Brevet FR2612191A1 — publié le 19880916

MACROCYCLES ORGANIQUES PHOSPHORES, PROCEDE DE FABRICATIO'@' ET APPLICATI9RS L'invention concerne de nouveaux macrocycies organiques phosphorés et leur procédé de fabrication. Elle s'étend à des appl-fcations spécifiques de certains de ces macrocycles. On sait que les nacrocycles organiques sont des enchainements hydrocarbonés refermés sur eux-mêmes selon un agencement g4omF#trique, symétrique ou non. Par "macrocycle", on entend généralement des composts cycliques possédant au minimum 14 atones dans la chalne. L'intérêt de ces macrocycles réside dans leurs propriétés hioiogiques (notamment antibiotique) et surtout, dans leurs proprietbs complexantes vis-à-vis de cations, permettant en particulier de v4h .culer ces derniers d'un milieu à un autre. lune famille particuli=re de ces macrocycles réside dans les macrocycïes organiques phosphorés oui, grâce à la cresence de phosphore ou de groupements phosphorylés ou thiophosphoryles, ont des p_c^riétrss complexantes accentuées, permettant de complexer des cations difficilement complexables par les autres macrocycïes. Cet effet provient des doublets libres apportés soit par les phosphores, soit par les groupements phosphorylés ou thiophosphorylps. Toutefois, très peu de macrocycles phosphorés ont pu à l'heure actuelle être préparés, les procédés de synthèses connus étant limités à des composés bien spécifiques ; de plus, ces procédés sont de mises en oeuvre délicates et très onéreuses. On connait par exemple_un procédé de synthèse de macrocycles phosphorés, dérivés des éthers couronnes, qui consiste à faire réagir un polyol avec un composé halogéné phosphoré ; ce procédé est illustré dans les publications suivantes - Raevskii, O.A ; Solotnov, A.F. ; Shtepanek A.S ; Kudrya T.N. ; Izv. Akad.Nauk SSSR Ser.Khim 1984, (4) p 797-803, - Kudrya, TAI. ; Chaikovskaya A.A. ; Roshkova, Z.Z., Pinchuk A.M. Zh. Obshch.Khim 1982, 52 (5) p 1092-5, - Colovatyi, V.G. ; Korol E.N. Teor E-ksp.Khim 1981, 17 (6) p 849-51, - Kir sanov, A.V. ; Zasor ina, V.A. ; Shtepanek A.S., Pinchuk A.M. Cokl.Akad.Nauk SSSR 1981, 259, p 1112-13, - Ciampolini, Pf. ; Dappor to, P. ; Nardi, P;. ; Zanobini F. ; J.Chem. Soc. Chem. Conm. 198t', (4) p 177-P, - Yatsimirskii, K.R. ; Kahachinck, P1.1. : Sinyavskaya E.1. ; Konstantinovskaya, N.A. ; Medved, T. Ya ; Polikarpov, Yu.h. ; Rodrin, G.V. Zh. Neora.Khim 198p, 25 (7) p 1788-92, - Kaplan, L.J. ; Weisman C.R. ; Gram, [).J. J. Or g. Chem. 19'7q 4ti (13) p 2226-33, - Yatsimirskii, K.P. ; Pidzilya, V.A. Golovkova, L.P. ; Shtepanek, A.S. Pokl. Akad. Nauk SSSR 1979, 244 (5) p l142-5, - Newkome, Ce procédé s'accompagne nécessairement d'une phase finale de séparation des macrocycles par rapport aux composés de départ, qui comporte de nomhreuses étapes, est très délicate et onéreuse et conduit à un rendement c71obal trhs faible. Un autre procédé consiste à cycliser des amines tertiaires halogénées avec des phosphines métallés pour ohtenir un macrocycle saturé : "Ciampolini, Ri. ; Nardi, `:. ; Zanobini, F. ; Cihi, R. , Orioli P.L. Inorg. Chim. Acta. 1983 76 (1) L17-L19". Un tel macrocycle possède une réactivité moindre dans les applications de complexation. Sa fabrication fait appel è des composés de départ difficiles d'accès et de préparation onéreuse. lln autre procédé permet de préparer des macrocycles poiyoxygénés phosphorés, par une succession de réactions d'addition et d'élimination : "Christol. H. ; Gustau, H.J. ; Faliouh, F. ; Huliot, P. ; Tetrahedron Lett. 1979, (2R) p 2591-4". Cette préparation est très longue et extrêmement complexe (7 étapes minimum) et son rendement est limité. Un autre procédé permet de préparer des macrocycles dissymétriques à un seul phosphore, en faisant réagir du dipyridyl-phényloxyde de phosphine avec des composés alcoxides : "Newkome, C.P. ; Hager, D.V. ; J. Am. Chen. .Soc. 1978, 1n(1 (17) p 5567-8". Le compose phosphoré de départ. est très difficile d'accès. Tous ces macrocycles ont été synthétisés en laboratoire pour étude et aucun ne fait actuellement l'objet d'une fabrication industrielle en raison de leur coîit extrêmement élevé et de leurs procédés de fabrication très