SYNTHESE ET COMPLEXATION DE NOUVEAUX MACROCYCLES DERIVES DE
LA QUINOXALINE -2, 3- DIONE
S.Ferfra1, N.H.Ahabchane1, E.M.Essassi1∗, J.Bellan 2 et M.Pierrot 3
1-laboratoire de chimie organique heterocyclique, faculte des sciences, universite mohammed v, avenue ibn batouta, bp 1014, rabat, maroc
2-Laboratoire de synthèse et physicochimie de molécules d’intérêt biologique, Université Paul Sabatier, 31062 Toulouse Cedex 4, France
3-laboratoire de bioinogranique structurale cnrs- umr 6517, centre scientifique saint –jerome 432 13397 marseille cedex 20.
Reçu le16 Avril 2005, accepté le 23 Nevembre 2005
Résumé : La condensation entre la quinoxaline-2, 3- dione 1 et le dichlorotétraéthylène glycol 2 en catalyse par transfert de phase a permis d'obtenir de nouveaux macrocycles présentant une ou deux unités quinoxaliniques au sein d'une chaîne polyéthylèneglycol susceptibles de complexer les métaux.
Mots clés : quinoxaline / dichlorotétraéthylèneglycol / transfert de phase / complexation.
Abstract : During the condensation between quinoxaline-2, 3- dione and dichlorotetraethyleneglycol 2 using phase transfert catalysis, new macrocycles possessing various structures have been isolated wich contain one or two subcyclic units quinoxaline within polyether chain, then their complexation were studied.
Keywords : quinoxaline / dichlorotetraethyleneglycol / phase transfert / complexation.
1. INTRODUCTION
La chimie des composés quinoxaliniques polycondensés s’est énormément développée au cours de ces dernières décennies, principalement dans le but de mettre en évidence les différentes applications dont font preuves plusieurs de ses dérivés, tandis que celle des macrocycles quinoxaliniques n’a été que peu étudiée [1, 2]. Aussi, nous nous sommes intéressés dans ce travail à l’élaboration de nouvelles macromolécules présentant une ou deux unités quinoxaliniques au sein d’une chaîne polyéthylène glycol, en vue d’étudier leur complexation par différents métaux, les complexes qui en résulteraient seraient susceptibles de présenter des propriétés intéressantes.
En effet, les aptitudes des macrocycles polyéthérés à complexer les métaux [3-5] ont permis leurs utilisations dans divers domaines. Ainsi, ils sont exploités en physiologie pour le transport d’ions à
travers une membrane artificielle ou naturelle [6,7] et en industrie, pour la construction d’électrodes sélectives [8].
2. RESULTATS ET DISCUSSIONS
La méthode de synthèse que nous avons adoptée pour préparer différents systèmes éthérés, consiste à condenser le motif quinoxaline -2,3- dione 1 avec le dichlorotétraéthylène glycol 2 dans les conditions de la catalyse par transfert de phase liquide – solide dans le diméthylformamide, sous agitation magnétique à une température de 80 °C, en présence de quatre équivalents de carbonate de potassium et du bromure de tétra n- butyl ammonium comme catalyseur.
Ainsi, l’action du dichlorotétraéthylène glycol 2 sur la quinoxaline -2,3- dione 1 conduit à un mélange de quatre produits séparables par chromatographie sur colonne de silice en utilisant comme éluant un mélange d’acétate d’éthyle et d’hexane dans des proportions 10 : 90.
La réaction conduit à côté du produit dialkylé 5 sur les azotes en positions 1 et 4 de la quinoxaline-2, 3- dione 1, à de nouveaux composés issus de cyclisation [1+ 1] : 3 et 4 et [2+ 2] 6, ainsi que l’illustre le schéma 1.
