Brevet FR2687398A1 — publié le 19930820

MONOMERES BETAINIQUES, POLYMERES COKRE;PONDANTS AINSI QUE LEUR UTILISATION, ET PROCEDES DE PREPARATION Y RELATIFS. La présente invention concerne de nouveaux monomères bicaténaires betainiques, leur procédé de préparation, les nouveaux polymères obtenus à partir de ces composés et le procédé de préparation desdits polymères. La présente invention a pour objet de nouveaux dérivés bicaténaires bétainiques de formule: formule dans laquelle R1 et R2 désignent, indépendamment l'un de l'autre, un radical hydrocarboné en C10-C18, n est un nombre entier ou décimal compris entre 1 et 5, m est égal à 1, 3 ou 4. De préférence, m = 1 et/ou n est compris entre 1 et 2, bornes incluses avantageusement, Rt et R2 sont identiques et désignent un radical hydrocarboné en C12-C16. L'intérêt de ces composés est qu'ils constituent des tensioactifs polymérisables. Ces composés peuvent être préparés selon le schéma réactionnel suivant: 1eeétupe R1 +/(CH2CH20)nH X - ( & ) n etm+1 R2/ \(CHZ),-COOR ou 3éme Ir R1 lèoeêtape (15Zb) /t n :1 o x - (b > m:1 R CH2-C 2 o R1 \ (CH2CH20ln H N R2 12),,COO Bèmeétapc CH2=CH-N=C=O RlM +(CH2CH2O)NHCH=CH2 ( (Il R2/ (CH2 ),- COO R désignant un radical hydrocarboné en C1-C4, et de préférence en C2, Ri, R2, n, m ayant les significations précisées ci-dessus et Xdésignant Cl- ou Br. La présente invention a, en conséquence, aussi pour objet un procédé de préparation d'un composé de formule (I) selon lequel, dans une première étape, on quaternise l'amino-alcool de formule: au moyen d'un composé halogéné de formule: X-(CH2)m--COOR (m) que, dans une deuxième étape, on fait passer le composé halogéné obtenu sur une résine échangeuse d'ions, qui échange OH- contre X-, pour obtenir le composé de formule: et que, dans une troisième étape, on fait réagir la bétaine de formule (v) sur l'isocyanate de vinyle pour obtenir le composé de formule (I). La première étape, qui est une réaction de quaternisation du composé (11), est, de préférence, effectuée dans un solvant organique, tel que l'isopropanol ou méthanol (ou leurs mélanges), éventuellement en présence d'une base, telle que le carbonate de potassium, à une température comprise entre 50 et 1500 C. Pour le composé de formule (I) pour lequel n = 1 et m = 1, il se produit une transéstérification de l'alcool et de l'ester pour former la lactone de formule (IVb) correspondante. La deuxième étape, qui constitue une étape de purification permettant d'obtenir les bétoines exemptes de sels, consiste à passer le composé de formule (Wa ou IVb) sur une résine échangeuse d'ions qui échange OH- contre X-, provoquant ainsi l'hydrolyse basique de la fonction ester pour le composé de formule (ira). La troisième étape consiste à faire réagir la bétame carboxylique alcoolique de formule (v) avec l'isocyanate de vinyle, de préférence en présence d'un solvant organique, pris dans le groupe formé par le tétrahydrofuranne, le chloroforme et leurs mélanges, en présence d'un catalyseur basique, tel que la triéthylamine, d'abord à la température ambiante pendant 20 à 30 heures et ensuite, éventuellement, à une température comprise entre 30 et 600 C pendant 1 à 5 heures. Les composés de formule (I) possèdant un groupe polymérisable sont des monomères permettant de préparer des polymères de formule (VI): formule dans laquelle Ri et R2 désignent un radical hydrocarboné en C10-C18, n est un nombre décimal ou entier compris entre 1 et 5, m est égal à 1, 3 ou 4, et x est un nombre entier ou décimal inférieur ou égal à 50. La polymérisation est, de préférence, effectuée, sous atmosphère inerte et notamment sous argon, dans un solvant organique, tel que le tétrahydrofuranne, à une température comprise entre 60 et 80" C, avantageusement à 65-70 C, en présence d'un initiateur de polymérisation tel que 1' azobisisobutyronitrile, pendant une durée comprise entre 15 et 24 heures. Les polybétaines de formule (VI) peuvent etre utilisées comme agents stabilisants pour modifier la perméabilité ou la charge superficielle de vésicules à structure lamellaire formées de lipides amphiphiles et dispersées dans une phase aqueuse de dispersion ; un tel agent stabilisant est mélangé à la phase lipidique constitutive des feuillets de la structure lamellaire en une proportion comprise entre 1 et 90 % en poids par rapport au poids total de la phase lipidique. