Séparations chirales en m-CEC sur la matrice SPMA-MPTS-TEOS modifiée par le p-CD +

modifiée par le p-CD+

La CSP obtenue à partir du monolithe hybride est assez stable au niveau de la valeur du FEO avec un

coefficient de variation inférieur à 3,78%. Cette nouvelle phase stationnaire à base du

poly-(triméthylammonium-β-cyclodextrine) (p-CD

⁺

) a été évaluée en m-CEC avec certains racémiques

neutres tels que les flavanones et anioniques comme le BNP et l’acide de Mosher (acide

α-méthoxy-α-(trifluorométhyl) phénylacétique) (Figure 103). Nous avons aussi étudié l’influence de la

température ainsi que de la polarité du milieu lors de nos analyses en m-CEC chirale pour le BNP.

Sur la figure 102, nous remarquons que le BNP sort après le FEO pour les électrolytes dont la

composition en acétonitrile est inférieure à 50%.Pour la composition 50-50, nous observons une

co-élution du marqueur et du soluté tandis que pour les compositions supérieures à 50% en acétonitrile,

le BNP sort avant le marqueur de FEO anodique. Ceci pourrait s’expliquer par l’atténuation des

phénomènes de rétention du BNP dans la cavité hydrophobe des cyclodextrines bien que le

phénomène d’interaction électrostatique entre les sites cationiques du p-CD

+

et les ions phosphates

du soluté devrait d’avantage être favorisé lorsque l’on augmente la quantité en acétonitrile dans la

phase mobile. Ainsi pour des compositions en acétonitrile supérieure à 30% nous observons une

diminution de l’énantiosélectivité et une augmentation de la mobilité électrochromatographique du

soluté anionique et ce dernier sort alors avant le FEO anodique. De même lorsque nous faisons varier

la composition en acétonitrile de l’électrolyte pour les analyses faites aux températures entre 20 et

35°C, on remarque que la sélectivité est perdue lorsque la composition en acétonitrile dépasse 50%.

Nous conservons l’électrolyte contenant 30 % d’acétonitrile et 70% de tampon phosphate ou Tris aux

pH=4,2 et 8,0 respectivement, afin de séparer la 7-méthoxyflavanone, la 6-hydroxyflavanone, la

flavanone, le BNP et l’acide de Mosher en m-CEC (Figure 103).

-3

-2

-1

0

4,2 8,3

FE

O*

10^

-8m

²/V/s

pH

FEO sur SPMA modifiée par le p-CD

+

147

Figure 102 : Courbes de l’effet de la composition hydro-organique sur la sélectivité et les mobilités

électrophorétiques en CEC pris à 20°C, 25°C, 30°C et 35°C pour le BNP sur la CSP SPMA-p-CD

⁺

.

148

Figure 103 : Electrochromatogrammes des racémiques a) 6-hydroxyflavanone,

b) 7-méthoxyflavanone, c) flavanone et d) acide de Mosher analysés dans le tampon ACN-Tris et

ACN-Phosphate (30-70) aux pH=8,0 à gauche et pH=4,2 à droite.

Nous remarquons sur la figure 103 que la qualité des séparations des molécules neutres est à

optimiser, cependant les énantiomères de l’acide de Mosher sont bien separés sur la CSP avec une

énantioselectivité, une résolution et des efficacités correctes obtenues en m-CEC au pH=8,0 dans un

électrolyte hydro-organique. Cette nouvelle CSP nous permet d’augmenter considérablement la

surface spécifique de nos colonnes avec une mésoporosité propre aux monolithes de silice et de

séparer des racémiques neutres et anioniques.

