Apache Tomcat · 2 Remerciements Je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont suppoté durant mon parcours universitaire et m’ont pemis de éalise ce mémoie. Merci à

Faculté des Sciences

Service de Chimie et Physicochimie Organiques

Mémoire présenté par Lavendomme Roy en vue de l’obtention du grade de

Master en Sciences Chimiques

Promoteurs :

Pr. Ivan Jabin (Laboratoire de Chimie Organique)

Pr. Michel Luhmer (Laboratoire de Résonance Magnétique Nucléaire Haute-Résolution)

Année académique 2011-2012

Nouvelle méthodologie pour la

fonctionnalisation hautement

sélective de calix[6]arènes

2

Remerciements

Je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont supporté durant mon parcours universitaire

et m’ont permis de réaliser ce mémoire.

Merci à mes promoteurs, le Pr. Ivan Jabin et le Pr. Michel Luhmer, pour m’avoir accueilli dans

leurs unités respectives, merci pour les efforts qu’ils ont fournis, les idées et conseils qu’ils m’ont

prodigués.

Je remercie également mes encadrants Steven Moerkerke et Luca Fusaro pour le temps qu’ils

m’ont consacré ainsi que leurs conseils et pour avoir réussi à me supporter si longtemps (dans les

deux sens du terme).

Merci à Johan Wouters et Bernadette Norberg de la FUNDP pour leurs efforts et le temps passé

sur l’analyse cristallographique qui était loin d’être triviale.

De même, merci au Pr. Kari Rissanen et Filip Topic de l’université de Jyväskylä pour leur travail

sur l’analyse cristallographique (ainsi que Steven qui s’est occupé de la cristallogenèse en Finlande).

Merci à Rita D’Orazio pour sa disponibilité, sa bonne humeur et la formation pour les divers

spectromètres du CIREM.

Je remercie aussi les membres du LCO pour l’ambiance et leur humour (par ordre alphabetique) :

Alex, Alexandra, Alice, Alix, Angélique, Benjamin, Céline, Damien, Florian, Gaël, Georges, Guillaume,

Gwilherm, J-F, Jessica, Jonathan, Manu (et son alcool de sapin artisanal), Marc, Michel (ce pilier

indestructible), Mohamed, Sara et Yassine.

Je remercie Thomas pour nos interminables parties de Worms Armageddon et ses anecdotes qui

font toujours rire.

Et pour finir, je remercie ma famille sans laquelle je ne serais pas arrivé jusqu’ici.

PS : Je remercierai tout lecteur qui arrivera au bout de ce mémoire.

3

Table des matières

I. Résumé .......................................................................................................................... 5

II. Introduction .................................................................................................................. 6

II.1 Généralités sur les calix[n]arènes ........................................................................................ 6

II.2 Fonctionnalisation des calix[n]arènes .................................................................................. 7

II.3 Caractérisation des calix[n]arènes par spectroscopie de RMN ............................................ 10

II.3.1 Conséquences de la flexibilité des calix[n]arènes ............................................................................... 11

II.3.2 Détermination de la conformation par RMN ...................................................................................... 11

II.4 Calixarènes carbamates .................................................................................................... 12

II.5 p-tBu-calix[6]arène-hexa-Boc ............................................................................................ 13

II.6 Objectifs du mémoire ........................................................................................................ 15

III. Résultats et discussions .............................................................................................. 17

III.1 Etude du composé 2 ......................................................................................................... 17

III.1.1 Optimisation de la synthèse ............................................................................................................... 17

III.1.2 Identification du composé 2 ............................................................................................................... 18

III.1.3 Applications pour le X6HBac5 2 ........................................................................................................... 31

III.2 Etude du composé 3 ......................................................................................................... 40

III.2.1 Optimisation de la synthèse du composé 3 ....................................................................................... 40

III.2.2 Identification du composé 3 ............................................................................................................... 42

III.2.3 Application du X6H2Bac3K 3 ................................................................................................................ 49

IV. Conclusion ................................................................................................................. 59

V. Perspectives ................................................................................................................ 60

VI. Bibliographie ............................................................................................................. 61

VII. Annexes .................................................................................................................... 63

VII.1 Méthodologie pour la caractérisation de calix[6]arènes asymétriques par spectroscopie de

RMN ....................................................................................................................................... 63

VII.2 Tableaux des attributions et corrélations observées en RMN 2D ...................................... 70

VII.3 Spectres RMN ................................................................................................................. 91

VIII. Partie expérimentale ............................................................................................... 94

VIII.1 Généralités .................................................................................................................... 94

VIII.2 Synthèse et caractérisation ............................................................................................ 95

VIII.3 Diffractométrie de rayons X .......................................................................................... 102

4

Abréviations et symboles utilisés : Bac : tert-butylaminocarbonyle

BARF : tétrakis(3,5-bis-(trifluorométhyl)phényl)borate

Boc : tert-butyloxycarbonyle

C2D2Cl4 : 1,1,2,2-tétrachloroéthane-d2

C6D6 : benzène-d6

CCM : chromatographie sur couche mince

COSY : COrrelation SpectroscopY

DBU : 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene

DCM : dichlorométhane

DMAP : N,N-diméthyl-4-aminopyridine

DMSO : diméthylsulfoxyde

DMSO-d6 : diméthylsulfoxyde-d6

DRX : Diffraction de Rayons X

DOSY : Diffusion Ordered SpectroscopY

dqfCOSY : Double-Quantum-Filtered COrrelation SpectroscopY

équiv. : équivalent(s)

ESI-MS : Electrospray Ionisation Mass Spectrometry

EXSY : EXchange SpectroscopY

FC : chromatographie flash sur gel de silice

HMBC : Heteronuclear Multiple Bonc Correlation

HSQC : Heteronuclear Single Quantum Correlation

IMI : 2-imidazolidinone

IR : infrarouge

n-Bu : n-butyle

NOE : Nuclear Overhauser Effect

NOESY : Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY

ppm : partie par million

Rdt : rendement

Rf : Rapport frontal

RMN : Résonnance Magnétique Nucléaire

ROESY : Rotational frame nuclear Overhauser Effect SpectroscopY

RX : Rayons X

Ta : température ambiante

TBA+ : tétrabutylammonium

tBu : tert-butyle

tBuNCO : tert-butylisocyanate

Tf : trifluorométhylsulfonyle

TFA : acide trifluoroacétique

THF : tétrahydrofurane

TMA+ : tétraméthylammonium

X6H6 : p-tBu-calix[6]arène

δ : déplacement chimique

5

I. Résumé

Une des thématiques développées en collaboration par le Laboratoire de Chimie Organique

(LCO) et le Laboratoire de Résonance Magnétique Nucléaire Haute-Résolution (RMN-HR) est la

synthèse et l’étude de récepteurs moléculaires dérivés du calix[6]arène. Des études récentes ont

montré que le p-tBu-calix[6]arène-hexa-Boc (X6Boc6) pouvait être une boite moléculaire idéale pour

piéger des gaz à l’état solide.

L’un des objectifs principaux de ce mémoire était de développer des boites moléculaires

calixaréniques comportant des groupements tert-butylaminocarbonyles (Bac) à la place des groupes

Boc, ceci afin de renforcer les interactions possibles entre le récepteur et son invité. Ainsi, deux

nouveaux précurseurs de boites moléculaires similaires au X6Boc6 ont été synthétisés très

sélectivement avec de hauts rendements : le p-tBu-calix[6]arène-penta-Bac (X6HBac5 2) et le

complexe potassique du p-tBu-calix[6]arène-tris-Bac-mono-déprotoné (X6H2Bac3K 3).

Ces composés ont non seulement permis de synthétiser trois nouvelles boites moléculaires mais

ils ont également dévoilé l’immense potentiel du groupe Bac comme groupe protecteur pouvant être

utilisé pour la fonctionnalisation sélective de calix[6]arènes. En effet, des calix[6]arènes possédant un

degré de fonctionnalisation hautement sophistiqué ont pu être synthétisés très sélectivement (e.g.

X6Bac3Boc2Tf 7). Il faut savoir que la fonctionnalisation sélective de plateformes moléculaires reste un

challenge important en chimie organique. La méthodologie utilisée et les composés obtenus sont

sans précédent dans la littérature et laissent entrevoir de nombreuses perspectives dans le domaine

de la fonctionnalisation sélective de récepteurs moléculaires très répandus (e.g. calix[n]arènes,

résorcinarènes, cyclotrivératrylènes, etc.).

Plusieurs des calixarènes synthétisés au cours de ce mémoire ont pu être entièrement

caractérisés par RMN malgré les conformations asymétriques qu’ils adoptent. Ces études poussées

ont permis de développer une méthodologie générale pour la caractérisation complète de

calixarènes asymétriques.

Enfin, des études par diffraction de rayons X ont été menées sur le X6HBac5 2 et sur le complexe

d’inclusion qu’il forme en présence de DMSO (DMSO@X6HBac5). De manière similaire au X6Boc6 et

contrairement à l'immense majorité des autres calixarènes, le X6HBac5 2 a une grande faculté à

former des monocristaux. Ceci est très prometteur quant à l'utilisation de tels systèmes comme

boites moléculaires capable de piéger des gaz à l’état solide.

6

II. Introduction

II.1 Généralités sur les calix[n]arènes Les calix[n]arènes sont des macrocycles constitués de n unités phénoliques (4 ≤ n ≤ 20) reliées

entre elles par des ponts méthyléniques et souvent para-substituées. Ils peuvent être synthétisés par

condensation entre le para-tBu-phénol et le formaldéhyde en milieu basique. La nature de

l’oligomère majoritaire dépend notamment de la nature du cation associé à la base (Figure 1). 1

Figure 1 : Synthèse des p-tBu-calix[n]arènes.

Lorsque tous les groupements hydroxyles pointent dans la même direction, les calixarènes sont

dits dans une conformation cône (Figure 2). Deux régions peuvent alors être distinguées: la région

des groupes hydroxyles est appelée "petit col" tandis que la région des substituants en position para

est appelée "grand col". Cette conformation cône est adéquate pour l’inclusion d’un invité. 2

Figure 2 : Illustration des deux modes de rotation pour les unités phénoliques de p-tBu-calix[n]arènes.

Les calixarènes peuvent présenter une grande flexibilité conformationnelle liée à la rotation des

unités phénoliques autour des ponts méthyléniques. Deux modes de rotation sont possibles

(Figure 2) : via le groupe hydroxyle à travers le macrocycle (voie 1) et via le substituant en para à

travers le macrocycle (voie 2). Dans le cas des p-tBu-calix[n]arènes, cette seconde voie n’est possible

que pour n > 4. La rotation de toutes les unités d’un calixarène est appelée inversion cône-cône.

En raison de cette flexibilité les calixarènes peuvent en fait adopter un grand nombre de

conformations distinctes. Les conformations remarquables des calix[6]arènes sont représentées en

Figure 3.

1 Gutsche, C. D.; Dhawan, B.; No, K. H.; Muthukrishnan, R. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 3782-3792

2 Gutsche, C. D.; Royal Society of Chemistry (Great Britain) Calixarenes revisited; Royal Society of Chemistry :

Cambridge , 1998

7

Figure 3 : Les 8 conformations remarquables des calix[6]arènes.

II.2 Fonctionnalisation des calix[n]arènes Les calix[n]arènes suscitent un intérêt important dans la chimie des récepteurs moléculaires en

raison des diverses possibilités de fonctionnalisation qu’ils présentent. Dans la littérature, de

nombreux exemples de fonctionnalisation sur les fonctions hydroxyles et sur les positions para ont

été décrits mais il est également possible de modifier les positions méta et les méthylènes pontants

(Figure 4).

Figure 4 : Sites susceptibles d’être chimiquement modifiés sur les calix[n]arènes.

