2.4.1 Synthèse du réactif
Nous avons voulu tester la réaction monoclick avec un espaceur de nature différente. Tout en gardant la longueur optimale n = 4, nous avons synthétisé une aminoacétylène dont l’espaceur est aromatique : la 3-éthynylbenzylamine, notée ArCH2NH2. Ce réactif a été synthétisé en cinq étapes
à partir de l’alcool 3-iodobenzylique (Schéma 2.16).
Un couplage de Sonogashira avec l’éthynyltriméthylsilane a permis de greffer la fonction alcyne sur le noyau aromatique avec un rendement de 85%. L’alcyne est ensuite déprotégé par du fluorure de potassium dans le méthanol, conduisant à l’alcool 3-éthynylbenzylique, noté ArCH2OH. La
fonction alcool est mésylée dans le DCM (98%), autorisant ainsi une SN2avec de l’azoture de sodium
dans le DMF. L’azoture organique est obtenu avec un rendement de 83%. Enfin, une réduction par réaction de Staudinger conduit au réactif désiré avec un rendement de 77%.
OH I OH OH OMs N3 SiMe3 NH2 SiMe3 CuI, TEA THF Pd(PPh3)2Cl2 KF CH3OH 85% 76% MsCl TEA DCM NaN3 DMF 99% PPh3 THF/H2O 83% 77% ArCH2NH2 a b c d e ArCH2OH
Schéma 2.16– Synthèse en cinq étapes de la 3-éthynylbenzylamine ArCH2NH2à partir de l’alcool 3-iodobenzylique. L’espaceur à quatre chainons est représenté en trait gras et les protons sont notés a, b, c, d, e.
2.4. Monoclick avec l’amine à espaceur benzylique ArCH2NH2 75
2.4.2 Synthèse et caractérisation de [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2
De façon similaire au travail effectué avec les aminoacétylènes aliphatiques, le complexe d’in- clusion [Zn·X6N3·(ArCH2NH2)](ClO4)2, noté HGArCH2, est synthétisé in situ par ajout de 1.5
équivalent d’amine à une solution du complexe précurseur dans CD3CN (Schéma 2.17). Il est ensuite
caractérisé par RMN 1H (Figure 2.13).
O O O N N3 O O O N N NN N N N3 Zn NH2 N N 2+ O O O N3 N3 O O O N N NN N N N3 Zn NH2 2+ H2N O O O N3 N3 O O O N N NN N N N3 Zn OH2 2+ HGArCH2 [ZnMArCH2NH2]2+ d a b c e
Schéma 2.17 – Schéma de synthèse du complexe monofonctionnalisé [Zn·MArCH
2NH2](ClO4)2 à
partir du complexe précurseur et de la 3-éthynylbenzylamine. Les protons de l’invité sont notés a, b, c, d, e.
a. Complexe d’inclusion
Les résonances de HGArCH2, ainsi que les valeurs de CIS associées sont reportées dans le Tableau
2.2. Conformément à ce qui a été observé avec les amines aliphatiques, le spectre est caractéristique d’une espèce de symétrie C3v. Les signaux correspondant à l’invité encapsulé ont été identifés par
une expérience COSY. Les valeurs de CIS sont négatives pour les résonances de l’aminoacétylène coordiné, indiquant qu’elles sont blindées par la cavité. Les protons Ha et Hd subissent le plus
fort blindage (CIS = -2.84 et -2.50 respectivement). On les distingue très clairement sous forme de doublet à 4.54 ppm (Ha) et de singulet à 4.96 ppm (Hd). Cet effet de blindage est plus important
que dans le cas d’un aminoacétylène aliphatique. Les protons Hb et Hc sont également blindés mais
moins fortement, ce qui est cohérent avec leur position plus basse dans la cavité.
Les résonances des groupes méthoxy sont légèrement blindées (CIS = -0.11 ppm) et les protons aromatiques ArN3 sont déblindés (CIS = 0.31 ppm), ce qui suggère que les unités anisoles pivotent
vers l’extérieur de la cavité lors de la coordination de l’aminoacétylène. Cet effet est très similaire au pivotement observé lors de la formation de HG4.
De façon générale, les modifications de déplacements chimiques dues à la complexation de cet invité sont très similaires à celles observées avec l’amine de référence C4NH2, ce qui suggère que
la taille et la rigidité de l’invité ArCH2NH2 n’ont pas d’impact majeur sur la conformation du
complexe d’inclusion.
b. Réaction de monofonctionalisation
La réaction de monofonctionnalisation est menée en chauffant au reflux une suspension du complexe précurseur [Zn·X6N3·(H2O)](ClO4)2 dans le toluène avec 2.0 équivalents de l’amine ben-
76 Chapitre 2. Monofonctionnalisation de calix[6]arènes tris-imidazole a d! b! c! tBu! NH2! OCH3! NCH3! ArCHax! s! s! w! f! e! ImCH2! HArN3! HArtria! ImH! Htria! f! ArCHeq! [ZnMArCH2NH2]2+! HGArCH2! HArN3! HArtBu! ImH!