N N
O O H
H
Cl O Cl +
O Cl
3
N N
O
O O 3 Cl
6 5 3
1 2
DMF K2CO3 / BTBA
3
N N
O O
4 O
O O N N
O
O O
O O
N N
O
N N O O O
3
O O 3
Schéma 1
Les structures ont été identifiées sur la base des données spectrales de RMN 1H, 13C, IR et masse ainsi que par une étude cristallographique de diffraction aux Rayons X
Les deux isomères issus d’une condensation [1+1] se différencient particulièrement par les sites d’alkylation. En effet, celle-ci regroupe les deux atomes d’oxygène dans le composé 3, alors qu’elle relie les deux atomes d’azote quinoxaliniques dans le composé 4.
Leur distinction s’est faite au moyen de la spectrométrie de RMN 1H et 13C.
Les spectres de RMN 1H, d’aspect simple, suite à la symétrie, se distinguent particulièrement par la présence des signaux relatifs aux groupements méthylènes liés aux hétéroatomes.
En effet, le signal relatif au groupement méthylène lié à l’oxygène dans 3 apparaît dans les champs faible à 3,97 ppm alors que celui correspondant au groupe méthylène lié à l’azote dans 4 est observé à 4,64 ppm. Ceci est également confirmé sur leurs spectres de RMN 13C, qui montrent respectivement les signaux inhérents aux carbones sp3 des groupements méthylènes liés aux atomes d’oxygène et d’azote à 66,1-71,1 ppm et à 41,5 ppm.
Par ailleurs, une analyse cristallographique par diffraction aux rayons X a permis de corroborer la structure 3 (Figure 1).
Figure 1 : Dessin ORTEP de la molécule 3
Concernant le composé dialkylé 5, son spectre de RMN 1H, pris dans le chloroforme deutérié, montre outre les signaux dus aux protons aromatiques, ceux correspondant aux protons méthylènes liés aux atomes d’azote, d’oxygène et du chlore.
Son spectre de RMN 13C, d’aspect simple suite à la symétrie, confirme la structure proposée en mettant en évidence, les signaux relatifs aux carbones quaternaires et tertiaires du système quinoxalinique et ceux des carbones méthyléniques liés aux différents hétéroatomes.
Quant au dernier composé 6 issu de condensation [2+ 2], la chaîne éthérée regroupe les azotes en positions 1 et 4 de deux molécules de 1, très explicite sur les spectres de RMN.
En effet, son spectre de RMN 1H révèle, en particulier, un signal intégrant 8 protons à 42,1 ppm correspondant aux groupements méthylènes liés aux azotes des fonctions lactames.
Son spectre de RMN 13C corrobore la structure proposée en mettant en évidence les signaux attribuables aux groupements méthylènes liés aux atomes d’azote et d’oxygène qui apparaissent respectivement à 42,0 ppm et de 66,8-72,1 ppm.
L’ensemble des données spectrales des composés 3- 6 est rassemblé dans le tableau I.
Tableau I : Données spectrales de RMN 1H, 13C des composés 3- 6
NCH2 CH2O O-CH2-O OCH2
ClCH2
CHar NH RMN13C
3 3,76
(4H, J =2,.2 Hz)
3,93 (8H,s)
3,97 (4H, J=2.2
Hz)
7,45- 7,72 (4H, m)
66,1- 71,1 (OCH2); 126,4 (CHar); 137 (Car); 149.0 (C=O).
4 4,64 (4H, m)
3,28 (4H, m)
3,78 (8H,m)
7,10- 7,39 (4H, m)
41.5(NCH2); 66,0- 70,6 (OCH2);
115, 8, 123,5 (CHar); 126,.9 (Car); 154,8 (C=O).
5 4,34 (4H, t, J=2,8 Hz)
3,73 (4H, t, J=2,8
Hz)
3,55 (16H, s)
3,65 (4H, 4H,
m)
7,09 - 7,43 (4H, m)
42,8 (ClCH2); 43,0 (NCH2);
66,.3-71,2 (OCH2); 115,7, 124, 1 (CHar); 126,.9 (Car); 154,.2
(C=O).
6 4,2 1 (8H,s)
3,62 (8H, m)
3,48 (16H, s)
7,12- 7,51 (8H, m)
42,0 (NCH2); 66,8- 72,1(OCH2);
115,6, 123,.5 (CHar); 126,3 (Car); 153,6 (C=O).
