Résolution racémique:

Bien que, la synthèse asymétrique est en évolution continue, les produits racémiques ne peuvent pas être produits sous forme d’un seul énantiomère par synthèse asymétrique. De ce fait, la résolution racémique (ou énantioséparation ou énantiopurification) joue un rôle fondamental dans la préparation des composés énantiomèriquement purs. De plus, Cette méthode permet la répétition de la procédure de séparation jusqu’à l’obtention de l’énantiomère pur (124).

Les techniques préparatives permettent la séparation et l’isolement des énantiomères, tandis que les méthodes analytiques permettent la détection et la quantification des énantiomères dans un produit racémique (125). La chromatographie énantiosélective en phase stationnaire chirale, et la cristallisation sont des méthodes préparatives les plus développées, faciles à utiliser, et les plus appliquées depuis 20 dernières années. D’ailleurs, les autres méthodes tels que l’électrophorèse capillaire, et la résolution membranaire sont réservées aux applications analytiques (126).

4.1 La cristallisation:

La cristallisation a été utilisée pour isoler des produits solides des impuretés formés durant leur synthèse. Cette méthode peut être appliquée pour la séparation des énantiomères d’un mélange racémique sous forme de conglomérat (deux énantiomères dans deux unité de cellule différente du cristal) (125). La cristallisation est divisée en deux classes (77):

 Cristallisation par formation de sel diastéreoisomère ;  Cristallisation préférentielle.

4.1.1 Séparation par formation de sel de diastéreoisomère :

énantioséparation chimique

On a évoqué précédemment (dans le premier chapitre) qu’un mélange racémique peut être se trouvé sous forme cristalline dont les deux énantiomères sont en quantités équimolaires et s’organisent chacun dans une unité de cellule du crystal. Cette structure cristalline du racémique ne peut être pas séparée par des méthodes physiques seulement, mais

en utilisant tout d’abord un agent de résolution qui réagit avec les deux énantiomères en générant deux diastéréoisomères. Ces derniers ont des propriétés physiques différentes ce qui le rend facilement séparable.

En général, un racémique de deux énantiomères renfermant une fonction acide (acide carboxylique) [(±) A^- H⁺], forme deux sels de diastéréoisomères [(+)A^-, --BH⁺ et (-A^-, -BH⁺)] avec un agent de résolution basique [-B], et inversement (127). Le diastéreoisomère dont l’agent de résolution et l’énantiomère ont des signes identiques est désigné « p », tandis que celui dont ces constituants ont des signes différents est nommé « n » (128) :

(±) A

H

+ (-) B → [(-) A

. BH

] + [(+) A

. BH

]

56

L’agent de résolution influence le rendement de la résolution. A titre d’exemple, les agents contenant plus de groupes fonctionnels et les agents cycliques augmentent l’efficacité de la résolution. Les premiers par le fait qu’ils interagissent différemment avec les paires d’ions opposés des diastéréoisomères, et les deuxièmes forment des forces de Van der waals additives entres les cycles aromatiques. Mieux encore, pour une résolution productive, la forme de l’agent de résolution doit soumise aux règles suivantes (128):

 La distance entre le centre stéréogène et les groupements alcalins ou acides doit être la plus proche. Plus la distance est petite, plus le rendement optique est le meilleur ;

 La distance entre les groupes polaires et le groupe fonctionnel principale doit être la plus petite pour augmenter le nombre des interactions durant la formation des sels de diastéréoisomères ;

 Quand le racémique est un acide faible ou une base faible, il est indispensable d’utiliser des agents de résolution sous forme de bases fortes ou d’acides forts.

La séparation par formation de sels diastéréoisomères est appliquée depuis des décennies par les industries pharmaceutiques en utilisant différentes types d’agents de résolution.

Tableau III: Exemples de préparation de médicaments par résolution avec l’agent de résolution utilisé (129).

Médicament chiral Agent de résolution

Ampicilline Acide D-camphosulfonique

Ethambutol L - (+) - acide tartrique

Chloramphénicol Acide D-camphosulfonique

Propoxyphène Acide D-camphosulfonique

Déxbromphéniramine Acide D-phénylsuccinique

Fosfomycin α-phényléthylamine

Thiamphénicol L- (+) - acide tartrique

Naproxène Cinchonine

4.1.2 Séparation par cristallisation préférentielle

La cristallisation préférentielle repose sur la cristallisation de l’un des deux énantiomères par l’ajout des cristaux purs de cette énantiomère à cristalliser, tandis que l’autre énantiomère reste sursaturé en solution.

En pratique, un mélange d’énantiomères dissout dans un solvant (point E sur la projection (fig 32)) est homogénéisé à une température maximale, suivit d’un refroidissement à température minimale conduisant à la sursaturation des deux énantiomères. Ensuite, des cristaux énantiopurs (par exemple de l’énantiomère R) sont ajoutés, puis la solution est agitée jusqu’à la cristallisation de l’énantiomère R, sans cristallisation de l’énantiomère S. La solution est donc progressée du point E vers F à température minimale. Après, la solution subit une filtration ou centrifugation afin de récupérer l’énantiomère cristallisé (R). La même procédure est suivi pour isoler l’énantiomère S après avoir rechargé le système en mélange racémique qui est représenté par le point E’. Cette procédure est répétée plusieurs fois jusqu’à l’épuisement des énantiomères et la dominance des impuretés dans la solution mère (130).

Plusieurs paramètres influencent la sursaturation de la solution racémique : la température de la paroi et la vitesse du refroidissement, taux de nucléation (formation d’une nouvelle phase à partir de la phase continu), taux de croissance cristalline (vitesse nécessaire pour la cristallisation de l’énantiomère), le solvant, et la forme des impuretés (dissout ou non dissout) (131).

58

Figure 32 (130) : Cheminement idéal de la cristallisation préférentielle isotherme ensemencée. En noir : isotherme à Tf ; en gris : isotherme à haute température (Th). (Représentation en

coordonnées de Jänecke).

L’efficience et la performance de la cristallisation préférentielle est déterminée par l’index de résolution qui correspond au rapport du poids de l’énantiomère pur récupéré à l’excès initial de cette énantiomère :

RI = [W produit × ep –W graine] / E excès

Ep est égale à l’excès énantiomérique. La résolution est dite productive lorsque RI est supérieurs à 2 (128).

La cristallisation préférentielle est une méthode utilisée à l’echelle industrielle. Edward et ses collaborateurs ont réalisés une séparation du lysinate d’ibuprofène en S-ibu-S-lys et R-ibu-S-lys par cristallisation préférentielle. Le S-R-ibu-S-lys est obtenu avec un excès énantiomérique égale à 98% (tableau 4) (131).

Tableau IV: Résultats de la résolution du lysinate d'ibuprofène.

Configuration Un dissolveur (bouilloire de résine de 4 litres avec filtre croisé de 0,2 mm 0,135 m2)

Un cristalliseur (lit fluidisé de 2 litres)

Solvant éthanol / eau 97/3, 6 litres

Température 30 °C pour le dissolveur, 25 °C pour le cristallisoir

Débit 80-120 ml / min

Temps 70 heures 54 heures

Alimentation 550 g de R / S-ibu-S-lys 280 g de R / S-ibu-S-lys