149

Conclusion

Dans ce chapitre nous avons souhaité élaborer des colonnes CSPs de type monolithe dans le but

d’augmenter la surface spécifique offerte aux échanges chromatographiques des CSPs et d’avoir de

meilleures performances électrochromatographiques que celles observées en OT-CEC. Nous avons

ainsi élaboré plusieurs stratégies pour synthétiser des colonnes monolithes CSPs pour la m-CEC

chirale. Des colonnes de type monolithes organiques et monolithe hybride ont été mises en place pour

développer deux stratégies de post-modification que sont l’immobilisation non covalente du p-CD

+

et le lien chimique du p-CD

-

et des oligomères de β-CD en surface du support monolithe. Chaque

étape de modification chimique comprenant les greffages covalents et non covalents dans la mise en

œuvre des différentes CSPs élaborées a été caractérisée par des analyses en spectroscopie Raman, en

MEB et par des mesures de flux électroosmotique en m-CEC. En spectroscopie RAMAN, nous

n’avons pu caractériser le lien covalent des sélecteurs chiraux sur les amines primaires (cystéamine,

EDA) disponibles en surface de la matrice NAS-co-EDMA. Cependant les séparations chirales et les

phénomènes d’inversion de flux électroosmotique observés, suite à la modification par l’EDA dans

un premier temps (FEO anodique) et des β-CD par la suite (FEO cathodique), mettent bien en

évidence le greffage des sélecteurs chiraux chargés négativement en surface via un couplage

peptidique (EDC/NHS). Il est important de souligner que l’étape avec l’EDA est délicate en raison

de sa grande réactivité à 0,1M sur nos monolithes. Ainsi lors de la percolation du réactif dans nos

colonnes à l’aide du nanobaum, les colonnes monolithiques se bouchent au bout de quelques minutes

pour des pressions inférieures à 40 bars. Les greffages covalents du polymère et des monomères de

β-CD sur le support monolithique NAS-co-EDMA nous ont permis d’obtenir des énantioséparations

correctes des 3 flavanones étudiées mais les efficacités en plateaux théorique restent faibles. La CSP

à base de p-CD

-

greffé sur le NAS-co-EDMA modifié par l’EDA offre une plus grande gamme de

sélectivité vis-à-vis d’autres racémiques cationiques tels que l’éphedrine, la noréphédrine et le

propranolol par rapport aux CSPs à base de monomères. On remarque pour la 7-méthoxyflavanone,

que les efficacités obtenues sur les CSPs à base de monomères sont meilleures que celles obtenues

sur les CSPs avec le p-CD

^-

, cependant les résolutions des racémiques neutres et cationiques sont

meilleures sur les CSPs avec le polymère anionique greffé. Les CSPs élaborées par greffage non

covalent du p-CD

+

sont caractérisées par la présence du FEO anodique sur les trois types de

monolithes utilisés. Ceci nous révèle bien le succès du greffage non covalent du p-CD

⁺

en surface

des charges négatives portées par les monolithes organiques et hybrides. Il est intéressant d’observer

que la présence du p-CD

⁺

ne suffit pas à observer des énantiosélectivités sur le support « 6a36 »

hydrolysé ou modifié par des mercaptos chargés négativement. Par contre les séparations chirales des

flavanones, du BNP et de l’acide de Mosher obtenues sur le support (SPMA-MPTS-TEOS)-p-CD

⁺

150

sont bien la confirmation du succès de l’élaboration des CSPs avec la stratégie d’immobilisation non

covalente du sélecteur chiral. Nous avons fait varier les paramètres d’analyse en m-CEC comme la

composition de la phase mobile ainsi que la température afin d’optimiser la qualité de nos séparations

chirales. Nous observons sur les CSPs de type monolithe que les rétentions des racémiques injectés

en m-CEC sont plus grandes et les sélectivités sont améliorées pour certains racémiques neutres et

chargés comparées à celles observées en tubes ouverts. Cependant les énantioséparations obtenues

avec les colonnes monolithes en m-CEC nous donnent encore de faibles efficacités en plateaux

théoriques. De plus la diffculté de mise en œuvre de ce type de colonne, le temps fastidieux que

nécessite la mise en œuvre d’une fenêtre de détection augmente la probabilité de casser le capillaire

monolithique. Récemment de nombreuses publications sur la m-CEC indiquent un nouveau mode de