complexes. La présente invention se propose de fournir un nouveau procédé de fabrication de macrocycles organinues phosphorés. Elle vise à fournir un procédé de mise en oeuvre simple, utilisant des composés de départ disponibles sur le marché à des prix modérés, et conduisant à une séparation extrêmement facile des macrocycles synthétisés. lin autre objectif est d'atteindre des rendements très élevés, supérieurs à 8!7 ' (le rendement étant défini comme. le rapport de la quantité de macrocycles obtenus à la quantité des réactifs de départ). lin autre objectif est de permettre de synthét-se. une famille de maczocycles très diversifiée, en vue de fournir un large choix de composés et de propriétés. t! n autre objectif est de fournir des macrocycles phosphorés susceptibles de présenter soit des propriét6s complexantes accrues (nombre beaucoup plus élevé de corps complexés, stabilité accrue des complexes formés), soit de nouvelles propriétés. A cet effet, le procédé conforme à l'invention pour fabriquer de nouveaux macrocycies organiques phosphorés consiste à réaliser un pontaçe par des. liaisons imine, entre des molécules de composé dicarbonylé et des molécules de phosphohydrazide, de façon à obtenir des macrocycles, constitués chacun d'au moins une chalne fermée comprenant un nombre pair de synthons, le synthon correspondant à une molécule succédant dans la chayne au synthon correspondant à l'autre molécule. Le pontage sus-évoqué des molécules de composé dicarbonylé et de phosphohydrazide peut être effectué par un simple mélange desdites molécules dans un solvant apte à dissoudre chacune d'elles, par exemple méthanol ou éthanol. Le mélange peut être effectué à température ambiante sous agitation ; il est également possible de ralentir et donc rénulariser la précipitation par un léger refroidissement du milieu (température de l'ordre de 0 C). On observe une précipitation spontanée du macrocycle formé qui peut être ensuite facilement isolé, par exemple par filtration et séchage. Une telle mise en oeuvre en une seule étape, à froid, est extrêmement simple et peu coûteuse. Les deux composés de départ sont facilement accessihles, soit directement disponibles sur le marché à prix modérés, soit par préparation par des méthodes connues (en particulier on pourra se reporter à la pubilication suivante pour la préparation des phosphahydrazides : "t1AJOPAL J.P., KRAEIIER Raymond, NAVECH J., PATHIS F., Tétrahédz-on n 32, p 2633 et suivantes, 1976". La séparation des macrocycles obtenus qui sont seuls à précipiter dans le milieu liquide est elle-même une opération simple et peu coûteuse. Les rendements ohservés sont compris entre 80 et 95 ,. 0e nombreux macrocycles peuvent être fabriqués par le procdé de l'invention, en raison de la très grande variété de substituants possibles dans les molécules de départ. Selon un mode de mise en oeuvre pré on utilise les molécules de départ suivantes - molécules de diaidéhyde ou de dicétone X (Cfln)2, où X et R1 sont des groupements ou enchainements hydrocarbonés, , - molécules de phosphodihydrazi R2P (Y) (VR3"H2)2, où R2 et R3 sont des groupements ou enchalnements hydrocarbonés et Y un atome d'oxygène, de soufre, de sélénium, un doublet libre, un métal ou un groupement azoté. En particulier, les molécules de dialdéhyde ou de dicétone peuvent être choisies porteuses des groupements, radicaux ou atomes suivants - X : aryle, furyle, alkyle, phénoxyle, - RI hydrogène, aryle, furyle, alkyle, phénoxyle, les molécules de phosphodihydrazide étant elles-mêmes choisies porteuses des atones ou groupements suivants - R2 : hydrogène, haiogPne, aryle, alkyle, furfuryle, amino, - P3 : hydrogène, alkyle. Pour obtenir un bon rendement, les mélanges sont effectués dans des proportions stoechiométriques. L'invention s'étend, en tant que produit nouveau, au nouveau macrocycle organique phosphoré, fahricabie par le procédé sus-é-voqué, de structure moléculaire suivante où X, P1, R2 et R3 sont des groupements ou des enchalnenents hydrocarbonés et Y un atome d'oxygène, de soufre, de sélénium, un doublet libre, un métal ou un groupement azoté dans lequel l'azote est doublement lié su phosphore. Cette