type X 2 tout aussi populaire en chimie de coordination serait le cathecolate (cat) 23 La nature
Chapitre 2 : Synthèse et caractérisation des ligands amo
2.2.1 Modification apportée à la méthode de condensation utilisant la combinaison PPSE/Sulfolane.
La réaction du pentoxyde de phosphore et d’hexamethyldisiloxane dans le dichlorométhane à reflux durant une heure produit l’acide polyphosphorique de l’ester trimethylsilyle (PPSE), un polymère inorganique visqueux d’apparence incolore et translucide. La composition du mélange constituant le polymère (Figure 2.1) ainsi que le mécanisme de phosphorylation de l’acide carboxylique menant à la condensation de l’acide et des amines (Schéma 2.4) ont été précédemment élucidés par Ogata et al.8 et sont présentés ici sous forme de cycle à huit membres 1, à six membres 2, de tétramère linéaire 3 et de dimère linéaire 4. Cependant, l’activation par micro-ondes n’a jamais été rapportée.
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Schéma 2.4 : Mécanisme de la condensation des amines et de l’acide carboxylique active par PPSE
Un des avantages de l’activation par micro-ondes réside dans le mécanisme de transfert de chaleur induite par l’absorption des radiations électromagnétiques par le solvant, qui génère des points chauds de façon homogène dans le mélange réactionnel. Le PPSE étant pratiquement solide à la température ambiante, son absorption des micro-ondes est pratiquement nulle et la conduite de la réaction est impossible sans l’ajout d’un solvant. Ogata
et al. suggèrent quelques solvants aprotiques dans lesquels le PPSE a démontré être soluble
tels que le benzène, les hydrocarbures chlorés ainsi que le sulfolane. Le sulfolane a donc été sélectionné afin de tenter la réaction par activation aux micro-ondes pour son point d’ébullition de 285 ºC, suffisamment élevé pour soutenir la température nécessaire à la réaction précédemment mené par activation thermique à 180 ºC. Aucune tentative à température plus élevée que 190 ºC n’a été menée car le PPSE a démontré une diminution de son activité aux alentours de 210 ºC causée par sa décomposition. Celle-ci a été observé par
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Mihaela Cibian lors de travaux non-publiés. Plusieurs ratios de PPSE/sulfolane ont été investigués, les variations en proportion de sulfolane n’ont eu d’effets que sur la viscosité du mélange réactionnel final et n’ont pas influencées le rendement de la réaction. Le rapport de 80 : 20 a été sélectionné uniquement pour des considérations pratiques, car d’une part un ratio plus faible en sulfolane rend le mélange réactionnel trop visqueux pour que la réaction soit conduite par activation aux micro-ondes et provoque une dispersion moins efficace de la température au sein du mélange réactionnel, nécessitant des durées de réaction beaucoup plus longues. D’autre part, les ratios plus élevé en sulfolane tel que 50 : 50 n’a démontré aucun effet sur le rendement et ne s’est avéré que moins pratique, par le fait qu’une moins grande quantité de l’amidine pouvait être obtenue par volume de réaction.
De plus, l’ajout de sulfolane au mélange réactionnel facilite considérablement les manipulations lors de l’étape de purification qui implique le traitement basique du mélange. L’ajout du mélange réactionnel à une solution d’hydroxyde de sodium 1M froide provoque l’hydrolyse du polymère et résulte en la précipitation de l’amidine ainsi que de la formation de silicates et de phosphates solubles. En effet, la présence de sulfolane soluble en milieu aqueux facilite l’action de la base forte sur le polymère. Les tentatives menées utilisant de plus faibles quantités de sulfolane ont démontré que le mélange réactionnel, trop visqueux à température ambiante, adhère aux parois de la verrerie et doit être chauffé avant d’être ajouté à la solution basique, puis le mélange doit être agité durant une heure afin d’assurer la miscibilité du polymère et de la solution basique. Le lavage du solide résultant à l’eau ainsi que sa recristallisation dans un mélange d’eau et d’éthanol ont suffi à se débarrasser du solvant soufré à haut point d’ébullition.