Ainsi, en fonctionnalisant le récepteur ou en faisant varier la taille de la cavité, les propriétés

réceptrices des calixarènes peuvent être modifiées. La fonctionnalisation sélective des calixarènes

présente un grand intérêt pour leurs applications en chimie hôte-invité. En effet, cela permet de

façonner un site de reconnaissance spécifique pour optimiser leurs interactions avec des invités

donnés. Dans le cadre de ce mémoire, nous nous intéresserons uniquement aux calix[6]arènes qui

sont, avec les calix[4]arènes, de loin les plus étudiés dans la littérature.

D’une manière générale, les fonctionnalisations sélectives dans la chimie des calixarènes ne sont

pas triviales. En effet, ces réactions doivent être sélectives au niveau de la poly-fonctionnalisation et

aussi régio-sélectives (voir le cas des calix[6]arènes dans le Tableau 1). 3

3 Asfari, Z. Calixarenes 2001; Kluwer Academic Publishers : Dordrecht; Boston, 2001

8

Tableau 1 : Représentation de toutes les homo-fonctionnalisations possibles du petit col des calix[6]arènes.

Il existe dans la littérature de nombreux exemples de fonctionnalisations à sélectivité limitée

pour les calix[6]arènes mais très peu d’exemples de fonctionnalisations hautement sélectives. Les

causes de la sélectivité ne sont pas toujours élucidées. Nous n’aborderons ici que des exemples de

fonctionnalisations hautement sélectives du petit col des calix[6]arènes.

9

Trois exemples de fonctionnalisations sélectives du p-tBu-calix[6]arène (X6H6 1) et un du p-tBu-

calix[6]arène-hexa-amine ont été décrits (Figures 5, 6, 7 et 8). Ces réactions présentent de hauts

rendements sans qu’il n’y ait formation de produits secondaires en quantités appréciables. De tels

exemples représentent des cas idéaux et sont rares dans la littérature.

Figure 5 : Exemple de tri-alkylation sélective du X6H6 1 : synthèse du p-tBu-calix[6]arène-1,2,3-tri-éthoxycarbonylpropyle-mono-phénolate de potassium. 4

Figure 6 : Exemple de penta-alkylation sélective du X6H6 1 : synthèse du p-tBu-calix[6]arène-penta-acétyle. 5

Figure 7 : Mono-protection sélective du X6H6 1 par un groupement benzyle. 6

4 Zheng, Z.-B.; Wu, R.-T.; Li, J.-K.; Sun, Y.-F. Aust. J. Chem. 2008, 61, 537-540

5 Xu, S.; Kudo, H.; Nishikubo, T.; Nakamura, S.; Numata, S. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2010, 48, 1931-

1942 6 Janssen, R. G.; Verboom, W.; Reinhoudt, D. N.; Casnati, A.; Freriks, M.; Pochini, A.; Ugozzoli, F.; Ungaro, R.;

Nieto, P. M.; Carramolino, M.; Cuevas, F.; Prados, P.; Mendoza, J. de Synthesis 1993, 1993, 380-386

10

Figure 8 : Protection sélective des positions 1,3,5 du p-tBu-calix[6]arène-hexa-amine par un

groupement Boc. 7

Parmi ces méthodes de fonctionnalisations régio-sélectives, certaines peuvent également être

utillisés comme protections régio-sélectives dans le but de post-fonctionnaliser sélectivement sur les

groupes non protégés puis retirer les groupements protecteurs (Figures 7 et 8).

Dans la littérature, il n’y a actuellement aucun cas de protection hautement sélective en

positions 1,3,5 directement à partir du X6H6. Ceci bien que la tris-fonctionnalisation en positions 1,3,5

est l’une des plus recherchée. Par conséquent, l’utilisation du p-tBu-calix[6]arène-1,3,5-triméthylé

X6H3Me3 (disponible commercialement) s’est répandue parmi les groupes de recherche travaillant

dans le domaine des calixarènes (Figure 9). Cependant, la synthèse de ce composé n’est pas

hautement sélective puisqu’un dérivé tétra-alkylé se forme également en large quantité à partir du

X6H6.

Figure 9 : Une des voies de synthèse du p-tBu-calix[6]arène-1,3,5-triméthylé décrite dans la

littérature. 6

II.3 Caractérisation des calix[n]arènes par spectroscopie de RMN La RMN est une méthode d’analyse privilégiée pour l’étude des calixarènes en raison des

nombreuses informations qu’elle peut procurer. Notamment, cette technique peut permettre

d’identifier la structure des calixarènes formés, de déterminer la conformation qu’ils adoptent en

solution et d’étudier leurs propriétés de complexation.

6 Janssen, R. G.; Verboom, W.; Reinhoudt, D. N.; Casnati, A.; Freriks, M.; Pochini, A.; Ugozzoli, F.; Ungaro, R.;

Nieto, P. M.; Carramolino, M.; Cuevas, F.; Prados, P.; Mendoza, J. de Synthesis 1993, 1993, 380-386 7 Gac, S. Le; Marrot, J.; Jabin, I. Chem. Eur. J. 2008, 14, 3316-3322

11

II.3.1 Conséquences de la flexibilité des calix[n]arènes En raison de leur grande flexibilité, les calix[n]arènes peuvent adopter un nombre important de

conformations remarquables (vide supra). La stabilité de ces différentes conformations et la

cinétique des processus d’interconversion dépendent de la nature des substituants présents sur les

calixarènes, de la température, des interactions avec le solvant, des interactions avec une autre

espèce pouvant être endo-complexée (i.e. incluse dans la cavité) ou, le cas échéant, exo-complexée.

Si la rotation des unités aréniques est bloquée, typiquement à cause de substituants trop

volumineux, différents diastéréoisomères peuvent être obtenus comme produits de synthèse et

peuvent, en principe, être séparés et analysés individuellement. La séparation de ces différents

diastéréoisomères n’est toutefois pas triviale.

Pour certains cas, la coexistence de plusieurs conformations peut entraîner des difficultés de

caractérisation considérables, notamment pour la caractérisation par RMN. En effet, si la cinétique

des processus d’interconversion est lente par rapport à l’échelle de temps spectrale, le spectre RMN

observé est la superposition des spectres des différentes conformations. Si aucune conformation

n’est largement majoritaire, le spectre présente typiquement des massifs de signaux peu résolus, ce

qui le rend ininterprétable.

Une façon de résoudre ce problème est de modifier les conditions expérimentales afin

d’accélérer la cinétique des échanges conformationnels. Changer le solvant peut contribuer à faciliter

la rotation des unités aréniques, notamment en utilisant un solvant polaire et/ou protique si les

substituants interagissent entre eux par liens H. L’augmentation de la température permet

évidemment d’accélérer la cinétique des processus d’interconversion et peut donc conduire à un

spectre présentant un nombre réduit de signaux fins et résolus correspondant à une moyenne des

signaux des différentes conformations.

Une autre approche consiste à rechercher des conditions expérimentales qui modifient

significativement la stabilité relative des conformations, i.e. rechercher des conditions conduisant

idéalement à une conformation largement majoritaire. Cette conformation peut alors être

caractérisée (vide infra). Pour déplacer les équilibres conformationnels vers une conformation

majoritaire, les moyens qui peuvent être utilisés sont le changement de solvant, l’abaissement de la

température et la formation d’endo ou exo-complexes.

II.3.2 Détermination de la conformation par RMN L’un des principaux outils pour distinguer les conformations remarquables des calix[n]arènes en

solution est la mesure de NOEs, notamment par les expériences RMN de type NOESY et ROESY. En

effet les NOEs sont indicatifs de la distance relative entre les noyaux.

Certaines études publiées dans la littérature rapportent d’autres approches pour déterminer la

conformation des calix[n]arènes en solution. Notamment celles qui ont abouti à la règle de « 1H NMR

Δδ » de Gutsche 8 et la règle de « single 13C NMR » de Mendoza 9 pour les calix[4]arènes. La première

se base sur la différence de δ entre les signaux 1H d’un même méthylène pontant : Δδ ≈ 0,7-1,0 ppm

est indicatif d’une relation syn entre les unités aréniques entourant le méthylène pontant (i.e. de

8 Kanamathareddy, S.; Gutsche, C. D. J. Org. Chem. 1992, 57, 3160-3166

9 Jaime, C.; Mendoza, J. De; Prados, P.; Nieto, P. M.; Sanchez, C. J. Org. Chem. 1991, 56, 3372-3376

12

même orientation) et Δδ ≈ 0,0-0,3 ppm est indicatif d’une relation anti entre les unités aréniques

entourant le méthylène pontant (i.e. d’orientations opposées) (Figure 10). La seconde règle se base

sur le δ 13C de méthylènes pontants : δ ≈ 30-33 ppm est indicatif d’une relation syn, δ ≈ 36-39 ppm

est indicatif d’une relation anti. Des valeurs intermédiaires peuvent être dues à une orientation

intermédiaire entre syn et anti ou être la conséquence d’un échange rapide entre les orientations syn

et anti.

Pour les calix[6]arènes, des études similaires ont mis en évidence les mêmes observations pour

les Δδ 1H et une légère variante pour les δ 13C : δ ≈ 29,5-31,5 ppm est indicatif d’une orientation syn

et δ ≈ 38,5-39,0 ppm est indicatif d’une orientation anti (Figure 10). 10, 11

Figure 10 : Tendances des déplacements chimiques pour les méthylènes pontants de calixarènes suivant l’orientation relative des unités aréniques.

Notons que ces règles fournissent des valeurs classiquement observées pour les calixarènes

décrits dans la littérature. La nature des substituants, en particulier au niveau du petit col, peut

affecter les Δδ 1H et les δ 13C des méthylènes pontants. Le solvant, l’inclusion d’un invité et/ou l’exo-

complexation d’une autre espèce peuvent aussi affecter ces grandeurs.

Ces effets d’environnement sont généralement plus problématiques en RMN du 1H car ces

noyaux sont plus exposés. A priori, les δ 13C sont donc plus fiables pour déterminer les orientations

relatives des unités aréniques. Il est donc en général préférable de retenir les tendances entre

valeurs de δ 13C plus élevées ou plus faibles pour faire la distinction entre les orientations relatives de

type syn ou anti.

II.4 Calixarènes carbamates La majorité des composés étudiés dans ce mémoire sont des calixarènes comportant plusieurs

fonctions carbamates. Il existe dans la littérature quelques exemples de calixarènes carbamates

formés par addition d’isocyanates sur les fonctions hydroxyles de calixarènes. Cette réaction est

catalysée par une base.

10

Kanamathareddy, S.; Gutsche, C. D. J. Org. Chem. 1994, 59, 3871-3879 11

Neri, P.; Foti, M.; Ferguson, G.; Gallagher, J. F.; Kaitner, B.; Pons, M.; Molins, M. A.; Giunta, L.; Pappalardo, S. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 7814-7821

13

Certains des calixarènes carbamates décrits dans la littérature ont été utilisés pour complexer

des cations métalliques lourds (e.g. Eu3+ et Tb3+) et étudier les propriétés photophysiques de ces

complexes. 12, 13 Ces applications n’entrent pas dans le cadre de ce travail et ne seront donc pas

discutées ici.

Le seul calix[6]arène-hexa-carbamate décrit dans la littérature est le p-tBu-calix[6]arène-hexa-N-

n-butylcarbamate (Figure 11). 14 Ce calix[6]arène a une structure très proche d’un des composés visés

au cours de ce mémoire (vide infra).

Figure 11 : Addition de n-butylisocyanate sur des p-tBu-calix[n]arènes.