En Infrarouge, l’absence de la bande large d’absorption caractéristique du groupement NH, indique l’engagement des azotes quinoxaliniques pour les
composés 3-6.
Les spectres de masse des produits 3-6, pris en DIC (NH3), présentent les pics moléculaires correspondant à ces molécules.
L’ensemble des caractéristiques physiques de ces produits est rapporté dans le tableau II.
Tableau II
Produits Rdt% F°C Formule brute MH+
3 15 128- 130 C16H20N2O5 321
4 20 182-184 C16H20N2O5 321
5 15 Décompose :245 C24H36N2O8Cl2 551
6 20 308- 310 C32H40N4O10 641
Il est à noter que cette méthode s’est avérée concluante par rapport à celle décrite par Htay et Cohn [9], qui n’obtiennent que le seul macrocycle 4 avec un faible rendement (7, 2%), lors de l’action du
tétraéthylène glycol 2 sur 1 dans le diméthylformamide, en présence d’hydrure de sodium sous agitation magnétique à température ambiante.
Dans le but d’envisager l’influence de la nature du métal de la base utilisée sur le cours de la réaction, nous avons repris la réaction en adoptant le protocole expérimental précédent en utilisant comme base le carbonate de sodium. Ainsi, il nous a été possible d’obtenir à côté du produit majoritaire dialkylé 5, le macrocycle 4 précédemment isolé (Schéma 2).
N N
O O H
H
Cl O Cl +
O Cl
3
N N
O
O O 3 Cl
5 1 2
DMF Na2CO3 / BTBA
3
N N
O O
4 O
O O
Schéma 2.
Les macrocycles ainsi préparés, issus de la condensation [1+1] et [2+2] présentent différentes cavités susceptibles de piéger des cations métalliques. Aussi, nous avons testé le pouvoir complexant des composés 3 et 4 vis-à-vis des métaux alcalins.
Dans un premier temps, nous avons examiné la réaction de complexation du composé 3 avec le thiocyanate de sodium, en solution hydroalcoolique . Il ne nous a pas été possible d’isoler le complexe correspondant, probablement à cause de la grande taille de la cavité du macrocycle qui est inadéquate au diamètre du métal (Na). Par contre l’utilisation du thiocyanate de potassium, comme agent de complexation, nous a permis d’isoler le complexe sandwich de type 2 :1 (cavités / cation) 7 dont la structure a été confirmée par diffraction aux rayons X (figure 2).
Cette dernière étude a été étendue au macrocycle 4 dont la cavité ne piège pas le métal comme cela est illustré sur la figure 3 mais cristallise avec une molécule de KSCN.
Fig.3
Les résultats encourageants obtenus lors de la complexation du potassium par le macrocycle 3 issu de la condensation d’une molécule de dichlorotétraéthylène glycol avec la quinoxaline- 2,3- dione 1, pourraient être exploités à des fins pharmacochimique et écologique.
REMERCIEMENTS :
Ce travail a été réalisé au pôle de compétences et protas III (D13/71) 3. PARTIE EXPERIMENTALE
3. 1. Généralités
Les points de fusion ne sont pas corrigés. Les spectres de RMN 1H, 13C ont été enregistrés sur l’appareil Bruker AC- 250 (250 MHz). Les spectres de masse ont été effectués avec un NERMAG R 10- 10C par (IE) et DIC (NH3). Les spectres IR ont été réalisés sur un spectromètre PERKIN ELMER 1760 X.
3. 2. Synthèse des composés polyéthérés 3-6
A 0.008 mole de 1 et 0.032 mole de dichlorotétraéthylène glycol 2 dans 30 ml de DMF, on ajoute 0.032 mole de carbonate de potassium et 0.001 mole de bromure de tétra n-butyl ammonium, le mélange est laissé sous agitation énergétique pendant 48h. Après filtration de la solution, le solvant est évaporé sous pression réduite et le résidu est chromatographié sur colonne de silice (éluant : hexane / acétate d’éthyle : 90 /10).
