Synthèse supportée d'hétérocycles en milieux éco-compatibles : étude des conditions par lots et en flux continu. Purification par ultrafiltration en phase aqueuse

Organic solvent-free processes for the synthesis and purification of heterocyclic compounds supported on polyethylene glycol, in batch and in continuous flow reactor

• Auteur / Autrice : Nicolo Prosa
• Direction : Marie-Christine Scherrmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 27/09/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Procédés et des Substances Naturelles (Orsay)
• Partenaire(s) de recherche : Institut : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Merlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Christine Scherrmann, Denis Merlet, Frédéric Lamaty, Véronique Michelet, Nadège Lubin-Germain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Lamaty, Véronique Michelet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrafiltration

Composés hétérocycliques

Polyéthylèneglycol

Mots clés libres

Chimie verte

PEG support

Chimie dans l’eau

Hetérocycles

Flux continu

Ultrafiltration

Green chemistry

PEG-supported chemistry

Reactions in water

Heterocycles

Continuous flow

Ultrafiltration

Résumé

Dans le but de réduire l’utilisation des solvants organiques dans les réactions et dans la purification, nous avons envisagé de coupler la synthèse supportée sur PEGs dans l’eau aux microréacteurs en flux continu et à l’ultrafiltration comme technique de purification. Dans un premier temps nous avons synthétisé des 3,4-dihydropyrimidin-2-ones (DHPMs) en utilisant comme étape clef la réaction multicomposant de Biginelli avec un aldéhyde supporté sur PEG. Dans ce but, nous avons trouvé que la liaison du PEG au 4-carboxybenzaldehyde, décrite dans le CH2Cl2, a lieu dans le PEG fondu (70 °C) en absence de solvant. La synthèse des DMPMs a ensuite été réalisée dans l’eau et dans le PEG fondu, à partir de l’aldéhyde supporté, et les produits finaux ont été isolés après saponification. Cette synthèse a ensuite été optimisée en microréacteurs en flux continu dans l’eau et la purification des adduits supportés a été réalisée par ultrafiltration dans l’eau.La stratégie décrite ci-dessus a été appliquée à des synthèses multi-étapes, la réaction de Baylis-Hillmann étant l’étape clef pour la préparation de tétrahydro-1,3-oxazine, tétrazoles, 1,4-oxazepin-3-ones et tétrahydro-1,3-pyrimidin-4-ones, composés dotés d'une activité biologique potentielle. Les synthèses de tétrahydro-1,3-oxazines et d’un tétrazole ont d’abord été optimisées par lots avec les purifications réalisées par ultrafiltration dans l’eau, puis adaptées en microréacteurs en flux continu.Tous les adduits supportés sur PEG ont été caractérisés par RMN et MALDI-Tof, et des nouvelles méthodes d’analyse RMN ont été mises au point afin de réduire l’intensité des signaux dus au PEG et de faciliter l’étude des molécules supportées.En conclusion nous avons développé la synthèse supportée, en milieux éco-compatibles de DHPMs, tétrahydro-1,3-oxazines et d’un tétrazole, par lots et en microréacteurs en flux continu, en utilisant les réactions de Biginelli et Baylis-Hillmann comme étapes clefs. Toutes les purifications ont été réalisées par ultrafiltration dans l’eau, afin de réduire l’utilisation de solvants organiques.

Aiming to avoid the use of volatile organic solvents in both the reaction and the separation steps, we envisioned to couple the use of PEGs as support to continuous flow chemistry and ultrafiltration in water as separation technique. First, we synthesized 3,4-dihydropyrimidin-2-(1H)-ones (DHPMs) exploiting the Biginelli multicomponent reaction starting from PEG-supported aldehyde. For this purpose, we found that the linkage of 4-carboxybenzaldehyde to PEG4000, described in the literature to occur in CH2Cl2, takes place in melted PEGs (70 °C) in the absence of solvent. We developed a novel organic solvent free synthesis of DHPMs via the Biginelli reaction of PEG-supported aldehyde, and we isolate the final products via saponification. Then, the same Biginelli reaction was carried out in continuous flow micro-reactor using water as the solvent and the supported products were isolated by ultrafiltration.The above mentioned strategy was also applied to multistep syntheses, the Baylis-Hillman reaction being the key-step for the preparation of tetrahydro-1,3-oxazine, tetrazoles, 1,4-oxazepin-3-ones, and tetrahydro-1,3-pyrimidin-4-ones, compounds endowed with potential biological activity. The preparations of tetrahydro-1,3-oxazines and tetrazole were first optimized in batch with the purifications performed by ultrafiltration in water, then adapted to the continuous flow micro-reactor synthesis.All PEG-supported compounds were characterized by NMR and MALDI-TOF MS spectrometry. Moreover, in order to facilitate the analysis of PEG-supported product, we developed new NMR methods that help to reduce the intensity of PEG signals.In conclusion, we performed the PEG-supported organic solvent-free synthesis of DHPMs, tetrahydro-1,3-oxazines, and a tetrazole derivative, in batch as well as in continuous flow microreactor, using Biginelli and Baylis-Hillman reactions as key steps. All purifications were carried out by ultrafiltration in water, to avoid the use of organic solvents.