Il faut noter que les propriétés hôte-invité de ces calixarènes n-butylcarbamates n’ont presque

pas été étudiées et que les études menées n’ont pas apporté de résultat concluant. Par ailleurs, les

spectres RMN 1H des p-tBu-calix[6]arène-hexa-N-n-butylcarbamate et p-tBu-calix[8]arène-octa-N-n-

butylcarbamate relevés à Ta dans le CDCl3 sont très peu résolus, a priori en raison de forts liens H

intramoléculaires. Il a uniquement été possible d’obtenir un spectre 1H interprétable pour le dernier

composé et ce à 90°C, dans le C2D2Cl4, sur un spectromètre 400 MHz.

II.5 p-tBu-calix[6]arène-hexa-Boc A l’ULB, le p-tBu-calix[6]arène-hexa-Boc (X6Boc6) a été synthétisé au sein du Laboratoire de

Chimie Organique (LCO) et étudié en collaboration avec le Laboratoire de RMN Haute-Résolution

(RMN-HR) (Figure 12). 15 Nous verrons plus bas que ses propriétés ont initié une partie des objectifs

de ce mémoire.

Figure 12 : Synthèse de X6Boc6 .

12

Qiao, X.-F.; Zhang, H.-Y.; Yan, B. Dalton Trans. 2010, 39, 8882-8892 13

Li, Y.-J.; Yan, B.; Wang, L. J. Solid State Chem. 2011, 184, 2571-2579 14

König, B.; Fricke, T.; Dix, I.; Jones, P. G.; Thondorf, I. Liebigs Ann. Recl. 1997, 1997, 2315-2320 15

Ménand, M.; Leroy, A.; Marrot, J.; Luhmer, M.; Jabin, I. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5509-5512

14

Ce calix[6]arène est le premier pour lequel la conformation 1,3,5-alternée a été observée et

décrite dans la littérature. Il forme des complexes d’inclusion dans lesquels l’invité est complètement

encapsulé dans la cavité. Le X6Boc6 peut donc être décrit comme une boite moléculaire en raison de

l’encombrement important résultant des 12 groupes tBu présents sur la structure (Figure 13). Le

volume interne de cette boite est de 160 Å3 (valeur calculée à l’aide du programme CAVITY).

Figure 13 : Structure RX du complexe d’inclusion CH2Cl2@X6Boc6 vue de côté (a), de dessus (b) et en

modèle stick sans les hydrogènes vue de côté (c).

La complexation d’un invité s’accompagne du basculement d’une unité dont le groupement Boc

est initialement auto-inclus. Ce processus de complexation peut donc faire penser à celui d’une porte

pivotante (Figure 14).

Figure 14 : Représentation de la complexation d’un invité (G) par X6Boc6 .

G = SF6, CH2Cl2, CHCl3, DMSO, TMA+.

Le X6Boc6 cristallise aisément en présence d’un invité (notamment le DCM), ce qui est un

avantage certain pour l’analyse par DRX. Ceci est a priori dû à la conformation hautement symétrique

qui est alors adoptée (conformation 1,3,5-alternée). La haute symétrie de la conformation 1,3,5-

alternée présente également des avantages pour l’analyse par RMN. En effet, les 6 unités

phénoliques sont équivalentes dans cette conformation. Le nombre de signaux observés est donc

réduit au minimum (4 en RMN 1H : ArH, CH2, Ar-tBu et O-tBu pour les groupements Boc). Ceci facilite

grandement la détection et la caractérisation des complexes d’inclusion.

Une autre des propriétés intéressante du X6Boc6 est sa capacité à complexer le SF6 en solution.

En effet, la complexation de gaz par ce composé peut ouvrir la porte à un concept original : le

piégeage de gaz à l’état solide suite à la formation d’un complexe d’inclusion en solution dont la

haute symétrie mène à la cristallisation.

Boc@X6Boc6 G@X6Boc6

15

II.6 Objectifs du mémoire Les résultats prometteurs obtenus avec le X6Boc6 et les perspectives qu’ils ouvrent ont conduit à

concevoir un projet visant la synthèse d’un autre p-tBu-calix[6]arène hexa-fonctionnalisé, apparenté

au X6Boc6, dans le but d’étudier le piégeage de gaz à l’état solide (notamment du CO2). Le p-tBu-

calix[6]arène-hexa-N-tBu-carbamate ou X6Bac6 a été visé (Figure 15). Ce composé comprend 12

groupes tBu, préservant ainsi la possibilité de former des boites moléculaires. Cependant, les

groupes NH des fonctions carbamates (groupes donneurs de liens H) pourraient permettre

d’exploiter des interactions supplémentaires par rapport au X6Boc6.

Figure 15 : Structure du composé X6Bac6 .

Dans le cadre d’une thèse, quelques essais avaient été réalisés pour la synthèse de X6Bac6 par

addition de tBu-isocyanate (tBuNCO) sur X6H6 1 en milieu basique (Figure 16). 16 Un composé

majoritaire (2) avait été obtenu par chromatographie sur gel de silice (FC). Notons que, de manière

surprenante, le composé obtenu ne semblait pas présent avant l’étape de purification sur colonne de

silice.

Figure 16 : Tentative de synthèse du X6Bac6.

Le composé 2 obtenu dans ces conditions n’avait pas pu être clairement identifié malgré les

différentes techniques mises en œuvre :

La spectrométrie de masse montrait très majoritairement des pics correspondants au p-tBu-

calix[6]arène-penta-N-tBu-carbamate ou X6HBac5 .

Les spectres RMN 1H présentaient des signaux très larges et étaient ininterprétables. Des

ajouts d’invités potentiels et les analyses à températures variables n’avaient pas donné de

résultat satisfaisant.

L’analyse par diffraction de rayons X (DRX) semblait montrer le composé X6Bac6 en

conformation 1,3,5-alternée, similairement au X6Boc6 déjà étudié, mais les données

cristallographiques présentaient plusieurs anomalies qui seront discutés plus bas, dans la

section III.1.2. Notons que les cristaux analysés diffractaient très mal les RX.

16

Leroy, A. Université Libre de Bruxelles 2008-2009

16

Selon l’analyse par spectrométrie de masse, les conditions de synthèse utilisées dans le but de

former du X6Bac6 semblaient donc mener au X6HBac5. Cependant, aucune conclusion n’a été faite en

l’absence de spectre RMN interprétable et compte tenu de la structure RX qui suggèrait un résultat

différent.

L’objectif premier de ce mémoire a donc été de poursuivre ce projet selon la méthodologie

suivante:

1) Clarifier et optimiser les conditions de synthèse du composé 2.

2) Identifier avec certitude le produit formé.

3) Selon le résultat obtenu, étudier les applications potentielles du produit formé.

Plus précisément, en ce qui concerne la nature du composé 2 et les applications associées, les

différents cas de figure suivants pouvaient se présenter :

(i) 2 correspondait au X6Bac6 et la complexation de gaz pouvait alors être étudiée.

(ii) 2 correspondait au X6HBac5 et il était intéressant d’étudier les raisons de la formation

sélective de ce composé, d’étudier ses applications potentielles et éventuellement de

« pousser la réaction » pour obtenir le X6Bac6 désiré.

(iii) 2 correspondait à un mélange de produits qui devaient être séparés puis identifiés et

étudiés.

Les objectifs de ce mémoire sont schématisés sur la Figure 17.

Figure 17 : Objectifs du mémoire.

17

III. Résultats et discussions

III.1 Etude du composé 2

III.1.1 Optimisation de la synthèse Le composé 2 synthétisé par le passé au sein du LCO a été pris comme échantillon de référence

pour comparer les essais de synthèse (Figure 18, Tableau 2). La comparaison entre les produits

formés et l’échantillon de référence a d’abord été faite par CCM puis, pour les produits

apparemment purs, par ESI-MS, RMN et DRX.

Figure 18 : Synthèse du composé 2. Les conditions sont détaillées dans le Tableau 2.

Plusieurs essais de synthèse du composé 2 par addition de tBuNCO sur X6H6 1 ont été réalisés à

Ta en faisant varier le solvant, la base et/ou les concentrations en réactifs (Tableau 2). Dans plusieurs

cas, un produit très majoritaire autre que 2 a été observé par CCM. L’analyse ESI-MS a montré des

signaux correspondant au p-tBu-calix[6]arène-tris-Bac (X6H3Bac3). Ce produit sera nommé 3 et étudié

dans le sous-chapitre III.2.

Parmi les deux conditions de synthèse amenant très sélectivement au composé 2, la voie 7 a été

retenue et non la voie 6 en raison (i) d’une purification plus aisée pour la voie 7 et (ii) d’un manque

de reproductibilité à plus grande échelle pour la voie 6. Selon la voie 7, un rendement de 86% pour le

composé 2 a pu être déterminé suite à l’identification de sa structure qui sera décrite plus bas

(section III.1.2). De plus, la voie 7 a été testée à différentes échelles (de 100 mg à 1,5 g en X6H6 1) et

présente une bonne reproductibilité.

Dans toutes les conditions testées, un produit de dégradation du tBuNCO a été observé dans le

brut réactionnel. Le produit 2 a pu être facilement séparé de cette impureté par FC (éluant : DCM).

Cette méthode de purification entraîne cependant une légère perte du produit 2, ce qui explique le

rendement de 86% alors que 2 est l’unique espèce calixarénique observée par CCM dans le brut

réactionnel. La méthode de purification pourrait éventuellement être optimisée.

18

Voie [X6H6] (10-2 M)

équiv. tBuNCO

Base (équiv.)

Solvant Temps (h)

Résultat des analyses CCM et ESI-MS

1 4,7 8 K2CO3 (14) DCM 22 Mélange de produits :

3 majoritaire

2 2,6 15 K2CO3 (15) DCM 72 Mélange de produits :

3 majoritaire

3 1,7 15 K2CO3 (18) DCM/acétone,

2:1 72

Mélange de produits : 2 non majoritaire

4 2,6 15 DMAP (0,5) DCM 72 Mélange de produits :

2 non majoritaire

5 2,6 15 K2CO3 (21) DCM* 72 Mélange de produits :

X6H6 majoritaire

6 1,9 15 K2CO3 (15) DCM/H2O, 2:1 18 2 est l’unique espèce

calixarénique

7 2,7 15 Ba(OH)2 (2) DCM 20 2 est l’unique espèce

calixarénique

Tableau 2 : Conditions testées pour la synthèse du composé 2 à Ta. *Ajout de gel de silice dans le milieu réactionnel.

Maintenant que des conditions de synthèse ont été déterminées pour obtenir le produit 2 très

sélectivement, il reste à déterminer sa structure.

III.1.2 Identification du composé 2 Analyse par spectrométrie de masse

Le spectre en mode positif (détection de cations) montre très majoritairement des signaux

correspondants à [X6HBac5 + Na]+ et [X6HBac5 + K]+ (Figure 19). Des signaux peu intenses (abondance

relative < 5%) correspondants aux calix[6]arènes mono, di, tri, tétra et hexa-carbamates ainsi qu’au

X6H6 1 sont également présents. Ce spectre est très similaire à celui de l’échantillon de référence.

Figure 19 : Spectre de masse du composé 2.

Solution ~10-5M dans DCM/MeOH 1:1, 160°C, mode positif.

Des expériences MS-MS ont été réalisées à différentes énergies de collision et montrent que les

différents signaux peuvent amener à d’autres signaux correspondants à la perte de un ou plusieurs

tBuNCO. Ceci pourrait conduire à penser que les signaux de faible intensité observés résultent d’une

même espèce qui perd successivement des groupes tBuNCO au niveau de l’appareil de masse. Ceci

ne permet donc pas d’identifier clairement le composé 2 car les signaux majoritaires (X6HBac5)

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 m/z

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

[X6HBac5 + K]+

1506.87

[X6HBac5 + Na]+

1491.07 Intensity 10^6

19

pourraient résulter de la perte d’un tBuNCO par du X6Bac6. Il faut noter que des observations

similaires ont été faites pour le X6Boc6 (perte de groupes Boc dans le spectromètre de masse).