Caractéristiques physiques et spectrales des composé 3-6 (voir tableau I et II) Analyse élémentaire du composé 3 : (C16H20N2O5)
C H N
Calculé (%) 59,81 6,23 8,72
Trouvée (%) 59,73 6,19 8,66
Analyse élémentaire du composé 6 : ( C32H40N4O10)
C H N
Calculé (%) 59,91 6,24 8,73
Trouvée (%) 59,85 6,18 8,67
Les données du cristal et les conditions expérimentales [10, 12] du composé 3 sont rassemblées dans le tableau III
Tableau III
Crystal data
Formula C16H20N2O5
Crystal system Triclinc
Space group P-1
a[Å] 7.8033(4)
b[Å] 8.6660(5)
c[Å] 13.1378(8)
α[°] 71.452(4)
β[°] 73.004(4)
γ [°] 67.234(4)
V[Å3] 761.96(8)
Z 2
µ (M0-Kα) [cm-1] 0.098
Data collection
T[K] 298
Scan mode φ (CCD diffractometer)
2θmax[°] 52.26
measured refl. 5403
Unique refl. 2783
Absorption correction none
Structure refinement
Ref. Parameters 208
Refl. Used for ref. (I>3σ(I)) 2314
H atoms included not refined
R 0.049
Rw 0.063
W 1/ρ(F)
(shift/e.s.d.)max 0.001
goodness of fit 1.14
∆ρfin (max/min)[e Å-3] 0.22/-0.20
_refine_1s_weighting_details: (s2(Fo2)+0.03000 * Fo2)-1
Les données du cristal et les conditions expérimentales [9, 10] du composé 7 sont rassemblées dans le tableau IV
Tableau IV Crystal data
Formula C16H20N2O5.KSCN
Crystal system monoclinc
Space group C2/c
a[Å] 13.5847(5)
b[Å] 16.1934 (5)
c[Å] 16.3742 (6)
β[°] 103.005 (2)
V[Å3] 3509.6(2)
Z 8
µ (M0-Kα) [cm-1] 0.48
Data collection
T[K] 298
Scan mode φ (CCD diffractometer)
2θmax[°] 52.7
measured refl. 12.483
Unique refl. 3500
Absorption correction none
Structure refinement
Ref. Parameters 246
Refl. Used for ref. (I>3σ(I)) 2995
H atoms included not refined
R 0.043
Rw 0.054
W 1/ρ(F)
(shift/e.s.d.)max 0.002
goodness of fit 1.92
∆ρfin (max/min)[e Å-3] 0.22/-0.55
_refine_1s_weighting_details: (s2(Fo2)+0.03000 * Fo2)-1
Les données du cristal et les conditions expérimentales [9, 10] du composé 8 sont rassemblées dans le tableau V.
Tableau V Crystal data
Formula C24H48N6O14.KSCN
Crystal system Triclinc
Space group P-1
a[Å] 12.9377 (5)
b[Å] 13.8485 (6)
c[Å] 14.5694 (7)
α[°] 102.771 (2)
β[°] 103.636(2)
γ [°] 116.402 (2)
V[Å3] 2106.9 (2)
Z 2
µ (M0-Kα) [cm-1] 0.3 8
Data collection
T[K] 298
Scan mode φ (CCD diffractometer)
2θmax[°] 52.
measured refl. 15.205
Unique refl. 7735
Absorption correction none
Structure refinement
Ref. Parameters 518
Refl. Used for ref. (I>3σ(I)) 6080
H atoms included not refined
R 0.057
Rw 0.080
W 1/ρ (F)
(shift/e.s.d.)max 0.035
goodness of fit 1.78
∆ρfin (max/min)[e Å-3] 0.59 /-0.53
_refine_1s_weighting_details: (σ2(Fo2)+0.03000 * Fo2)-1
REFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1] M. M. Htay et O. Meth-Cohn; Tetrahedron lett., 1976, 76.
[2] H. M. Ahmed El wahy; Tetrahedron.,2000, 56, 897.
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