séparation électrophorétique assisté d’une pression de quelques bars appliquée aux deux extrémités

du capillaire. Cette pression réduit les temps de rétention et affine les pics des chromatogrammes tout

en éliminant la présence de bulles d’air dans la colonne. Cette combinaison de la m-CEC et de l’HPLC

est souvent employée avec des colonnes monolithes mais en raison de la perte du profil plat du flux

directif pour un profil parabolique, on s’aperçoit que l’on diminue l’efficacité de la colonne avec cette

méthode hybride lorsque l’on applique une trop grande pression. Les polymères organiques (dizaine

m².g

^-1

) et inorganiques (centaine m².g

^-1

) sont une alternative aux faibles recouvrements moléculaire

des colonnes en tubes-ouverts. Leurs élaborations et leurs fonctionnalisations necéssitent de percoler

les réactifs dans les colonnes à l’aide d’un nanobaum et d’un détendeur à forte pression. Il est courant

en m-CEC de polymériser de façon photo-chimique la colonne uniquement du petit coté (l

eff=

10,5cm)

afin d’améliorer sa permeabilité et d’écourter la durée de nos analyses en m-CEC. Parmi les 3

matrices monolithes utilisées pour élaborer des CSPs, nous remarquons que seules les matrices

NAS-co-EDMA et SPMA-MPTS-TEOS nous ont permis après post-modification par lien covalent et

immobilisation statique de séparer une liste de racémiques en m-CEC. Les β-CDs employées durant

nos travaux sont efficaces pour l’emploi en CSPs en tubes ouverts et sur colonnes monolithes. Nous

employons des sélecteurs chargés négativements pour séparer des solutés neutres et cationique et

inversememt pour séparer des solutés acides et neutres nous favoriserons l’emploi du p-CD

+

. Ainsi

le mécanisme de reconnaissance chirale nécessite une inclusion de type hôte-invité et des intéractions

de types électrostatiques. Ces forces établies dans le modèle de Easson (3 points) sont

complémentaires et nous permettent d’élargir la gamme de sélectivité des racémiques selon le choix

du sélecteur chiral utilisé.

151

CONCLUSION GENERALE ET

PERSPECTIVES

Durant ces travaux de thèse, nous avons cherché à élaborer des CSPs en plusieurs étapes,

immobilisant des polymères et monomères de β-CD dans des tubes ouverts et dans des capillaires

monolithiques pour des applications en OT-CEC et m-CEC. En OT-CEC, les colonnes souffrent de

la petite quantité de phase stationnaire déposée ou greffée en surface. Nous avons décrit une étape de

prétraitement appelée procédé « etching » nous permettant de graver la surface des tubes ouverts par

le NH

4,

HF

2

et de lier chimiquement de façon covalente le p-CM-β-CD

^-

ou les CDs en surface interne

des capillaires via un couplage dit peptidique rapide.

Ce nouveau type de greffage a l’avantage d’être rapide et de se faire dans des conditions douces. La

gravure sur les colonnes n’est cependant pas une étape facile à mettre en place. Nous avons pu

observer durant ces travaux que, l’étape du procédé de gravure par NH

4,

HF

2

, lors de l’élaboration

des CSPs, est en effet laborieuse et délicate de par le fait de la précipitation du sel de bifluorure

d’ammonium lors de la percolation de celui-ci dans nos colonnes à température ambiante. Nous avons

vu que les CSPs issues de colonnes gravées nous permettent d’élargir la sélectivité des racémiques

étudiés aux solutés cationiques. La faible répétabilité des rétentions et des autres paramètres

électrochromatographiques montre que le procédé « etching » est très difficile à maitriser en raison

de sa sensibilité à la température. Mais comme le décrit Pesek [119, 122, 126] dans ses travaux, la

gravure du verre de silice permet d’augmenter la surface spécifique et de changer la valeur et le sens

du FEO de nos colonnes afin d’améliorer considérablement la qualité des séparations obtenus lors de

l’analyse en OT-CEC des solutés peptides, proteines, neurotransmetteurs etc... Il est donc impératif

de bien contrôler le temps de réaction et la température lors de l’étape employant l’agent de gravure

(NH

4,

HF

2

) afin d’observer de bonnes répétabilités en OT-CEC chirale. L’étape de modification de la

surface par des amines primaires est la seconde étape dans l’élaboration de nos CSPs en tubes ouverts.