Enfin, la réaction de condensation impliquant le PPSE (voie 3) a été adaptée et optimisée pour son activation par irradiation aux micro-ondes et a résulté en l’obtention de rendements aussi bons que ceux obtenus par Mihaela Cibian lors de travaux non-publiés. Néanmoins, pour certain couple d’acide carboxylique et d’aniline, les durées nécessaires à la complétion des condensations ont été drastiquement réduites jusqu’à 1 minute. Bien entendu, l’automatisation de la synthèse des amidines a aussi été démontrée (Tableau 2.1).
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2.2.2 Un-pot/deux-étapes : amidines non-symétriques et bis-amidines N-pontées
La synthèse de l’amide par condensation d’un acide carboxylique et d’une aniline à l’aide du réactif PPSE est d’intérêt car elle permet la préparation d’amidines N,N’ et C trisubstituées non-symétriques ainsi que de bis-amidines N-pontées comportant plusieurs sites de coordinations nécessaires aux assemblages supramoléculaires. Ce défi synthétique a été abordé ici. Afin de former ces amidines non-symétriques en deux étapes (Schéma 2.5), la synthèse contrôlée de l’amide est nécessaire. Pour ce faire, la réaction a été tenté à plusieurs températures et durées différentes ainsi qu’en limitant le nombre d’équivalents d’amine et d’acide à 1 pour 2. Les pourcentages de conversion ont été déterminés par spectroscopie 1H RMN.
Schéma 2.5 : Réaction de bis-amox N-pontées par voie de synthèse à un-pot/deux-étapes par activation aux micro-ondes dans PPSE. Bis-amide N-pontée (B) et amidine symétrique (C).
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L’expérience menée à 80 ºC durant 60 minutes a démontré le pourcentage de conversion vers l’amide le plus élevé soit de 83 % (Tableau 2.1) mais le faible rendement brute de la réaction représente un facteur limitant considérant qu’une deuxième étape doit être menée par la suite. De plus, dans ces conditions interprétées comme optimales, une quantité considérable de l’amidine est formée et cette quantité augmente drastiquement au détriment de celle de l’amide lorsque les paramètres de la réaction sont modifiés dans le but d’augmenter le rendement de l’amide. Bien que le PPSE ait permis cette approche en employant des température plus faible lorsqu’activé de façon thermique9, la réaction menée par activation aux micro-ondes n’a pas démontré cette aptitude. En effet, la voie optimisée par micro-ondes s’est révélé incontrôlable et démontre une trop grande efficacité vers la formation de l’amidine. Enfin, aucune condition n’a permis l’obtention de l’amide dans des quantités représentatives pour la préparation de bis-amidines N-pontées par une voie de synthèse un-pot/deux-étapes par micro-ondes. Par conséquent, la voie de synthèse utilisant l’intermédiaire chlorure d’acyle est conservée pour la préparation de ces deux types d’amidines et l’investigation de la réaction utilisant le PPSE par micro-ondes est limité à la préparation des amidines symétriques ainsi qu’aux bis-amidines C-pontées.
Tableau 2.1 – Conversions et rendements brute* vers la formation de l’amide déterminés par spectroscopie 1H RMN. T (ºC) Durée (min) Pourcentage de conversion (%)a Rendement brute (%)b B C 60 20 11.7 0.0 22.0 80 20 72.5 0.0 31.0 100 20 62.9 10.4 49.0 120 20 1.7 73.5 62.0 140 20 3.3 96.7 71.0 160 20 0.0 100.0 77.0 180 20 0.0 100.0 88.0 80 60 83.3 16.7 45.0
25
100 15 69.2 30.8 52.0
100 25 29.3 70.7 58.0
180 1 0.0 100.0 91.0
* : 9 Équivalents de P2O5 ont été réagis avec 13.5 équivalents de HMDSO. PPSE a réagi avec 2
équivalents d’acide benzoïque et 1 équivalent de p-phénylènediamine dans les conditions réactionnelles ci-haut.
a : Il s’agit du pourcentage de conversion calculé à partir des réactifs de départ suite à une analyse par
spectroscopie 1H RMN du mélange réactionnel brute.
b : Il s’agit du rendement en pourcentage massique après isolation des produits de réaction.