Le capillaire amenant l’échantillon au spectromètre est habituellement chauffé à 160°C. Une

expérience a été réalisée en baissant cette température jusqu’à 130°C dans l’espoir de limiter la

perte éventuelle de tBuNCO pour le composé 2. Cependant, aucun changement notable n’a pu être

observé.

En conclusion, l’analyse par spectrométrie de masse ne permet pas de trancher quant à la nature

du composé 2 même si elle indique a priori qu’il s’agit du X6HBac5.

Analyse par RMN

Mesures préliminaires

Le composé 2 est insoluble dans l’eau, le méthanol, l’acétone, l’acétonitrile, le THF et le DMSO.

Des spectres RMN du 1H ont été relevés à 25°C dans les solvants deutérés suivants : CD2Cl2 (600

MHz), CDCl3, C2D2Cl4, et C6D6 (300 MHz et 600 MHz). Les spectres relevés à 300 MHz sont présentés

en annexe (Figures A1, A2 et A3). Un spectre relevé à 600 MHz dans le C6D6 est présenté dans les

Figures 20 et 22-a. Quel que soit le solvant, y compris CD2Cl2, le spectre 1H présente des massifs de

signaux relativement larges. Ceci pourrait indiquer que l’échantillon 2 est en fait un mélange de

composés (mélange de X6Bac6, de X6HBac5, et/ou de différents régio-isomères de X6H2Bac4, …) mais

peut aussi indiquer qu’il s’agit d’un seul composé qui adopte de multiples conformations en solution.

Dans ce dernier cas de figure, l’échange entre les conformations serait lent à l’échelle de temps

spectrale. Notons que les spectres de l’échantillon 2 présentent tous des signaux dans la zone des

champs forts (δ < 0,2 ppm) ; ceci indique a priori que certaines conformations impliquent l’auto-

inclusion d’un groupe tBu comme dans le cas du X6Boc6.

Figure 20 : Spectre RMN 1H du composé 2 en solution dans C6D6 (24,9 mg/mL, 600 MHz, 25°C).

S = Solvant (C6HD5), w = Eau.

Un spectre DOSY du 1H a été relevé à 600 MHz et 25°C dans le C2D2Cl4. Il indique que les signaux

calixaréniques appartiennent à une même espèce ou plusieurs espèces dont les coefficients de

diffusion sont très semblables.

20

Des spectres 1H (300 MHz) ont été relevés à diverses températures dans le C6D6 (de 25 à 115°C

par pas de 15°C). Les spectres relevés à 25, 55, 85 et 115°C sont présentés dans la Figure 21.

L’augmentation de la température s’accompagne d’abord d’un élargissement des signaux

calixaréniques, de coalescences et ensuite d’un affinement des signaux. Le spectre relevé à 115°C

présente plus de signaux que ce qui est attendu pour le X6Bac6 avec un échange conformationnel

rapide à l’échelle de temps spectrale (i.e. 5 signaux : Ar-H, CH2, Ar-tBu, NH et tBu de groupement

Bac). Ceci peut s’expliquer soit par la présence de plusieurs espèces soit par la présence d’une seule

espèce autre que X6Bac6 et de moindre symétrie. Notons que des spectres 1H ont été relevés à 25°C

avant et après la mesure à haute température ; la comparaison de ces spectres a indiqué que

l’échantillon 2 ne s’était pas dégradé.

Figure 21 : Spectres RMN 1H du composé 2 en solution dans C6D6 (8.3 mg/mL, 300 MHz) relevés à 25,

55, 85 et 115°C. Les échelles verticales de la région des Ar-H, NH, CH2 (a) et de la région des tBu (b) sont différentes. S = Solvant (C6HD5), w = Eau, * = DCM.

Un spectre 1H (600 MHz) a été relevé à -35°C dans le CD2Cl2. Il présente un grand nombre de

signaux fins, dont certains se superposent et forment des massifs complexes, appartenant à plusieurs

espèces et/ou conformations en échange lent à l’échelle de temps spectrale. Le spectre est par

conséquent ininterprétable.

21

Mesures préliminaires en présence d’un invité potentiel

Des spectres 1H de l’échantillon 2 ont été relevés à 25°C en présence d’un excès de divers

composés pouvant potentiellement être complexés par des calixarènes carbamates : des composés

neutres donneurs et accepteurs de liens H (succinimide, IMI, acétamide, acide acétique), des sels

comprenant un cation de petite taille et/ou un anion accepteur de liens H (K2CO3, Cs2CO3, TBANO3,

TMACl, TMABARF, NaBARF, adipate de sodium) et des composés neutres exclusivement accepteurs

de liens H (acétone, sulfolane, diméthylsulfone, DMSO). De plus, des spectres ont été relevés à 25°C

dans le C2D2Cl4 sous pression de SF6 ou de CO2.

Des changements significatifs ont pu être observés après l’ajout d’acétamide, de succinimide,

d’IMI ou de DMSO dans une solution du composé 2. Ceci indique que le composé 2 est un récepteur

potentiel pour les composés neutres donneurs et/ou accepteurs de lien H. Les spectres obtenus en

présence d’acétamide, de succinimide et d’IMI présentent plusieurs espèces (différents produits

et/ou conformations) et sont ininterprétables (spectres disponibles en annexe, Figures A4, A5 et A6).

On peut tout de même voir que les groupes NH de l’IMI inclus ne sont pas impliqués dans des liens H

car ils ne sont pas déblindés.

A notre plus grande joie, les spectres relevés en présence de DMSO sont remarquablement bien

résolus (Figures 22-b dans le C6D6, en annexe Figures A7, A8 et A9 dans le CDCl3 et C2D2Cl4). Ces

résultats indiquent a priori que le calixarène 2 joue le rôle de récepteur donneur de lien H avec des

invités neutres accepteurs de lien H.

Figure 22 : Comparaison des spectres 1H du composé 2 dans C6D6 à 25°C avant (a) et après (b) ajout

de DMSO en excès.

22

Analyse du composé 2 en présence de DMSO dans le C6D6

Le spectre 1H présente un nombre important de signaux fins appartenant à une seule espèce

asymétrique (groupe ponctuel C1) (Figure 23). L’analyse détaillée qui va suivre a permis d’identifier

clairement le composé 2 comme étant le X6HBac5. En présence de DMSO, le X6HBac5 2 forme un

complexe d’inclusion qui sera nommé DMSO@X6HBac5 par la suite.

Figure 23 : Spectre RMN 1H du complexe DMSO@X6HBac5 en solution dans C6D6.

[X6HBac5] = 6,7×10-3 M et 8 équivalents de DMSO, 600 MHz, 25°C ; S = Solvant (C6HD5), w = Eau.

En plus du spectre 1H présenté ci-dessus, une série de spectres 2D (dqfCOSY, HSQC, HMBC et

ROESY) ont été relevés pour pouvoir attribuer les signaux observés et déterminer la conformation

adoptée par le calixarène dans le complexe DMSO@X6HBac5.

La conformation adoptée par le X6HBac5 dans le complexe DMSO@X6HBac5 a pu être déterminée

grâce aux nombreuses corrélations de type NOE observées sur le spectre ROESY. Il s’agit de la

conformation cône partiel comportant une seule unité arénique inversée (Figure 24). Par souci de

clarté le DMSO n’a pas été représenté et seuls les NOEs utiles à la détermination de la conformation

sont indiqués. L’ensemble des NOEs observés est présenté en annexe.

Des agrandissements du spectre 1H avec intégration des signaux sont présentés dans la Figure 25

et les signaux y sont attribués suivant les notations définies dans la Figure 24.

23

Figure 24 : Notations utilisées pour l’attribution des signaux RMN 1H (en bleu) et corrélations NOE

(flèches rouges) révélant la conformation du calixarène dans le complexe DMSO@X6HBac5.

Figure 25 : Agrandissements du spectre RMN 1H du complexe DMSO@X6HBac5 en solution dans C6D6.

Les signaux sont intégrés et attribués suivant les notations de la Figure 24. X6HBac5 6,7×10-3 M et 8 équivalents de DMSO, 600 MHz, 25°C ; S = Solvant (C6HD5), w = Eau.

24

La méthodologie utilisée pour l’attribution de spectres complexes tels que celui du

DMSO@X6HBac5, les spectres 2D ainsi que des tableaux regroupant tous les δ1H, δ13C et toutes les

corrélations observées sur les spectres 2D sont présentés en annexe.

Les spectres indiquent que le complexe DMSO@X6HBac5 ne possède aucun élément de symétrie

dans la conformation adoptée en solution (groupe ponctuel C1). Le spectre 1H de DMSO@X6HBac5

comprend donc 12 signaux pour les 1H aromatiques (Ar-H), 1 signal pour le groupe hydroxyle (Ar-OH),

12 signaux pour les groupes méthylènes pontants (ArCH2Ar), 5 signaux NH pour les groupes Bac, 6

signaux pour les groupes Ar-tBu et 5 signaux tBu pour les groupes Bac (-C(CH3)3).

Les signaux observés entre 6,7 et 7,6 ppm (Figure 25-a) sont attribués aux 1H aromatiques (Ar-H ;

12 H) car ils présentent une corrélation dans le spectre HSQC (1J) avec un signal 13C observés entre

122 ppm et 129 ppm (Ar-CH). 5 signaux Ar-H sont observés entre 6,7 et 7,1 ppm (1 H pour chaque

signal, 5 H en tout) ; 3 signaux Ar-H sont superposés à 7,19 ppm (3 H) ; 2 signaux Ar-H sont quasi

superposés vers 7,28 ppm (2 H) et 2 autres signaux Ar-H forment un système AB vers 7,58 ppm (2 H).

Ces signaux apparaissent, pour la plupart, comme des doublets peu résolus. Cette multiplicité résulte

du faible couplage scalaire entre les deux 1H d’une même unité (couplage entre 1H en position méta

l’un de l’autre ; 4J ≈ 2 Hz).

Le signal singulet observé à 8,72 ppm (1 H, Figure 25-a) ne présente pas de corrélation dans le

spectre HSQC. Il est attribué au groupe Ar-OH car il présente 3 corrélations dans le spectre HMBC

avec des signaux de 13C aromatiques, dont un carbone quaternaire déblindé (Ar-C ; δ 13C = 150,7

ppm ; corrélation 2J), un autre carbone quaternaire (Ar-C ; δ 13C = 123,4 ppm ; corrélation 3J) et un

carbone tertiaire (Ar-CH ; δ 13C = 128,4 ; corrélations 4J).

Le signal singulet observé à 8,04 ppm (1 H, Figure 25-a) et les 4 signaux singulets observés entre

5,0 et 5,3 ppm (1 H chacun, Figure 25-b) ne présentent pas de corrélation dans le spectre HSQC. Ils

sont attribués aux groupes NH des groupes Bac car ils présentent chacun deux corrélations dans le

spectre HMBC avec des signaux 13C aliphatiques : une corrélation avec un carbone quaternaire (50

ppm < δ 13C < 51 ppm ; corrélation 2J NH-C(CH3)3) et une corrélation avec des carbones primaires (28

ppm < δ 13C < 30 ppm ; corrélations 3J NH-C(CH3)3). Les corrélations HMBC (2J) avec les signaux 13C des

carbonyles ne sont pas observées.

Les 6 groupes ArCH2Ar, dont les H sont diastéréotopiques, donnent lieu à 12 signaux doublets

observés entre 3,3 et 4,8 ppm (1 H pour chaque signal ; 12,6 Hz < Jgem < 17,4 Hz ; Figure 25-b). Le

spectre HSQC indique que le déplacement chimique 13C de 4 de ces groupes est compris entre 29 et

32 ppm tandis que le déplacement chimique 13C des 2 autres est d’environ 36 ppm. Ces 2 derniers

méthylènes pontants déblindés sont entre les unités II-III et III-IV dont les orientations relatives

sont anti d’après les corrélations NOE observées sur le spectre ROESY alors que les 4 autres sont

entre des unités aréniques d’orientations relatives syn (Figure 24). Ceci montre que les observations

présentes dans la littérature qui lient le δ 13C des méthylènes pontants et les orientations relatives

des unités aréniques sont également valables pour le calixarène étudié ici (cf. introduction).

