atomes de fluor. La substitution des groupements pentafluorophényle en faveur du 3-aminopropan-1-ol _{voit l’apparition de trois nouveaux} signaux en RMN 1_{H dans l’eau deutérée à des déplacements chimiques de 1,74 ppm (–NH–}

CH2–CH2–CH2–OH), 3,31 ppm (–NH–CH2–CH2–CH2–OH) et 3,61 ppm (–NH–CH2–CH2–

CH2–OH). Le taux de conversion est estimé en calculant l’aire sous la courbe du signal bien

défini à 3,31 ppm ou du signal à 1,74 ppm, correspondant chacun à la contribution de deux protons apportés par le 3-aminopropan-1-ol, normalisée par l’aire sous la courbe du pic des quatre protons du PEO à 3,71 ppm. La moyenne de ces deux valeurs donne 5, ce qui va bien en faveur d’une conversion quantitative à l’aide du 3-aminopropan-1-ol. En outre, des acquisitions en RMN 19_{F viennent confirmer la substitution des groupements}

pentafluorophényle. L’apparition en RMN 1_{H dans le DMF deutéré d’un singulet à 2,58 ppm}

(–CH2–O–C–O–CH2–CH2–COOH) ainsi que le blindage des deux protons (–CH2–O–C–O–

CH2–CH2–COOH) au voisinage de la nouvelle fonction ester vers des déplacements

chimiques plus élevés démontrent la conversion des fonctions alcool en carboxylate. Le taux de conversion est estimé en calculant le rapport entre l’aire sous la courbe du pic à 2,58 ppm correspondant aux quatre protons centraux apportés par l’anhydride succinique et l’aire sous la courbe du pic des quatre protons du PEO à 3,64 ppm. Le calcul donne 6, ce qui, aux incertitudes de mesures près liées à la sensibilité de la RMN, apporte la _{preuve d’une} fonctionnalisation quantitative du copolymère en deux étapes.