Figure 2.13 – RMN 1H (CD3CN, 300 K) du complexe d’inclusion HGArCH
2 (250 MHz) et du
produit monofonctionnalisé [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 (500 MHz). s = solvant résiduel (MeCN ou
THF provenant de la synthèse du complexe précurseur) ; w = eau ; f = aminoacétylène libre.
a b c d tBu OCH3 ImCH2 HArN ImH
[Zn·X6N3]2+ 1.38 3.65 5.04 5.91 6.88 ArCH2NH2 7.38 7.30 7.29 7.46 HGArCH 2 4.54 6.01 6.85 4.96 1.39 3.54 5.47 6.22 7.00 CISArCH 2 -2.84 -1.29 -0.44 -2.50 0.01 -0.11 0.43 0.31 0.12 [Zn·MArCH2NH2] 4.67 6.48 7.20 4.94 1.45 (9H) 3.78 (3H) 5.59 (2H) 5.68 (N3) 6.90 (1H) 1.27 (18H) 3.53 (6H) 5.27 (4H) 6.21 (N3) 6.98 (2H) 6.43 (tria) ∆δArCH2 0.13 0.47 0.35 -0.02 0.06 (9H) 0.24 (3H) 0.12 (2H) -0.54 (N3) -0.10 (1H) -0.12 (18H) -0.01 (6H) -0.20 (4H) -0.01 (N3) -0.02 (2H) 0.21 (tria)
Tableau 2.2 – Déplacements chimiques (ppm, CD3CN, 300 K) de [Zn·X6N3·(H2O)]2+, de la 3-
éthynylbenzylamine ArCH2NH2, de HGArCH2 et de [Zn·MArCH2NH2]
2+. CIS
ArCH2 : différence
entre les déplacements chimiques d’un groupe de protons dans HGArCH2 et, soit [Zn·X6N3·(H2O)]
2+
(pour les signaux du calix[6]arène), soit l’invité non coordiné ArC2NH2. ∆δArCH2 : différence entre
les résonances d’un groupe de protons dans [Zn·MArCH2NH2]
2+ et dans HG
2.4. Monoclick avec l’amine à espaceur benzylique ArCH2NH2 77
aliphatique C4NH2. Après précipitation à l’éther diéthylique et plusieurs cycles de centrifugation
et de lavages à l’éther, le complexe [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 est isolé avec un rendement de 95%.
Le complexe obtenu a été caractérisé par spectroscopie de masse : un pic est observé à m/z = 1545.6 correspondant au complexe [Zn·MArCH2NH2+ClO4]
+ (valeur calculée : 1545.6). Le ligand
MArCH2NH2 a été caractérisé par spectroscopie de masse haute résolution (HRMS) après démétal-
lation d’un échantillon : un pic est observé à m/z = 1383.7371 correspondant à [MArCH2NH2+H]+
(valeur calculée : 1383.7307). Les composés di- et tri-fonctionnalisés n’ont jamais été observés. Le complexe a également été caractérisé par RMN 1H dans CD
3CN (Figure 2.13). Le spectre
est cohérent avec une espèce de symétrie Cs et les résonances de la structure calix[6]arène sont
similaires à ce qui a été observé avec les aminoacétylènes aliphatiques. Une expérience HSQC permet de distinguer les signaux des groupes OCH3 et NCH3, de même que les signaux des protons HArtria
et HArN3. Les signaux du noyau aromatique encapsulé sont identifiés par une expérience COSY. On
constate alors que les protons Hb et Hc subissent un fort déblindage après l’étape de cycloaddition
(∆δ = 0.47 et 0.35, respectivement). Les protons ImCH2 résonnent en deux singulets d’intégration
2H et 4H.
2.4.3 Analyse structurale
Le spectre RMN1H donne accès a de nombreuses informations sur la conformation du complexe
en solution. Nous allons examiner les différentes déformations de la structure calix[6]arène après la monofonctionnalisation avec ArCH2NH2 et les comparer au complexe monofonctionnalisé de
référence [Zn·MC4NH2](ClO4)2.
a. Déformation de la structure
Le groupe méthoxy de l’unité Artria (OCH3 (3H), Tableau 2.2) résonne à 3.78 ppm, ce qui est
très similaire à la valeur dans le complexe [Zn·MC4NH2](ClO4)2. Ceci indique que les deux groupes
méthoxy ont des positions similaires par rapport à la cavité. Dans les deux cas, la valeur de ∆δ est d’environ 0.2 ppm. Ceci indique que l’unité Artria pivote dans les deux cas vers l’intérieur de
la cavité, et d’un angle αp similaire. Dans le cas de l’amine benzylique, on ne peut pas utiliser
la valeur du déplacement chimique de HArtria pour analyser le pivotement de l’unité à cause de
l’effet du noyau aromatique greffé, à la fois électroniquement à travers les liaisons chimiques et magnétiquement dans l’espace.
Les valeurs de déplacement chimique et de ∆δ pour les deux autres groupes méthoxy (OCH3
(6H)) sont très similaires dans ce complexe et dans [Zn·MC4NH2](ClO4)2, ce qui indique que les
unités sont dans des positions similaires.
En outre, la déformation globale du cône peut être mesurée par l’écart entre des résonances de groupes de même nature. Dans tous les cas, l’écart est plus grand que dans le cas du complexe [Zn·MC4NH2](ClO4)2 :
– tBu : 0.18 ppm pour [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 et 0.07 pour [Zn·MC4NH2](ClO4)2;
– OCH3 : 0.25 ppm pour [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 et 0.19 pour [Zn·MC4NH2](ClO4)2;
– ImCH2 : 0.32 ppm pour [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 et 0.10 pour [Zn·MC4NH2](ClO4)2;
– HArN3 : 0.55 ppm pour [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 et 0.14 pour [Zn·MC4NH2](ClO4)2.
78 Chapitre 2. Monofonctionnalisation de calix[6]arènes tris-imidazole
b. Rigidité de la structure
Les résonances des protons ArCHax de [Zn·MC4NH2](ClO4)2 sont larges à 300 K alors qu’elles
sont fines pour [Zn·MArCH2NH2](ClO4)2 : on voit trois doublets bien définis à 3.92, 4.22 et 4.31
ppm. Ceci indique que la structure est moins flexible dans le cas de l’aminoacétylène benzylique. Il est donc intéressant de noter que la rigidité de l’espaceur est transmise à l’ensemble de la structure.