Parmi les 11 signaux singulets observés entre 1,0 et 1,6 ppm (Figure 25-c), 6 sont attribués aux

groupes Ar-tBu car ils présentent une corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone

quaternaire aromatique (δ 13C = 141,5 ppm ou 145 ppm < δ 13C < 147 ppm ; corrélations 3J). Ils

présentent également une corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone quaternaire

25

aliphatique observé à environ 34 ppm (corrélations 2J Ar-C(CH3)3). Le spectre HSQC indique que le

déplacement chimique 13C des groupes méthyles de Ar-tBu est compris entre 31 et 32 ppm. Des

corrélations HMBC 3J entre les signaux 1H et 13C de groupes méthyles d’un même groupe Ar-tBu sont

également observées (corrélations Ar-C(CH3)2CH3).

Similairement, 5 signaux singulets observés entre 1,0 et 1,6 ppm (Figure 25-c) sont attribués aux

groupes Bac car (i) ils ne présentent pas de corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de

carbone quaternaire aromatique et (ii) ils présentent une corrélation dans le spectre HMBC avec un

signal de carbone quaternaire aliphatique observé entre 50 et 51 ppm (corrélations 2J NH-C(CH3)3). Le

spectre HSQC indique que le déplacement chimique 13C des groupes méthyles de Bac est compris

entre 28 et 30 ppm. Des corrélations HMBC 3J entre les signaux 1H et 13C de groupes méthyles d’un

même groupe Bac sont également observées (corrélations NH-C(CH3)2CH3).

Le spectre 1H présente également 2 signaux singulets fortement élargis dans la région des

champs forts à 0,26 ppm (3 H, Δν½ = 26,7 Hz) et -0,21 ppm (3 H, Δν½ = 26,6 Hz) Figure 25-c). Ces

signaux sont attribués aux groupes méthyles diastéréotopiques du DMSO complexé car, dans les

spectres ROESY, ces signaux présentent une corrélation de type EXSY avec le signal du DMSO libre en

solution observé à 1,69 ppm. Les intégrales indiquent que la stoechiométrie du complexe formé est

1:1. La diastéréotopicité des groupes méthyles est induite par la chiralité du récepteur dans la

conformation adoptée. Les valeurs de CIS (Complexation Induced Shift) sont de -1,44 ppm et -1,81

ppm, ce qui montre que le DMSO est inclus au coeur de la cavité du calix[6]arène.

Finalement, le signal du DMSO libre en solution est observé à 1,69 ppm ; il est sensiblement

élargi (Δν½ = 8,5 Hz). Les spectres HSQC et HMBC, des spectres 1H édités T1 relevés à 25°C et des

spectres 1H relevés à différentes températures permettent d’affirmer qu’aucun signal n’est dissimulé

par le signal du DMSO libre en solution.

On peut noter que le complexe DMSO@X6HBac5 est moins soluble dans le C6D6 que le X6HBac5 2.

En effet, une précipitation lente du complexe formé a été observée après ajout de DMSO dans une

solution de concentration [X6HBac5] > 5 x 10-3 M. Par précaution, ce précipité a été filtré puis analysé

par RMN, ce qui a permis de confirmer que ce n’est pas une espèce différente du X6HBac5 2.

Au niveau de la pureté, le spectre montre que l’échantillon analysé est constitué quasi-

exclusivement du X6HBac5 2. La pureté a été déterminée comme étant de 96±3% en masse par RMN

du 1H (600 MHz, CDCl3 en présence d’un excès de DMSO par comparaison d’intégrales avec un étalon

externe). Mis à part une trace du récepteur 2 libre, seul le DCM est observé en plus du complexe

DMSO@X6HBac5. Le DCM provenant de l’étape de purification n’a donc pu être complètement

éliminé malgré un séchage prolongé sous vide. Il est probable que le DCM soit emprisonné dans la

cavité du X6HBac5 à l’état solide, à l’instar de ce qui a été observé pour le X6Boc6 (cf. introduction,

Figure 13). On peut a priori considérer que le produit solide obtenu après purification est le complexe

CH2Cl2@X6HBac5 avec une pureté de 99%.

Etant donné la faculté du X6HBac5 2 à fortement complexer le DMSO, une étude a été menée

pour déterminer la constante d’association de ce système hôte-invité.

26

Détermination de la constante d’association du complexe DMSO@X6HBac5

L’échange entre le X6HBac5 2 libre en solution et le complexe DMSO@X6HBac5 est lent à l’échelle

de temps spectrale dans le C6D6 pour le spectre 1H (25°C, 600 MHz).

Il est donc possible de déterminer la constante d’association (Kass) suivant la formule

Les seules variables à déterminer sont donc la concentration totale en DMSO, [DMSO]tot, la

concentration totale en récepteur, [X6HBac5]tot, et la concentration de complexe à l’équilibre,

[DMSO@X6HBac5]. La constante a été calculée à différentes concentrations en DMSO par ajout d’une

solution de DMSO dans le C6D6 dont la concentration, 3,0 x 10-2 M, a été déterminée en utilisant,

d’une part, un étalon interne (hexaméthylbenzène) et, d’autre part, un étalon externe. La

concentration totale en récepteur est connue par pesée du solide et du solvant introduits dans le

tube RMN (tube à valve de type Young empêchant les pertes par évaporation). Pour éviter tout

problème lié à la précipitation du complexe les mesures ont été faites sur une solution diluée en

récepteur (5,5-5,0 x 10-4M, la variation est due à l’ajout de solution d’invité). La concentration en

complexe a été déterminée par intégration de signaux isolés et comparaison avec un étalon externe

(Graphe 1).

Graphe 1 : Courbe de titrage de la formation du complexe DMSO@X6HBac5 à 25°C obtenue par ajout de DMSO dans une solution de concentration initiale 5,5 x 10-4 M en X6HBac5 dans C6D6. La courbe ne

résulte pas d’un ajustement ; elle a été calculée sur base de la moyenne des valeurs de Kass déterminées pour chaque point.

La constante d’association moyenne calculée à partir de 14 mesures (de 0,19 à 4,6 équiv. de

DMSO) est de 4,6 x 103 M-1 avec un écart type de 11%. Cette constante d’association n’entre pas

dans la catégorie des fortes constantes (>105 M-1) mais est tout de même relativement élevée. Le

X6HBac5 2 peut par conséquent être considéré comme un « bon » récepteur pour le DMSO.

0.0E+0

5.0E-5

1.0E-4

1.5E-4

2.0E-4

2.5E-4

3.0E-4

3.5E-4

4.0E-4

4.5E-4

5.0E-4

0 1 2 3 4 5

[DMSO@X6HBac5] (M)

équiv. de DMSO ajouté

27

Echange conformationnel

Le complexe DMSO@X6HBac5 est chiral mais est bien sûr présent sous forme de mélange

racémique des deux énantiomères correspondants. Dans les conditions d’analyse, le spectre 1H

correspond à la superposition des signaux des deux conformations énantiomères.

Le spectre ROESY permet d’observer des corrélations de type EXSY attribuables à

l’interconversion des deux énantiomères du complexe DMSO@X6HBac5 (Figure 26). On remarquera

que tous les échanges attendus sont observés à l’exception des échanges I a avec I b car ces signaux

sont superposés, et II d avec VI d (suivant la notation adoptée dans les Figures 24 et 25) qui sont

dans une zone de bruit t1 intense du spectre pouvant masquer la tache de corrélation attendue.

Cet échange conformationnel implique la rotation d’unités aréniques autour des ponts

méthyléniques, ce qui n’est a priori possible qu’en l’absence d’invité à l’intérieur de la cavité pour

permettre le passage des tBu. Par conséquent, l’échange conformationnel devrait dépendre de

l’échange in-out du DMSO. On notera que les signaux de DMSO sont bien plus élargis que les signaux

de calixarène ce qui signifie que l’échange in-out du DMSO, lent à l’échelle de temps spectrale, est

plus rapide que l’échange conformationnel du calixarène, également lent à l’échelle de temps

spectrale, ou que des mécanismes supplémentaires contribuent à l’élargissement des signaux de

DMSO. Des études cinétiques seraient envisageables pour comprendre la dynamique d’échange de

ce système mais ces études n’ont pas été réalisées dans le cadre de ce mémoire.

Figure 26 : Echanges observés par ROESY entre les deux conformations énantiomères du DMSO@X6HBac5. Le DMSO inclus n’est pas représenté par souci de clarté.

Les protons portant une même lettre sont ceux présentant une corrélation de type EXSY.

28

Analyse par diffraction de rayons X du complexe DMSO@X6HBac5

Les analyses de DRX ont été réalisées en collaboration avec le Pr. Johan Wouters des Facultés

Universitaires de Notre-Dame de la Paix.

Des monocristaux du complexe DMSO@X6HBac5 ont été obtenus à partir d’une solution de

X6HBac5 2 dans un mélange 1,1,2,2-tétrachloroéthane/DMSO 1:1 par évaporation très lente à Ta. Ces

cristaux n’ont pas de forme particulière et se sont révélés assez stables en raison de la température

d’ébullition élevée du/des solvant(s) contenu(s) dans la maille cristalline. Bien qu’une faible

diffraction des cristaux ait été observée, elle a été suffisante pour obtenir une structure claire du

complexe (Figure 27). La maille cristalline contient deux complexes de conformations énantiomères.

Ces conformations sont en remarquable accord avec la conformation cône partiel déterminée par

RMN et les corrélations NOEs observées, notamment celles montrant la proximité entre le OH et le

groupe Bac de l’unité V dont le NH fait un lien H avec le DMSO (voir annexe). On peut observer dans

la structure RX que le OH et le NH V forment des liens H avec le DMSO inclus, ce qui est en accord

avec le déblindage de ces deux 1H observés en RMN. Les distances et angles mesurés pour ces liens H

sont respectivement de 2,46 Å et 131° pour le lien O-H-O et de 2,96 Å et 143° pour le lien N-H-O

(Figure 27).

Figure 27 : Structure RX du complexe DMSO@X6HBac5. En haut, deux vues différentes de la structure sans les hydrogènes portés par des carbones. En bas, un modèle compact montrant l’encombrement

important autour de la cavité et du DMSO.

I II

III

IV

V

VI

29

Analyse par diffraction de rayons X du X6HBac5 2

Les analyses DRX suivantes ont été réalisées en collaboration avec le Pr. Johan Wouters des

Facultés Universitaires de Notre-Dame de la Paix et le Pr. Kari Rissanen de University of Jyväskylä.

Des monocristaux du X6HBac5 2 en absence de DMSO ont été obtenus et analysés. Le X6HBac5 2

forme une quantité importante de monocristaux de forme allongée et de tailles variables très

rapidement (en quelques minutes) à température ambiante par évaporation du solvant à partir d’une

solution de DCM. Cette facilité à former des monocristaux est peu courante pour les calix[n]arènes et

a permis d’obtenir de nombreux cristaux à analyser par DRX. Cette propriété de cristallisation rapide

valide le concept évoqué dans les objectifs : cristallisation par complexation d’un invité pour le piéger

à l’état solide. Des cristaux de moindre taille ont également été obtenus à partir de chloroforme et

1,1,2,2-tétrachloroéthane. Les cristaux obtenus à partir de DCM et CHCl3 se désolvatent rapidement

à l’air puisque les molécules de solvant contenues dans la maille cristalline sont très volatiles ce qui

nécessite la congélation des cristaux immédiatement après le prélèvement. Les cristaux présentaient

tous un très faible pouvoir de diffraction. Les premières structures obtenues montraient le X6Bac6

dans une conformation 1,3,5-alternée (Figure 28-a). Une structure obtenue à l’aide d’un appareillage

plus sensible a permis d’observer un phénomère de superposition d’unités phénols et d’unités

portant un groupement Bac (Figure 28-b).