famille de macrocycles possède des propriétés complexantes remarquables en raison de sa structure cyclique et de la présence d'atomes porteurs de doublets libres et, le cas échéant, de la présence de groupement anionique (par un choix approprié de X) ; ces macrocycles peuvent en particulier être utilisés pour piéger de petites molécules de dimensions approximativement comprises entre 0,(15 et 5 nanombtres (méthanol, chloroforme, dichlorométhane...) ou pour piéger des cations notamment métalliques ou organiques (sodium, potassium, ammonium, baryum,...). Les propriétés de complexation de petites molécules sont rares dans la famille des macrocycles phosphorés connus. La complexation est particulièrement efficace. Les atomes, radicaux ou groupements X, R1, R2 et R3 peuvent être en particulier constitués par les espèces évoquées précédemment. Les macrocycles suivants seront préférés en pratique en raison de la facilité d'accès des deux composés de départ . où R2 est un groupement aryle, alkyle ou amino, Y est un atome d'oxygène ou de soufre et X est un groupement aryle ou furyle. Les exemples qui suivent illustrent le procédé de l'invention, les macrocycles obtenus et leurs propriétés. EXEMPLE 1 Préparation des réactifs de départ La synthèse de la bis (méthylhydrazino) phénvl thiophosphine est réalisée su moyen d'une solution chloroformique (5f1 ml) de sulfure de phényl dichlorophosphine (0,1 mole) qui est ajoutée goutte à goutte, sous agitation, à température ambiante à une solution chloroformique (50 ml)*de méthylhydrazine (Q,4 mole). L'agitation est maintenue pendant 3 heures. Le chloroforme est ensuite éliminé dans le vide de la trompe à eau. Le résidu huileux est repris à chaud par le mélange benzène-hexane (1/2). Les cristaux obtenus après refroidissement sont recristallisés dans le même mélange. Pender;ent 90 ", point de fusion 95-96 C. . Les aldéhydes utilisés dans les exemples suivants ont été acquis sur le marché auprès de la Société "ALDPICM" ; le furanne dicarboxaldéhyde-2,5 utilisé au présent exemple a été préparé selon le mode opératoire suivant. 1,6 q d'hydroxymethylfurfural (Référence "ALDPICti hltc,nRR-7") est mis en solution dans un mélance constitué par 5n ml de diméthylsulf oxyde et 511 ni de néthylisohutylcétone (@!.I.R.C.) dans un réacteur de 250 ml muni. d'une colonne déshydratante de chlorure de calcium sec et d'un thermomètre. 4 q de dycyclohexylca_hodyynyde (Péférence "AL^RIC@4 Pp,pff-2") sont ensuite additionnés avec (7,25 a d'aci.de@orthophosphoryque en solution dans 2 ml de (@.t!.5.^.. La réaction démarre après quelques minutes, ce nui. se. U^aduit par une auqmentatyon de température, une précipitation du dycyciohexvlurNe, et un dénagenent de diméthylsuifu^e. AprÀs quatre heures d'agitation, ce précipité est filtré et lave avec 4t7 ml de M.I.g.C.. Le D.tt.S.O. est extrait de la phase organique récupérée par 10t' ml d'eau. Après décantation et séparation des deux phases, on évapore le V.I.P.C. qui forme l'essentiel de la phase organique. Le furannedicarhoxaldéhyde,2-5 précipite et est obtenu pur avec un rendement de 9(? a. Fabrication du macrocvcle - 0,008 mole de furanne de dicarboxâldéhyde 2=5 est dissous dans 45 ml de méthanol, - 0,008 mole de bis (méthylhydrazino) phénylthiophosphine est dissout dans 45 ml de méthanol. Ces deux solutions sont mélangées sous agitation goutte à goutte à température ambiante dans 30 ml de méthanol. Une fois l'addition terminée, l'agitation est maintenue pendant une heure (environ) à température ambiante. Le macrocycle formé précipite dans le milieu réactionnel sous forme d'une poudre jeune clair. II est séparé par simple filtration et purifié par lavage au reflux du méthanol. Le rendement pondéral est de 95 Â. Ce macrocycle a été caractérisé par spectrométrie de masse, par microanalyse, par ses spectres de résonance magnétique nucléaire du phosphore et du proton et par spectrographie infrarouge. I1 présente la structure suivante . Le pic moléculaire (masse moléculaire) fourni par le spectromètre de masse est de 636 ; le macrocycle possède 20 atomes dans le cycle. FXFt?PLF 2 Le .même mode opératoire que pour l'exemple 1 (mêmes