Cette étape s’est faite en milieu purement organique dans nos travaux. Cependant on trouve dans la

littérature une possibilité d’effectuer le greffage de l’aminopropyltriéthoxysilane en milieu

hydro-organique offrant ainsi une plus grande surface spécifique, une meilleure stabilité hydrolytique et de

meilleures reproductibilités. Il conviendrait ainsi de tester le greffage de l’APTEOS dans un milieu

hydro-organique employant des précurseurs silanes pour éviter les étapes laborieuses avec l’agent de

gravure NH

4

, HF

2

. Pour être dans les conditions optimales en OT-CEC chirale, nous travaillons à

basses températures, à de faibles différences de potentiel appliquées [119, 122] dans un électrolyte

totalement aqueux. Les monomères ont l’avantage d’offrir de meilleures efficacités en OT-CEC,

cependant les meilleures sélectivités sont obtenues avec le polymère p-CD

^-

.

152

Les colonnes monolithes sont des alternatives aux tubes ouverts et aux colonnes remplies. En effet,

un moyen de remédier au faible recouvrement polymère des tubes ouverts, aux frittés et autres

inconvénients des colonnes particulaires serait d’utiliser des monolithes chiraux pour la m-CEC. Pour

éviter les problèmes liés à la faible répétabilité des rétentions, répétabilité de la post-modification de

la matrice poreuse et pour écourter le protocole de synthèse des CSPs sur colonne monolithe, il serait

très intéressant de pouvoir développer une nouvelle CSP en une étape à base d’un monomère de

β-CD. Cependant par manque de temps et de moyens, nous avons repris un monolithe hybride porteur

de groupements sulfonates, un monolithe organique porteur de groupements phosphates et un

monolithe organique porteur de groupements esters de succinimide afin de les modifier par des

greffages covalents de sélecteurs de β-CD et p-CD

-

et des immobilisations non covalentes de p-CD

⁺

.

Nous avons donc mis en place par post-modification, 7 CSPs avec la matrice NAS-co-EDMA et 2

CSPs avec les matrices SPMA-MPTS-TEOS et EGMP-BAA. Ces CSPs nous ont permis de séparer

plusieurs racémiques neutres, acides avec le p-CD

⁺

et des composés basiques avec le p-CD

^-

. Nous

avons ainsi répondu aux objectifs initiaux du projet en CEC chirale à savoir optimiser les CSPs en

OT-CEC avec le procédé de gravure « etching » et élaborer des CSPs sur colonnes monolithes avec

de plus grandes surfaces spécifiques.

Durant nos travaux, nous avons souhaité augmenter d’avantage la surface spécifique des CSPs

monolithiques et ainsi immobiliser des nanoparticules chirales en surface du support NAS-co-EDMA.

Ainsi, nous avons testé l’immobilisation des nanoparticules d’or stables dans le temps dans

l’ensemble du volume poreux de la matrice modifiée par l’éthylène diamine, le sélecteur chiral à base

de β-CD thiolé étant adsorbé en surface. En effet nous observons dans la littérature une grande partie

des travaux en CEC chirale faisant part de l’emploi de nanoparticules métalliques pour améliorer les

performances électrochrommatographiques. Une autre perspective sur les colonnes monolithes serait

d’élaborer des CSPs de type polyacrylamide et de type PLOT afin d’obtenir une amélioration

considérable des efficacités en m-CEC et en OT-CEC respectivement.

154

Appareillages

Dans le document Conception et évaluation de phases stationnaires chirales pour l'emploi en électrochromatographie capillaire ( Tubes ouverts et colonnes monolithes ) (Page 147-155)