Figure 28 : Structures RX du composé 2 sans les hydrogènes portés par des carbones ni invité. a) Structure obtenue à l’aide d’un diffractomètre Oxford Diffraction Gemini Ultra Enhanced Ultra.

b) Structure obtenue à l’aide d’un diffractomètre Agilent Supernova dual wavelength. c) Deux vues de la structure du X6HBac5 2 isolée à partir des structures superposées en (b).

a) b)

c) c’)

30

Ces résultats peuvent se rationaliser en faisant l’hypothèse que le X6HBac5 2 adopte une

conformation 1,3-alternée en cristallisant mais que les molécules sont orientées aléatoirement dans

la maille cristalline amenant ainsi à une structure moyennée (Figures 28-b, 28-c et 29). Cette

structure moyennée apparaitrait comme une superposition de X6Bac6 et X6H6 tous deux en

conformation 1,3,5-alternée avec un rapport 5:1 en densités électroniques relatives tout comme

celle présentée en Figure 28-b. Les unités phénols ne seraient alors observables qu’avec un

appareillage assez puissant en raison de la densité électronique plus faible observée pour celles-ci.

Figure 29 : Phénomène de superposition observé par DRX pour le X6HBac5 2. Les résultats (a) et (b) ont été obtenus sur deux appareillages différents, le deuxième étant plus sensible (voir Figure 28).

Notons que la nature de l’invité n’a pas pu être déterminée pour les cristaux obtenus à partir de

solutions de X6HBac5 2 dans le chloroforme ou le 1,1,2,2-tétrachloroéthane. Cependant, l’invité

semble être une molécule de DCM quand les cristaux ont été formés à partir d’une solution de

X6HBac5 2 dans le DCM. L’affinement des structures est en cours dans les laboratoires de nos

collaborateurs.

31

III.1.3 Applications pour le X6HBac5 2 La structure du composé X6HBac5 2 ayant été déterminée sans ambiguïté et étant donné son

obtention sélective avec un rendement élevé, plusieurs applications potentielles ont été envisagées

pour ce composé (Figure 30) :

1) Utilisation comme récepteur à composés neutres bons accepteurs de liens H. Ceci n’a pas été

étudié davantage dans le cadre de ce mémoire car d’autres applications plus en accord avec

les objectifs initiaux étaient envisageables.

2) Essayer de faire réagir le dernier phénol avec du tBuNCO afin d’obtenir une boite moléculaire

semblable aux X6Boc6 et étudier la complexation de gaz. Plusieurs essais ont été réalisés, les

résultats sont discutés plus bas.

3) Essayer de fonctionnaliser le dernier phénol pour former des boites moléculaires hétéro-

fonctionnalisées.

o Etudier ces boites pour la complexation de gaz.

o Tester la possibilité de déprotéger sélectivement les hydroxyles portant un

groupement Bac (« déBacation ») et ainsi utiliser le X6HBac5 2 comme calix[6]arène

penta-protégé.

Figure 30 : Schéma des applications potentielles du X6HBac5 2.

32

Essais de formation du X6Bac6

La synthèse du X6HBac5 2 étant très sélective dans certaines conditions (Tableau 2, voies 6 et 7),

plusieurs hypothèses ont été envisagées pour expliquer la non formation de X6Bac6 :

La dernière fonction phénol est moins acide en raison (i) d’éventuels liens H

intramoléculaires stabilisant la forme protonée ou (ii) de l’encombrement stérique important

rendant le proton moins accessible aux bases.

La déprotonation du phénol par la base amène au phénolate mais le contre-ion de la base

(K+, Ba2+ ou BaOH+) rentre dans la cavité et oriente le phénolate vers l’intérieur de celle-ci.

L’encombrement stérique important causé par les 11 tBu autour de la cavité empêche

l’approche du tBuNCO pour réagir avec le phénolate.

Les essais de synthèse ont donc été axés sur l’utilisation de bases plus fortes et/ou avec un

contre-ion trop volumineux pour la cavité du macrocycle (e.g. TBA+) (Figure 31, Tableau 3). Certains

essais ont été réalisés dans le CDCl3 pour suivre l’évolution par RMN, les autres ont été suivis par

CCM et ESI-MS.

Par ailleurs, un essai de synthèse a été réalisé avec de l’éthylisocyanate pour vérifier si la réaction

n’est pas entravée par l’encombrement important du réactif tBuNCO utilisé dans les autres essais

(Tableau 3, entrée 6).

Figure 31 : Schéma général des essais de synthèse du X6Bac6 à partir de X6HBac5 2 et tBuNCO.

Entrée Base

(équiv.) isocyanate

(équiv.) Solvant T

Durée (h)

Résultat des analyses CCM et RMN 1H

1 DMAP (2) tBuNCO (5) DCM Ta 24 Pas de produit formé 2 DMAP (2) tBuNCO (10) CDCl3 50°C 23 Pas de produit formé

3 DBU (1) tBuNCO (5) CDCl3 Ta 19 Mélange de X6H6 1 majoritairement

et X6HBac5 4 MeOK (2) tBuNCO (5) DCM Ta 1 Formation de X6H6 1 uniquement 5 TBAOH (2) tBuNCO (10) DCM Ta 18 Formation de X6H6 1 uniquement 6 DMAP (1) EtNCO (5) DCM Ta 23 Pas de produit formé

Tableau 3 : Conditions de synthèses testées pour la réaction en Figure 31 et une variante à partir d’éthylisocyanate.

Aucune des conditions de synthèse présentées dans le Tableau 3 n’a permis de former un

calix[6]arène-hexacarbamate, que ce soit en variant la force de la base, la taille du cation associé à

celle-ci (contre-ion ou base protonée), la température ou même la taille de l’isocyanate :

33

Les entrées 1 et 2 permettent d’éliminer l’hypothèse du contre-ion dans la cavité car le

4-(diméthylamino)pyridinium est trop volumineux pour la cavité de ce X6HBac5 2

particulièrement encombré.

L’entrée 6 permet d’éliminer les éventuels problèmes liés à l’encombrement du tBuNCO

puisque le produit attendu en présence d’un isocyanate beaucoup moins encombré n’est pas

formé.

L’hypothèse de l’acidité réduite du dernier phénol n’a pas pu être validée ni invalidée mais

les entrées 3 à 5 montrent que des bases telles que la DBU, des alcoolates et des

hydroxylates peuvent entraîner la perte des tBuNCO ou « déBacation » du X6HBac5 2. Un

mécanisme possible pour cette « déBacation » est présenté Figure 32.

Figure 32 : Mécanisme supposé de « déBacation » de phénol en milieu basique. B- est une base forte

(e.g. MeOK).

A la vue de ces résultats, la synthèse décrivant l’obtention du p-tBu-calix[6]arène-hexa-N-n-

butylcarbamate dans la littérature peut paraître surprenante (cf. Introduction, II.4). Cependant, les

travaux décrits et les nôtres diffèrent sur deux points majeurs : le solvant et l’isocyanate utilisés. Il

s’avère que les auteurs ont effectué leur réaction dans un solvant polaire (acétone) alors que nous

avons effectué les réactions dans des solvants chlorés faiblement polaires. L’autre différence entre

leurs travaux et les nôtres est que nous utilisons un isocyanate beaucoup plus encombré, conférant à

nos calixarènes carbamates des propriétés différentes des leurs, notamment la solubilité. En effet, la

synthèse de X6Bac6 dans l’acétone n’est pas possible en raison de l’insolubilité du X6HBac5 2 dans ce

solvant et d’autres solvants polaires. Un essai à partir de X6H6 1 dans un mélange DCM/acétone 2:1

avait déjà été réalisé sans résultat concluant (Tableau 2, N° 3).

Une nouvelle hypothèse a donc été envisagée : suivant la polarité du solvant, les mécanismes

d’addition d’isocyanates sur phénol de calixarènes en catalyse basique pourraient être différents

(Figure 33).

34

Figure 33 : Mécanismes supposés d’addition d’isocyanates sur calixarènes par catalyse basique en

milieux polaires ou apolaires. B- est une base.

Dans les milieux fortement polaires, l’intermédiaire anionique formé au cours de la réaction peut

être stabilisé par le solvant lui conférant une durée de vie assez longue pour être protoné par un

acide externe (e.g. l’acide conjugué du catalyseur basique utilisé). Par contre, dans les milieux

apolaires ou peu polaires l’intermédiaire anionique est trop instable mais la réaction est tout de

même possible par un mécanisme concerté grâce à l’assistance de phénols à proximité. Pour ce

dernier mécanisme, la réaction ne serait pas possible sur le dernier phénol d’un calixarène car il n’y

aurait pas d’autre proton phénolique disponible pour la protonation de l’azote. Cette hypothèse

expliquerait la non formation du X6Bac6 désiré et l’arrêt très sélectif au X6HBac5 2 dans les conditions

testées.

Si cette hypothèse s’avère exacte, l’addition d’isocyanates sur calixarènes en milieu apolaire

pourrait permettre de développer une nouvelle méthodologie générale de fonctionnalisation

sélective de ces composés. En effet, il serait alors possible conserver une seule unité phénolique non

fonctionnalisée pour faire, par la suite, une mono-fonctionnalisation sélective.

Il existe cependant des exemples d’addition d’isocyanates sur phénols par catalyse basique dans

le DCM. 17 Ces exemples contredisent l’hypothèse proposée mais les phénols et calixarènes

présentent de grandes différences au niveau de leurs propriétés et réactivités dues à l’aspect plate-

forme moléculaire très encombrée des calixarènes. On ne peut donc pas juger de la validité de cette

hypothèse pour les calixarènes sur base de ces exemples dans la littérature.

Par conséquent, des expériences sont nécessaires pour confirmer l’hypothèse du mécanisme

concerté et déterminer si le phénol donneur de H+ dans le mécanisme proposé doit être en position

17

Bronner, S. M.; Garg, N. K. J. Org. Chem. 2009, 74, 8842-8843

35

distale ou proximale par rapport au phénolate ou si cette distance n’a que peu d’importance (e.g.

tester l’addition de tBuNCO sur le p-tBu-calix[6]arène-1,3,5-triméthylé). Ces expériences n’ont pas

été menées dans le cadre de ce mémoire car d’autres objectifs étaient prioritaires.

Déprotection des phénols portant un groupement Bac

Pour déterminer la viabilité de l’utilisation du X6HBac5 2 comme calix[6]arène penta-protégé, la

stabilité des groupements –OBac sur le composé 2 a été étudiée en milieux acide et basique. Il faut

noter que la stabilité à haute température avait déjà été démontrée précédemment lors des

expériences RMN (vide supra).

Nous avons déjà pu observer le comportement de ce composé en milieu basique : il y a

« déBacation » en présence d’une base dont le pKa est similaire ou supérieur à celui d’un alcoolate

aliphatique (cf. Tableau 3).

Un essai de « déBacation » du X6HBac5 2 a été réalisé en présence d’une base encombrée pour

des raisons qui seront explicitées plus loin (sous-chapitre III.2). L’essai a été réalisé dans le DCM en

présence de 20 équiv. de tBuOK sous agitation amenant à la « déBacation » complète en 30 minutes

à Ta (Figure 34). L’excès de tBuOK et le produit de dégradation du groupe Bac ont été éliminés par

filtration sur silice (éluant : DCM). Le produit obtenu quantitativement correspond au X6H6 1 pur

(CCM, RMN, ESI-MS). Une base encombrée permet donc aussi la « déBacation » totale et rapide.

