sur la résine de Merrifield 9.1 Introduction
9.8 Synthèse d’analogues de la résine pyridinium
9.8.1 Stratégie de synthèse
La pyridine est un petit motif qui peut pénétrer et se greffer facilement à la surface du polymère comme il a été vu précédemment. Afin de tester la réaction de greffage de molécules plus grosses et plus volumineuses, l’introduction de motifs de type alcool benzylique a été tentée tout en conservant un potentiel d’ancrage sur la résine de Merrifield
via une pyridine. Cette stratégie permet également de créer des résines avec des bras d’ancrage plus longs, permettant ainsi d’imaginer un polymère plus accessible aux greffons et donc plus réactif (Fig. 79).
Fig. 79 : Stratégie de synthèse d’une résine de Merrifield possédant des bras
d’ancrage plus longs.
Cette résine permet également d’ouvrir l’opportunité de greffer plus d’un pyridinium par motif et ainsi d’augmenter le nombre de pyridinium par gramme de résine. Ainsi, la synthèse d’une résine comportant deux pyridiniums par greffon peut être imaginée. Cette approche permettra dans la suite de ce travail de tester les capacités de rétention de bactéries d’un polymère cationique possédant deux groupements pyridinium proches dans l’espace.
9.8.2 Synthèses
La molécule de 4-(4-pyridinylméthoxy)-benzèneméthanol 15 a été synthétisée par une substitution nucléophile du 4-(hydroxyméthyl)phénol sur la 4-(chlorométhyl)pyridine.
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L’utilisation d’une base faible (K2CO3) permet la déprotonation uniquement du phénol (pKa = 10) et non de l’alcool benzylique (pKa = 15.4) conduisant à la formation du produit attendu (Fig. 80).
Fig. 80 : Synthèse des résines de Merrifield greffées 62a et 62b.
La molécule 15 est ensuite incorporé à la résine de Merrifield vierge 50. Cette synthèse a été essayée dans deux solvants différents : le toluène qui permet d’obtenir la résine 62a et l’acétonitrile qui permet d’obtenir la résine 62b. A l’exception du solvant, le protocole de synthèse est rigoureusement identique. Les résultats d’analyse élémentaire des résines greffés sont également les mêmes (2.38 et 2.39% d’azote) et les taux de greffages calculés sont de 89.9% pour la résine 62a et de 89.1% pour la résine 62b aussi.
Ces nouvelles résines 62 sont particulièrement intéressantes du fait de la similitude structurelle avec la résine de Wang. Comme le décrit Wang50 dans la synthèse de sa résine, une présence de groupements méthoxy- est quantifiable après traitement (2.7% et 0.3% restant). L’utilisation d’une substitution directe du pyridinium ne nécessitant pas l’utilisation d’une base, la synthèse d’une résine ainsi fabriquée n’est pas sujette à cette pollution (Fig. 81).
Fig. 81 : Comparaison de la synthèse de la résine 62 avec la synthèse de la résine de
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Pour la suite de la synthèse, la résine 62a est utilisée pour tester la réaction de chloration des groupes hydroxyméthyles incorporés, conduisant cette fois-ci à un nouvel analogue de la résine de Merrifield, la résine 63 (Fig. 82).
Fig. 82 : Synthèse de la résine chlorométhylée 63.
Pour cela, la résine est mise en suspension dans le chloroforme à 0°C et additionnée lentement de chlorure de thionyle pur. Il est à souligner que l’analyse élémentaire de la résine après réaction, filtration et de nombreux rinçages donne un pourcentage de soufre de 1.09%. Ce pourcentage ne peut être expliqué que de deux manières possibles : soit par la présence de chlorosulfites (-SO2Cl) n’ayant pas subi l’attaque nucléophile de l’ion chlorure, soit par le chlorure de thionyle introduit, qui se transforme en dioxyde de soufre (SO2) après hydrolyse et qui resterait piégé dans la résine (Fig. 83).
Fig. 83 : Mécanisme réactionnel de la chloration par SOCl2.
La synthèse est poursuivie malgré cette présence de composés soufrés. Ainsi, la résine 62a, par le calcul du taux de greffage proposé précédemment (§9.3), est substituée à 89.9%, cela signifie que les 10.1% restant sont des groupements chlorométhyles n’ayant pas réagi. Afin d’obtenir une résine comportant un maximum de motifs pyridinium, une réaction de « capping » de la résine 62a est tentée. Le but est de substituer le maximum des 10.1% de chlorométhyles restants par des pyridines. Pour cela, le protocole de synthèse des résines pyridinium 67 est repris pour obtenir la résine 64. (Fig. 84).
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Fig. 84 : Voie de synthèse de la résine pyridinium 66.
La résine 64 contient 2.74% d’azote, équivalent à 1.96 mmol de pyridinium/g de résine. Si l’on néglige la variation de masse et que l’on compare cette valeur à la valeur de la résine 62 de 1.70 mmol de pyridinium/g, une différence de 0.26 mmol/g est obtenue. Cette différence correspond aux pyridiniums ajoutés et correspond également à 13% (0.26/1.96) des motifs substitués. Ce nombre est tout à fait cohérent avec les 10.1% de chlorométhyles restant de la résine 62. En conclusion, la résine 64 ne contient plus ou presque plus de motifs chlorométhyles substituables et un nombre de motifs pyridiniums greffés supérieur a pu être atteint.
Une fois cette résine obtenue, la réaction de chloration est de nouveau tentée et cette fois ci la résine chlorée 65 est obtenue sans présence de soufre dans l’analyse élémentaire. Le pourcentage d’azote reste quasiment le même (2.74% avant réaction, 2.78% après réaction), ce qui confirme la solidité du greffage.
La résine 65 est mise en réaction avec la pyridine et la résine 66 obtenue contient cette fois ci 3.33% d’azote. Le calcul théorique du nombre de motifs/g de cette résine devient très hypothétique car la résine est désormais substituée par au moins deux motifs différents : un motif pyridinium (avec 1 azote/motif) et un motif 4-[4'-methylpyridiniumchlorure-phenoxyméthyl]-pyridinium (avec 2 azotes/motif). L’augmentation de la valeur de l’azote (de 2.78% à 3.33%) permet cependant de confirmer le greffage d’unités pyridinium supplémentaires, sans pouvoir en donner une valeur précise. Un nombre de mmoles d’azote total est également obtenu, égal à 2.38.
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