Greffage de l’espaceur sur le PEOT

L’étape suivante est le greffage de l’espaceur aux terminaisons du dendrimère PEOT. L’alcyne terminal présent sur la molécule d’espacement permet d’effectuer la CuAAC sur les terminaisons azotures du PEOT. Cependant, l’utilisation d’un catalyseur de cuivre est nécessaire pour enclencher la réaction de cycloaddition. En effet, la présence du cuivre permet de surmonter la barrière énergétique pour l’activation de la cycloaddition et accélère la vitesse de formation du cycle 1,2,3-triazole.75

La CuAAC est un membre dans la famille des réactions «clicks» présentées à la section 1.2.2. Elle est orthogonale, robuste et s’adapte à une grande variété de substrats.76 _{La découverte de la catalyse avec le}

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cuivre a été utile pour plusieurs domaines d’application, notamment pour l’étude de l’effet biologique du groupement fonctionnel 1,2,3-triazole77 _{ainsi que pour la synthèse de nouveaux matériaux.}78 _Plusieurs

articles de revue rassemblent l’ensemble des conditions réactionnelles rapportées dans la littérature.79,80

Grâce à ces ouvrages, il a été aisé d’adapter des conditions réactionnelles pour accomplir le conjugaison de la molécule d’espacement sur le dendrimère PEOT.

Depuis le début du projet, l’utilisation d’un catalyseur de cuivre a été évitée pour le greffage sur le PEOT. Le mécanisme réactionnel de la cycloaddition expose le problème lié à l’utilisation du cuivre. Dans un premier temps, le complexe de Cu(I) effectue une addition oxydative pour atteindre le niveau d’oxydation de Cu(III) afin de former un cycle à 6 membres avec les fonctions azoture et alcyne. Puis, une élimination réductrice expulse le Cu(I) toujours lié avec un carbone du cycle 1,2,3-triazole complet. Finalement, le cuivre est libéré par l’échange avec un proton pour stabiliser le lien avec le carbone (Schéma 17).

Schéma 17. Cycle catalytique de la CuAAC

L’inconvénient de la CuAAC provient du caractère chélatant des fonctions des branches du dendrimère PEOT puisque les atomes d’oxygènes et d’azotes ont tendance à partager leurs doublets pour stabiliser certains cations métalliques. La formation de complexes stables empêche la réactivation du cuivre, donc la poursuite du cycle catalytique. De plus, les complexes sont formés dans le vide interbranche avec les branches emprisonnant les atomes de cuivre dans le nanotransporteur.

Une certaine quantité de cuivre est essentielle pour assurer la survie de l’homme, il s’agit d’un métal nécessaire pour plusieurs enzymes et protéines. Cependant, le poison est dans la dose, donc une concentration normale de cuivre libre dans le sang se situe entre 5-15 ug/dL. Si elle se rend jusqu’à 50

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ug/dL les effets nocifs peuvent être très importants sur le foie et le cerveau.81 _{De plus, une quantité élevée}

de cuivre libre dans le système circulatoire augmente le risque de développer des maladies neurodégénératives comme l’Alzheimer et le Parkinson.80

Compte tenu des effets nocifs du cuivre, il faut déterminer un moyen efficace de l’extraire du vide interbranche. Une méthode fréquemment utilisée pour les dendrimères se servant de la CuAAC est la dialyse à l’aide d’une membrane d’exclusion stérique. Cette technique utilise une membrane ayant des pores qui laissent passer les molécules de tailles inférieures à une certaine limite. La purification utilise le principe d’osmose par lequel les molécules ayant la capacité de traverser la membrane vont équilibrer leur concentration entre les deux milieux, soit l’intérieur et l’extérieur de la membrane. Quand l’équilibre est atteint, l’eau à l’extérieur de la membrane est changée par de l’eau pure pour former un nouvel équilibre. La répétition du changement d’eau permet de réduire à une quantité minimale les petites molécules à l’intérieur de la membrane parce qu’à chaque changement la moitié des petites molécules est éliminée. Finalement, le nanotransporteur est récupéré par évaporation de l’eau à l’intérieur de la membrane.

Les stratégies précédentes utilisaient un greffage systématique pour combler toutes les terminaisons en périphérie du dendrimère pour connaître le taux de chargement selon la génération de dendrimère servant de plateforme. Cette méthode n’est pas viable dans le cas présent puisqu’il n’y a pas de groupements fonctionnels hydrophiles dans la molécule d’espacement. Si toutes les terminaisons étaient fonctionnalisées, les stéroïdes induiraient un effet hydrophobe trop important au dendrimère résultant en un nanotransporteur insoluble en milieu physiologique. Une technique alternative est de greffer statistiquement un nombre connu d’équivalents de l’espaceur fonctionnalisé, puis de combler les terminaisons n’ayant pas réagi avec des fonctions hydrophiles.

Par exemple, le chargement statistique débute par la réaction entre deux équivalents molaires de la molécule d’espacement avec un équivalent du dendrimère PEOT de G1 possédant quatre terminaisons. Dans un monde idéal, chaque nanostructure serait chargée de deux composés bioactifs tout en ayant deux terminaisons non-réagies. Toutefois, les terminaisons azotures en périphérie du dendrimère possèdent un environnement chimique semblable, donc il est possible que certains dendrimères soient chargés de trois noyaux stéroïdiens alors que d’autres n’en ont qu’un à leur périphérie. Par la suite, les terminaisons azotures restantes sont complétées avec une molécule possédant un groupement hydrophile afin d’améliorer le caractère hydrophile globale du nanotransporteur et la solubilité des stéroïdes hydrophobes en milieu aqueux. L’acide but-2-yne-1,4-dioïque est la molécule idéale pour fonctionnaliser les terminaisons azotures du dendrimère afin d’induire un plus fort caractère hydrophile au nanotransporteur. En effet, cette molécule réagit facilement et sans catalyseur métallique avec les terminaisons azotures du dendrimère

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PEOT. De surcroît, elle possède deux acides carboxyliques qui se placent en périphérie du dendrimère pour servir de groupements hydrophiles (Schéma 18).

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Schéma 18. Exemple de chargement statistique d’un espaceur avec un alcyne terminal sur la G1 du dendrimère PEOT et fonctionnalisation des terminaisons libres avec l’acide but-2-yne-1,4-dioïque