Figure 34 : « DéBacation » du X6HBac5 2 par une base encombrée.

Maintenant que les possibilités de « déBacation » ont été observées en milieu basique, il reste à

déterminer quelle est la stabilité des groupements –OBac en milieu acide.

Le X6HBac5 2 présente une grande stabilité en milieu acide : aucune trace de X6H6 1 n’a pu être

observée après 24h sous agitation à Ta dans un mélange DCM/TFA 3:2. L’ajout d’eau pour permettre

une éventuelle hydrolyse des fonctions carbamates n’a pas amené à la formation de X6H6 1 après 24h

supplémentaires sous agitation. On peut cependant observer la « déBacation » complète après

plusieurs jours sous agitation dans un mélange DCM/HCl(aq) conc. 2:1. Après évaporation des

solvants, le spectre RMN 1H du solide obtenu présente très majoritairement les signaux de X6H6 1.

Ces diverses expériences montrent qu’il est possible de déprotéger les phénols portant un

groupement Bac. Cependant, les groupes –OBac sont relativement stables (résistent à des

températures élevées et en milieu très acide) et peuvent donc être utilisés comme groupement

protecteur des unités phénoliques des calix[6]arènes. Il reste maintenant à déterminer si le groupe

36

phénolique du X6HBac5 2 peut être fonctionnalisé dans des conditions n’entraînant pas la

« déBacation ».

Fonctionnalisation du dernier hydroxyle de X6HBac5 2

Les essais précédents avec des isocyanates montrent que ces réactifs ne sont pas adaptés à la

fonctionnalisation du groupe hydroxyle restant. Comme la réactivité du X6HBac5 2 n’est pas bien

connue, il a été décidé de tester la fonctionnalisation avec un composé très réactif : le chlorure

d’acétyle.

Acétylation

Figure 35 : Acétylation du X6HBac5 2.

Deux essais d’acétylation ont été réalisés pour former le p-tBu-calix[6]arène-penta-Bac-mono-

acétyle X6Bac5Ac 4. L’un avec 2 et l’autre avec 15 équiv. de chlorure d’acétyle et de pyridine à Ta dans

du DCM anhydre. Les réactions ont été suivies par CCM, ESI-MS et RMN 1H (avant et après ajout de

DMSO afin de vérifier la présence éventuelle de DMSO@X6HBac5). L’excédant de chlorure d’acétyle a

été « neutralisé » par lavage aqueux. Le brut réactionnel a ensuite été filtré sur silice (éluant : DCM).

Le premier essai a permis d’observer, par RMN 1H et ESI-MS, un nouveau produit mais le

calixarène de départ était encore présent très majoritairement. Le deuxième essai a conduit à la

disparition complète du X6HBac5 2 (RMN 1H). Cependant, le spectre 1H du produit obtenu est

ininterprétable et des conditions adéquates pour obtenir un spectre interprétable n’ont pas pu être

déterminées (spectre présenté en Partie expérimentale).

Le spectre de masse montre clairement des signaux très majoritaires pour le produit attendu

X6Bac5Ac 4 avec les cations Na+, NH4+ et K+ (Figure 36). Des signaux de moindre intensité sont visibles

pour les calixarènes résultants de la perte d’un ou plusieurs groupes Bac [X6HnBac5-nAc] (1 < n < 5).

Des expériences MS-MS à partir des signaux de X6Bac5Ac 4 montrent que les espèces minoritaires

peuvent être formées dans les conditions d’analyse laissant supposer que l’échantillon obtenu du

X6Bac5Ac 4 pourrait être pur. Dans l’hypothèse où le produit obtenu est effectivement du X6Bac5Ac 4

pur, le rendement serait alors de 85%.

Les analyses par spectrométrie de masse montrent que l’acétylation a été faite sélectivement sur

l’hydroxyle et non sur les groupes NH des carbamates puisque la perte de Bac n’est pas

accompagnée par la perte de l’acétyle en MS-MS. Elles montrent également que le groupe –OAc est

plus stable que les groupes –OBac dans les conditions d’analyse par spectrométrie de masse.

37

Figure 36 : Spectre de masse du produit de la réaction d’acétylation sur le X6HBac5 2.


La présence du pic correspondant a priori à une espèce [X6Bac5Ac + NH4]+ est assez surprenante

puisque l’ion NH4+ n’a pas été ajouté au cours de l’analyse. Sachant que les traces de cations

résiduels sont majoritairement Na+ et K+, les signaux intenses de [X6Bac5Ac + NH4]+ pourraient

indiquer que le X6Bac5Ac 4 est un complexant exceptionnel du cation NH4+. Cependant, aucune

expérience n’a été réalisée dans le cadre de ce mémoire pour vérifier l’affinité de X6Bac5Ac 4 pour ce

cation. Tous les spectres de masse qui seront présentés par la suite dans ce mémoire comportent des

signaux impliquant des ions NH4+. La raison de leur présence ne sera plus évoquée.

En conclusion, l’acétylation du X6HBac5 2 a permis de prouver que la dernière unité phénolique

du composé 2 pouvait être fonctionnalisée avec un bon taux de conversion puisque le produit

obtenu 4 ne présente pas de trace du calixarène initial.

Bocation

Après avoir démontré qu’il est possible de fonctionnaliser le dernier hydroxyle du X6HBac5 2, il a

été entrepris de le fonctionnaliser avec un groupement encombrant pour former une boite

moléculaire de type calixarénique. Le choix s’est porté sur le groupement Boc puisqu’il est aussi

encombrant que les Bac et que la Bocation de calix[6]arène est connue, facile et rapide.

Figure 37 : Bocation du X6HBac5 2.

La synthèse du composé X6Bac5Boc 5 a été réalisée à partir de X6HBac5 2, 5 équiv. de DMAP et 5

équiv. d’anhydride Boc (Boc2O) dans le DCM à Ta (Figure 37). Les réactions ont été suivies par CCM,

ESI-MS et RMN 1H (avant et après ajout de DMSO afin de vérifier la présence éventuelle de

DMSO@X6HBac5). Un lavage à l’eau a été réalisé sur le mélange réactionnel et la phase organique a

0

5

10

15

20

25

30

I n t n s i t y

[X6Bac5Ac + NH4]+

1527.67

[X6Bac5Ac + K]+

1548.53

1000

[X6HBac4Ac + H]+

1411.27

[X6H2Bac3Ac + H]

+

1312.20

[X6H3Bac2Ac + H]+

1213.20

[X6H4BacAc + H]+

1114.20

[X6H5Ac + H]+

1015.33

1100 1200 1300 1400 1500 1600 m/z

[X6Bac5Ac + Na]+

1532.73

Intensity (10^6)

38

été évaporée. Aucune purification n’a été réalisée sur le solide obtenu. Seules deux taches sont

observables par CCM (éluant : DCM) dont l’une correspond à la DMAP. Aucune trace de X6HBac5 2

n’est visible par RMN 1H.

Similairement au X6Bac5Ac 4, le spectre RMN 1H du produit formé n’est pas interprétable (Figure

38). Les différentes conditions testées (variation du solvant et de la température, ajout d’invités

potentiels) n’ont pas permis d’obtenir un spectre interprétable.

Figure 38 : Spectre RMN 1H du produit de synthèse de X6Bac5Boc 5 (CDCl3 , 3,5 mg/mL, 300 MHz,

25°C). L’échantillon contient de la DMAP issue de la synthèse. S = Solvant (CHCl3), w = Eau.

Notons toutefois que les 4 signaux présents dans la région des champs forts (zoom, Figure 38)

pourraient appartenir aux 6 conformations possibles de type 1,3-alternée-5-incluse pour le X6Bac5Boc

5 attendu (conformation observée pour le X6Boc6 dans le C2D2Cl4, cf. introduction). En effet, 4 de ces

6 conformations forment deux couples d’énantiomères (Figure 39). Par conséquent, un mélange de

ces 6 conformations présenterait 4 jeux de signaux distincts en RMN 1H dont 4 singulets dans la

région des champs forts.

Figure 39 : Représentation des 6 cas possibles pour le X6Bac5Boc 5 en conformation 1,3-alternée-5-incluse. Les unités en rouge sont alternées par rapport aux autres. L’unité portant un groupe Boc est en gras par souci de clarté. Les deux structures à l’ extrême gauche et à l’ extrême droite présentent

une symétrie Cs et les quatre autres forment deux couples d’énantiomères.

39

Des expériences RMN à haute température n’ont pas été effectuées en raison de la sensibilité du

groupe –OBoc. En effet, comme cela avait été démontré avec le X6Boc6, ce groupe peut rapidement

se décomposer à partir d’environ 80°C produisant ainsi deux fragments neutres : l’isobutène et le

CO2 (Figure 40).

Figure 40 : Décomposition thermique du groupe Boc d’un p-tBu-calix[n]arène-Boc.

Le spectre de masse du produit formé présente majoritairement les signaux correspondants au

produit attendu X6Bac5Boc 5 mais également des signaux correspondants à ce composé après la

perte d’un Boc et/ou de 1 à 5 Bac (Figure 41).

Figure 41 : Spectre de masse du produit de la réaction de « Bocation » sur le X6HBac5 2.


Il faut noter qu’un signal correspondant à [X6Bac5Boc + Boc - H + Na]+ est également observable

sur le spectre. Un tel phénomène avait également été observé dans le cas du X6Boc6 et n’avait pas

été clairement rationalisé. Nous n’évoquerons plus, par la suite, la présence de signaux semblables

pour les calixarènes comportant un groupement Boc.

Les expériences MS-MS indiquent que les pertes de Bac et Boc peuvent avoir lieu dans les

conditions d’analyse. La présence des signaux minoritaires n’est donc pas une preuve que

l’échantillon soit composé de plusieurs calixarènes différents.

Tous ces résultats semblent indiquer que le produit désiré X6Bac5Boc 5 a bien été obtenu et ceci

relativement pur puisque (i) le calixarène initial (X6HBac5 2) n’est plus observable en fin de réaction

(CCM, RMN), (ii) les conditions de réaction n’entraînent normalement pas la dégradation des réactifs,

(iii) la réaction ne peut normalement pas amener à plusieurs calixarènes différents et (iv) les spectres

RMN et ESI-MS, bien que complexes, semblent confirmer l’obtention du produit attendu.

Il faut rappeler que le X6Bac5Boc 5 est un excellent candidat de boite moléculaire pour tester la

complexation de gaz. Toutefois, faute de temps, aucune étude hôte-invité pour les gaz n’a été

réalisée dans le cadre de ce mémoire.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1534.34

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 m/z

[X6H6 + H]+

973,31

[X6H5Bac + H]+

1072,30

Intensity (10^6)

[X6H4Bac2 + H]+

1171,10

[X6H3Bac3 + H]+

1270,23

[X6H2Bac4 + H]+

1369,48

[X6HBac5 + H]+

1468,34

[X6Bac5Boc + NH4]+

1585,70

[X6Bac5Boc + H]+

1568,27

[X6Bac5Boc + Na]+

1590,69

[X6Bac5Boc + K]+

1606,49

[X6Bac5Boc - H + Boc + Na]

+

1690,48

40

III.2 Etude du composé 3 Pour rappel le composé 3 est un produit observé par CCM lors des essais de synthèse du X6HBac5

2 (Tableau 2). Le suivi par CCM de ces essais de synthèse a montré que c’est un des produits

intermédiaires entre le X6H6 1 et le X6HBac5 2. Par ailleurs, il semble que ce soit l’intermédiaire le plus

stable car il est formé très majoritairement par rapport aux autres. Ces observations indiquent qu’il

pourrait être possible de le former sélectivement. Il a par conséquent été décidé d’en optimiser la

synthèse, d’en identifier la structure puis de déterminer les applications potentielles.