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de mise en oeuvre. EXEMPLE 1 : Préparation de cinq composés de formule (I) pour lesquels m = 1. - Ri = R2 = C12H25 et n = 1 (composé A) R1 = R2 = C14H29 et n = 1 (composé B) - Ri = R2 = C12H25 et n = 2 (composé C) R1 = R2 = C14H29 et n = 2 (composé D) - Ri = R2 = C16H33 et n = 2 (composé E) a) Première étape : Préparation de l'amine quaternaire de formule (IVa) lorsque n # 1 ou de formule (IVb) lorsque n = 1. Un mélange équimolaire de 0,05 mole (8,35 g) de bromoacétate d'éthyle et de 0,05 mole d'alcool de formule (II) est chauffé dans 150 ml d'éthanol au reflux pendant 20 à 24 heures. Le mélange réactionnel est évaporé à sec et séché sous vide. Le composé final de formule (IVa) ou (rob) recristallise dans l'acétone. Les spectres RMN 1H sont conformes avec la structure attendue. b) Deuxième étape: Préparation des composés de formule (V) 10 g de composé de formule (rVa) ou aVb) dissous dans 500 ml de méthanol (remplacé par de l'eau pour le cas n = 1) sont passés sur une résine échangeuse d'ions préalablement conditionnée sous forme OH- (Amberlite IRA 400). La solution basique obtenue après passage sur colonne échangeuse d'ions est évaporée à sec à 600 C puis reprise à l'acétone. Les bétoines de formule (V) formées recristallisent dans l'acétone. Point de fusion Tf des composés obtenus: Composés m = 1 Tf ( C) R1 = R2 = C12H25 et n = 1 110 R1 = R2 = C14H29 et n = 1 116 R1 = R2 = C12H25 et n = 2 81 R1 = R2 = C14H29 et n = 2 87 R1 = R2 = C16H33 et n = 2 90 c) Troisième étape : préparation des composés de formule (I). Le vinyl-isocyanate est fraichement préparé par décomposition d'azoture d'acryloyle chauffé au reflux du toluène en présence de dinitrobenzène, selon le prodécé décrit dans les publications R. Hart - Bulletin de la Société Chimique Belge (1956), vol 65, pages 291-6 et AR. HUGHES, R. St PIERRE - Macromolecular Syntheses (1977), vol 6, pages 31-7. 0,01 mole d'alcool bétaine (composé de formule V) et t à 2 ml de triéthylamine sont dissous dans 50 ml de tétrahydrofuranne et 20 ml de chloroforme dans un ballon maintenu à 5-10 C et muni d'un doigt réfrigérant contenant de la carboglace. On additionne par barbotage le vinyl isocyanate fraichement préparé et on laisse le mélange pendant 12 à 15 heures sous atmosphère d'azote à température ambiante. Pour le composé correspondant à R1 = R2 = C16H33 et n = 2 le mélange réactionnel est encore chauffé pendant 1 heure 30 à 2 heures à 40 C. Le mélange réactionnel est évaporé à sec, séché sous pression réduite (1,33 Pa) et le carbamate formé est recristallisé dans l'acétone. Pour le composé correspondant à Rt = R2 = C12H25 et n = 2, le mélange réactionnel est passé sur une colonne chromatographique de silice (éluant éther) et le carbamate récupéré (éluant: éther/méthanol 80/20) séché sous pression réduite (1,33 Pa) finit par cristalliser. Afin de séparer l'alcool n'ayant pas réagi du carbamate, un passage sur colonne chromatographique de silice est nécessaire (éluant acétate d'éthyle/éthanol 95 % 60/40). Point de fusion Tf des composés obtenus: Composé Tf( C) A 97 B 100 C 53 D 67 E 74 Analyse élémentaire du composé D: C H N O % théorique 71,1 11,54 4,50 12,85 % trouvé 70,9 11,62 4,55 13,5 EXEMPLE 2 : polymérisation du composé D. Dans un ballon, sous atmosphère d'argon, on introduit 0,5 g de composé D et 10 ml de tétrahydrofuranne anhydre. La solution chauffée à 65" C sous agitation est dégazée pendant 1 heure. Environ 5 mg d'azobisisobutyronitrile sont ajoutés à cette solution, maintenue sous agitation et sous atmosphère inerte à 65" C pendant 20 heures. La solution obtenue est évaporée à sec et on récupère un polymère. Par analyse RMN 1H, on observe bien la disparition des protons des liaisons vinyliques du composé D. Par analyse de diffusion de la lumière, on trouve que le polymère obtenu a une masse molaire de 8 440 et répond à la formule (VI) avec x = 14,4. EXEMPLE 3 : Utilisation du polymère préparé à l'exemple 2 comme agent stabilisant de vésicules lipidiques à structure lamellaire. On introduit dans un ballon de 100 ml les composés suivants: - 0,5 g de polymère préparé à l'exemple 2 - 2,15 g d'hexadécyléther de triglycérol - 2,15 g de cholestérol - 0,2 g de dicétylphosphate de sodium. On solubilise le mélange dans un mélange (dichlorométhane + méthanol). Le solvant est ensuite évaporé par paliers successifs depuis la pression ambiante jusqu'à environ 500 Pa à l'aide d'un évaporateur rotatif. Au film de phase lipidique, on ajoute 95 g d'une solution d'azoture de sodium à 0,02 % en poids dans l'eau. Le mélange obtenu est agité à l'aide de la secoueuse à bras oscillants