quantités) est utilisé avec les deux composés de départ - phényl dicarboxaldéhyde 1-3, - bis (méthylhydrazino) phénylthiophosphine. Le macrocycle obtenu présente la structure suivante l. e rendement est de r0 :. La m sse moléculaire de 656. Le macrocycle possède 2n atones dans le cycle. EYFtiPLF 3 Même mode opératoire - phényl dicarboxaldéhyde .1-4, - bis (méthylhydrazino) phénylthiophosphine. Le macrocycle obtenu présente la structure suivante . Le rendement est de 80 e. La masse molécula-_re est de 656. Le macrocycle possède 22 atomes dans le cycle. EXEMPLE 4 Même mode opératoire - pyridyl dicarboxaldéhyde 2-6, - bis (méthylhydrazino) phénylthiophosphine. Le macrocycle obtenu présente la structure suivante . Le rendement est de L35 a. La nasse moléculaire est de 659. Le macrocycle possède 2f atomes dans le cycle. EXFr@PLF 5 La synthèse de la bis (méthvihvdraz-no) phénvl oxyde de phosphine est réalisée au moyen d'une solution chloroformique (5f? mi) d'oxyde de phényid-ichlorophosphine (0,l mole) qui est ajoutée goutte à goutte sous anitation è température ambiante à une solution chloroformique (50 ml) de méthylhydrazine (f,4 mole). L'agitation est maintenue pendant 3 heures. Le chloroforme est ensuite éliminé dans le vide de la trompe à eau. Le résidu huileux est repris à chaud par le mélange benzène-hexane (1/2). Les cristaux obtenus après refroidissement sont recristallisés dans le même mélange. Rendement 80 d, point de fusion 125-126 C. Préparation du macrocycle Même mode opératoire' qu'aux exemples précédents avec les composés de départ suivants - furanne dicarboxaldéhyde 2-5, - bis (méthylhydrazino) phényloxyde de phosphine. Le macrocycle obtenu présente la structure suivante . Le rendement est de i35 %. La masse moléculaire est de 60 FXfi1PLF 6 hième mode opératoi e - furanne dicarboxaldéhyde 2-5, - bis (méthylhydrazino.) phénoxythiophosphine. Le macrocycle obtenu présente la structure Le rendement est de 80 %. La masse moiéculaire est de 668. Le macrocycie possède 20 atomes dans le cycle. EX EMPLE 7 Synthèse de la bis (méthylhvdrazino) phénoxv thlophosphine Le processus est le même que celui 'décrit l'exemple 5, mais on part du sulfure de phénox dichiorophosphine : rendement 85 %, point de fusion 58-59 C. Préparation du macrocvcle Même mode opératoire - furanne dicarhoxaldéhyde 2-5, - bis (méthylhydrazino) phénoxy-oxyde phosphine. Le macrocycïe obtenu présente la structure su. .vante Le rendement est de 88 '. La masse moléculaire est de 636. Le macrocycle,possède 20 atomes dans le cycle. EXEHPLF R Svnthase de la bis (mPthvlhydrazino) d--méthvlam oxyde de phosphine Les processus sont similaires à ceux des exemples 5 et 7, mais on part de l'oxyde de diméthylamino dichlorophosphine : rendement 46 N, point de fusion 73 C. Préparation du macrocvcle Itàme mode opératoire - furanne dicarboxaldéhyde 2-5, - bis (méthylhydrazino) diméthylamino-oxyde de phosphine. Le macrocycie obtenu présente structure su vante . Ire rendement est de 82 %. La masse moléculaire est de 538. Le macrocycle possède 20 atomes dans le cycle. FXFt!PLE 9 Complexation de petites molécules Cet exemple est destiné A mettre en évidence les propriétés remarquables de complexation des macrocycles fabriqués à l'égard des petites molécules. Le macrocyle fabriqué à l'exemple 3 est -mis en présence d'un excès de nééhanoi (lonnueur de la molécule de l'ordre de 0,3 manomètre). Après évaporation complète de la solution et séchage, on ohtient une poudre incolore que . est analysée par spectrométrie de masse : on met en évidence la présence d'une molécule complexe constituée par le macrocyle et le méthanol. II est nPcessaire de chauffer cette poudre à 1 q0 C sous 1g-4, pascal pendant 1 heure environ, pour rompre totalement l'association et éliminer le méthanol. Le macrocycle possède donc une très forte tendance à la complexation. La même constatation peut être faite avec le chloroforme. FXEt1PLE ln Conolexation d'un cation Le macrocycle fabriqué à l'exemple 5 est dissous dans du chloromPthane et la solution est mise en présence de perchlorate de barvum (1 molécule de perchlorate pou- 2 macrocycles). Aprps évaporation complète et se#chaqe, on ohtient une'poudre jaune qui est analysge par les méthodes phys*co-chinioues hah'_tuelles (infrarouge, résonance magnétique nucléaire' : on d6cèle la pr4sence d'une molfacule_ conpiexe constituée par un atome de haryum- lié à deux macrocycles. Le haryu m, interposé entre les deux nacrocycles, est lié par six liaisons donneur/accepteur à chaque macrocvcle. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de fabrication de maerocycîes organiques phosphorés, caractérisé en ce que l'on réalise un pontage par des liaisons imine, entre des molécules de composé dicarhonylé et des molécules de phosphohydrazide, de façon à obtenir des macrocycles, constitués chacun d'au moins une cheîne fermée comprenant un nombre pair de synthons, le synthon correspondant à une molécule succédant dans la chaîne au synthon correspondant à l'autre molécule. 2/ - Procédé selon la revendic'ation 1, caractérisé en ce que le pontage des molécules de composé dicarbonylé et de pho'sphohydrazide est effectué en mélangeant lesdites molécules dans un solvant apte à dissoudre chacune d'elles, les macrocycles obtenus par précipitation étant ensuite isolés. 3/ - ProcédA selon l'une des revendications 1 ou 2, pour la fabrication de macrocycles constitués par des chaînes à 4 synthons, caractérisé en ce que l'on utilise les molecuies suivantes . - mols & cules de .dialdbhvde ou de dic#,tone X (CRlq)2, où X et R1 sont des groupements ou enchaynements hydrocarbonés, - molécules de phosphodihydrazide . R2P (Y) (NP3h!-i9)2, oie R2 et R3 sont des groupements ou enchalnements hydrocarbonés et Y un atome d'oxygène, de soufre, de sélénium, un doublet libre, un métal ou un groupement azoté. 4/ - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on utilise des molécules de dialdéhyde ou de dicétone dans lesquelles X est un groupement choisi parmi les suivants : aryle, furyle, alkyle, phénoxyle, R1 est un atome ou un groupement choisi parmi les suivants hydrogène, aryle, furyle, sikyle, phénoxyle, et des molécules de phosphodihydrazide dans lesquelles R2 est un atome ou un groupement choisi parmi les suivants : hydrogène, halogène, aryle, aikyle, furfuryle, amino, et R3 un atome ou un groupement parmi les suivants : hydrogène, alkyle. 5/ - Procédé selon les revendications 2 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que le mélange des molécules est effectué dans des proportions stoéchiométriques. 6/ - Procédé selon l'une des revendications _2. ou 5, caractérisé en ce -que l'on utilise comme solvant du méthanol ou de l'éthanol. 7/ - Procédé selon l'une des revendications 2, 5 ou 6, caractérisé en ce que le mélange est effectué à température ambiante sous agitation. B/ - Procédé selon l'une des revendications 2, 5, 6 ou 7, dans lequel les macrocycles sont isolés par filtration et séchage. / - Nacrocycle o génique phosphoré, caractérisé en ce qu'il possède la structure moléculaire suivante . où X, Ri, R2 et R3 sont des groupements ou des enchalnements hydrocarbonés et Y un atome d'oxygène, de soufre, de sélénium, un doublet libre, un métal ou un groupement azoté dans lequel l'azote est doublement lié au phosphore. 10/ - htacrocycle selon la revendication 9, caractérisé en ce que X est un groupement parmi les suivants aryle, furyle, alkyle, phénoxyle, Ri est un atome ou un groupement parmi les suivants : hydrogène, aryle, furyle, alkyle, phénoxyle, R2 est un atome ou un groupement parmi les suivants : hydrogène, halogène, aryle, alkyle, furfuryle, amino, R3 est un atome ou groupement parni les suivants hydrogène, alkyle, et Y un atome d'oxygène ou de soufre. 11/ - fiacrocycie selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il possède la structure moléculaire suivante . oie R2 est un ^oupement aryle, alkyle ou amino, Y est un atome d'oxynène ou de soufre et X est un cr oupement . aryle ou furyle. 12/ - Application du macrocycle conforme à l'une.des revendications 9, 10 ou 11, pour piéger de petites molécules de dimensions approximativement comprises entre 0,05 et 5 nanomè tr es. 13/ - Application du macrocycle conforme à l'une des revendications 9, 10 ou 11, pour piéger des cations notamment métalliques ou organiques.