commercialisée par la société "PROLABO" sous la dénomination "OSCILL 112", pendant 2 heures à 70"C. La dispersion de vésicules obtenue, portée à la température de 30 C est ensuite traitée pendant 2 minutes à l'aide d'un homogénéisateur à ultrasons commercialisé par la société "BRANSON SONIC PONER Co" sous la dénomination "SONIFIER B30" avec le réglage suivant: - cycle de travail : 50 % - réglage de puissance : position 5. Dans la dispersion obtenue, on a mesuré la granulométrie, en utilisant l'appareil commercialisé par la société "COULTER ELECTRONICS" sous la dénomination "COULTER N4", qui fonctionne sur le principe de la diffusion quasi-élastique de la lumière. La granulométrie des vésicules est caractérisée par un diamètre moyen (d) en nanomètres et un facteur de polydispersité en taille (Q). Ces deux paramètres sont calculés par la méthode des cumulants. Les mesures sont effectuées sur des dilutions contenant environ 0,3 % en poids de dispersion de vésicules. On trouve: d = 248 et Q = 0,38 On constate que la dispersion affInée est stable pendant au moins un mois à température ambiante. REVENDICATIONS 1 - Composé bicaténaire bétainique de formule: formule dans laquelle Rt et R2 désignent, indépendamment l'un de l'autre, un radical hydrocarboné en C10-C18, n est un nombre entier ou décimal compris entre 1 et 5 et m est égal à 1, 3 ou 4. 2 - Composé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la formule (I), m est égal à 1 et/ou n est compris entre 1 et 2, bornes incluses, et/ou R1 et R2 sont identiques et désignent un radical hydrocarboné en C 12-C 16. 3 - Procédé de fabrication d'un composé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que, dans une première étape, on quaternise l'amino-alcool de formule: au moyen d'un composé halogéné de formule: X -(CH 2m -COOR cm, X étant Cl ou Br que, dans une deuxième étape, on fait passer le composé halogéné obtenu sur une résine échangeuse d'ions, qui échange OH- contre X pour obtenir le composé de formule: et que, dans une troisième étape, on fait réagir la bétaine de formule (v) sur l'isocyanate de vinyle pour obtenir le composé de formule (I). 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on effectue la réaction de la première étape dans un solvant organique, à une température comprise entre 50 et 150 C et éventuellement en présence d'une base. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on utilise comme base dans la première étape le carbonate de potassium et que le solvant organique est choisi dans le groupe formé par l'isopropanol, l'éthanol et leurs mélanges. 6 - Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que, dans la troisième étape, on effectue la réaction en présence d'un solvant organique et d'un catalyseur basique et que l'on effectue ladite réaction à température ambiante pendant 20 à 30 heures. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on utilise, dans la troisième étape, un solvant organique pris dans le groupe formé par le tétrahydrofuranne, le chloroforme et leurs mélanges. 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que l'on utilise, comme catalyseur basique dans la troisième étape, la triéthylamine. 9 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que, dans la troisième étape, après la phase de réaction à température ambiante, on élève la température entre 30 et 60"C pendant 1 à 5 heures. 10 - Composé polymérique de formule: formule dans laquelle R1, R2, n et m ont les significations indiquées à la revendication 1, x étant un nombre entier ou décimal au plus égal à50. 11 Procédé de préparation d'un polymère selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on dissout le composé de formule: dans un solvant organique sous atmosphère inerte et qu'on le maintient en présence d'un initiateur de polymérisation, pendant une durée comprise entre 15 et 24 heures, à une température comprise entre 60 et 80"C. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'on utilise, comme solvant organique, le tétrahydrofuranne. 13 - Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme initiateur de polymérisation, 1' azobisisobutyronitrile. 14- Utilisation du polymère selon la revendication 10 comme agent stabilisant de vésicules à structure lipidique lamellaire dispersées dans une phase aqueuse de dispersion, ledit agent étant mélangé à la phase lipidique constitutive des feuillets de la structure lamellaire en une proportion comprise entre 1 et 90 % en poids par rapport au poids total de ladite phase lipidique.