III.2.1 Optimisation de la synthèse du composé 3 Des lots de produits contenant majoritairement le composé 3 ont été obtenus suite aux essais de

synthèse du X6HBac5 2 en présence de K2CO3. La première étape a donc été de purifier ces lots pour

obtenir un échantillon de référence pur. Les divers tests de purification de ces bruts réactionnels ont

permis de faire des observations utiles:

Le composé 3 est soluble dans une grande variété de solvants : DCM, CHCl3, 1,1,2,2-

tétrachloroéthane, 1,2-dichloroéthane, DMSO, THF, acétonitrile, benzène, toluène,

diéthyléther. Les constantes de solubilité n’ont cependant pas été mesurées.

Il y a dégradation du composé 3 après quelques jours en solution dans les solvants chlorés ou

à l’état solide contenant des traces de solvants chlorés après évaporation. La solution

incolore jaunit et le solide blanc jaunit. Les CCM de produits dégradés montrent la présence

de 4 taches sous irradiation UV dont l’une correspond au composé 3 et l’une au X6H6. Il est

possible que ce soit dû à la « déBacation » par libération lente de HCl via la dégradation des

solvants chlorés. Le composé 3 serait par conséquent moins stable en milieu acide que le

X6HBac5 2.

Un lavage aqueux de bruts réactionnels (en solution dans le DCM) contenant

majoritairement le composé 3, du tBuNCO et du K2CO3 a amené à la formation rapide du

X6HBac5 2. Ceci correspond bien aux conditions biphasiques pour la synthèse sélective de

X6HBac5 2 (Tableau 2, voie 6). Les lavages aqueux du brut réactionnel (afin d’éliminer la base

inorganique) seront par conséquent à éviter.

Les essais de purification par chromatographie sur colonne de silice (éluant : DCM) de bruts

réactionnels contenant le composé 3 en présence de l’excès de tBuNCO ont amené à la

formation partielle de X6HBac5 2 qui est, dans le cas présent, indésirable. Par ailleurs, lorsque

la chromatographie sur colonne de silice a été effectuée en l’absence d’un excès de tBuNCO,

ceci a conduit à un composé de même Rf et de même signature en spectrométrie de masse

que 3 mais présentant un spectre RMN 1H différent. On peut donc supposer que le composé

3 dans le brut réactionnel est un complexe potassique de type phénolate de potassium et

que le passage sur colonne de silice ou CCM conduit à une protonation et une démétallation

du composé.

Le composé 3 en solution dans le DCM forme un film lors de l’évaporation contrairement au

X6HBac5 2 qui cristallise très facilement. La purification par cristallisation ne semble donc pas

être une option prometteuse.

Toutes ces observations semblent donc indiquer que le composé 3 est un complexe de type

phénolate de potassium sensible à la présence d’acides, et qui réagit vite en présence de tBuNCO

pour conduire au X6HBac5 2. La purification du composé 3 semble donc être difficile à mettre au

41

point. Le meilleur moyen pour éviter la purification était de pousser les rendements au maximum en

ayant un minimum d’isocyanate en excès. L’objectif fixé était donc de trouver des conditions pour

former le composé 3 quantitativement.

La Figure 42 et le Tableau 4 reprennent les diverses conditions de synthèse appliquées et le

résultat obtenu. Les réactions ont été suivies par CCM (éluant : DCM), ESI-MS et RMN 1H. Le

minimum d’équivalents de tBuNCO a été fixé à 3,1 car l’analyse par spectrométrie de masse des

échantillons précédents du composé 3 présentait majoritairement des signaux de X6H3Bac3 (voir

section III.1.1).

Figure 42 : Synthèse du composé 3. Les conditions sont détaillées dans le Tableau 4.

Entrée X6H6 1 m (mg)

Base (équiv.)

équiv. tBuNCO

Solvant (v en mL)

Durée (h)

Résultat de l’analyse CCM

1 15,2 K2CO3 (2) 3,1 DCM (4) 53 Mélange de produits :

peu de sélectivité

2 16,2 K3PO4 (2) 3,1 DCM (4) 53 Mélange de produits :

majoritairement X6H6 1



4 49,6 K2CO3 (5) 3,1 acétone

(5) 114

X6H6 1 avec des traces d’autres produits.



6* 97,4 K2CO3 (5) 3,1 DCM (4) 23 Mélange de produits :

majoritairement 3

7 91,3 KOH (1) 10 DCM (4) 22 Mélange de produits :

majoritairement 3

8 246 KOH (1) 5 DCM (10) 26 Mélange de produits :

majoritairement 3

9 133 KOH (1) 3,1 DCM (10) 40 Mélange de produits :

peu de sélectivité 10 131 KOH (1) 5,0 DCM (1) 5 3 est le seul produit observable

11 211 KOH (1) 3,5 DCM (1) 6 Mélange de X6H6 1 et 3 (majoritaire)

12 533 KOH (1) 5,0 DCM (5) 5 3 est le seul produit observable 13 510 KOH (1) 5,0 DCM (5) 5 3 est le seul produit observable

Tableau 4 : Conditions testées pour la synthèse du composé 3 (Ta). * Sous atmosphère inerte (argon).

Les divers essais en présence de K2CO3 n’ont pas permis de former très sélectivement le composé

3 bien qu’il soit présent à chaque fois (Tableau 4, entrées 1, 3, 4, 5 et 6). On notera tout de même

que la réaction semble plus sélective sous atmosphère inerte (entrée 6). C’est peut-être dû à la

quantité réduite d’eau présente dans le milieu réactionnel quand il est sous atmosphère inerte. La

42

réaction est extrêmement lente en présence de K3PO4 (entrée 2), probablement en raison de la faible

solubilité du K3PO4 dans le DCM. L’utilisation d’acétone semble également conduire à une réaction

très lente malgré la meilleure solubilisation de K2CO3 par rapport au DCM (entrée 4). C’est peut-être

dû à la faible solubilité du X6H6 1 dans l’acétone bien que de nombreuses synthèses à partir de X6H6 1

soient décrites dans l’acétone, notamment l’addition d’isocyanates (cf. introduction).

L’utilisation d’un équivalent de KOH a été envisagée car le composé 3 pouvait potentiellement

être un complexe potassique type phénolate de potassium (vide supra). La faible acidité de l’eau

formée par déprotonation du X6H6 1 par l’ion hydroxyle limitait tout risque de reprotonation d’un

éventuel complexe potassique. L’autre avantage de l’utilisation d’un seul équivalent de KOH est

l’absence de base excédentaire en fin de réaction. Nous sommes toutefois conscients que l’utilisation

de KOH dans les solvants chlorés peut amener à la formation de carbènes hautement réactifs dans

certaines conditions mais aucune réaction « dangereuse » n’a été observée.

Les essais 7 à 13 montrent qu’en présence de KOH, les réactions amènent sélectivement au

composé 3 et que la sélectivité augmente avec la concentration. Les essais 10 à 13 ont été réalisés en

solution saturée de X6H6 1 et conduisent très sélectivement au composé 3. La présence de X6H6 1 a

été détectée par CCM pour l’essai 11 mais cela peut être expliqué par la quantité importante de

solide présent dans le milieu réactionnel en raison de la faible quantité de solvant utilisée (1mL pour

211mg de X6H6). Les essais 10, 12 et 13 montrent que, non seulement, le résultat est reproductible,

même en variant légèrement les proportions de réactifs et solvants, mais aussi que la synthèse peut

être réalisée à différentes échelles (testée ici sur approximativement 100 et 500 mg).

Il est intéressant de noter que dans les conditions 10, 12 et 13, avant l’ajout de tBuNCO, le X6H6 1

et le complexe potassique X6H5K formé ne sont que partiellement solubles. Environ 2h après l’ajout

d’isocyanate, on peut observer le passage de phase hétérogène à homogène suivi de la précipitation

progressive du composé 3 dans le milieu réactionnel. En fin de réaction, il reste du DCM et du

tBuNCO qui sont à séparer du composé 3 pour les raisons évoquées plus haut. Suite à plusieurs

essais, le traitement retenu a été l’évaporation du solvant sous vide suivi de deux lavages du solide

par du diéthyléther (voir partie expérimentale). Le composé 3 étant assez soluble dans le

diéthyléther, une faible quantité d’éther doit être utilisée. Le meilleur rendement obtenu en

procédant ainsi est de 88% (déterminé après identification et mesure de la pureté de l’échantillon

par RMN, vide infra). Cependant, l’absence d’autres produits en CCM et RMN 1H indique a priori que

la formation du composé 3 est en fait quantitative.

La synthèse du composé 3 ayant été mise au point avec succès et avec un rendement très élevé,

l’identification de ce composé a ensuite été entreprise.

III.2.2 Identification du composé 3 Analyse par spectrométrie de masse

Comme mentionné dans la section III.1.1, le spectre de masse du composé 3 indique qu’il s’agit

du p-tBu-calix[6]arène-tris-Bac (Figure 43). Il n’est pas exclu à ce stade qu’il s’agisse du tétra-Bac qui

perdrait un groupement Bac dans les conditions d’analyse mais ça semble peu probable vu l’absence

totale de signaux pour le tétra-Bac.

43

Similairement aux composés précédemment étudiés, les expériences MS-MS à partir des signaux

majoritaires montrent que les espèces minoritaires présentes sur le spectre de masse du composé 3

peuvent être générées dans les conditions d’analyse.

On notera que contrairement aux composés précédemment étudiés, ici le pic majoritaire

correspond à un complexe potassique et non sodique. Cette observation est en accord avec

l’hypothèse que le composé 3 est un complexe potassique.

Figure 43 : Spectre de masse du composé 3.


La spectrométrie de masse ne permet donc pas d’affirmer quelle est la nature du produit ni

même si il est pur. Cependant, les résultats indiquent qu’il s’agit probablement du X6H3Bac3 ou du

complexe potassique X6H2Bac3K.

Analyse par spectroscopie RMN

Mesures préliminaires

Le spectre 1H du composé 3 dans le CDCl3 (25°C, 300 MHz) présente une espèce majoritaire

accompagnée de signaux élargis pouvant appartenir soit à d’autres conformations de la même

espèce soit à des espèces différentes (Figure 44). On peut également y observer 2 signaux larges

fortement déblindés entre 13 et 16 ppm. Il est probable qu’ils correspondent à des groupes NH et/ou

OH impliqués dans des liens H forts. Le spectre relevé à 600 MHz révèle de très nombreux signaux

fins et est difficilement interprétable (annexe Figure A10).

Figure 44 : Spectre RMN 1H du composé 3 en solution dans CDCl3 (4 mg/mL, 300 MHz, 25°C).

S = Solvant (CHCl3), w = Eau.

1000 1100 1200 1300 1400 m/z

0

5

10

15

20

25

30

Intensity (10^6)

[X6H3Bac3 + Na]+

1292.87

[X6H3Bac3 + H]+

1270.33

[X6H3Bac3 + NH4]+

1287.73

[X6H4Bac2 + K]+

1209.80

[X6H4Bac2 + H]

+

1171.53

[X6H5Bac + H]+

1072.47

[X6H6 + H]+

973.53

[X6H3Bac3 + K]+

1308.80

44

Afin d’obtenir un spectre 1H interprétable pour une étude RMN poussée, nous avons procédé à

des variations de température, des ajouts d’invités potentiels et des changements de solvants.

Les spectres 1H relevés dans le CDCl3 à -25, 0, 25 et 50°C n’ont pas permis d’obtenir un résultat

satisfaisant.

Des spectres ont été relevés en présence d’un excès de DMSO ou d’IMI. La présence de DMSO

n’a induit aucun changement, mais cela a néanmoins permis d’affirmer qu’il n’y avait pas de X6HBac5

2 dans l’échantillon. La présence d’IMI a induit des changements mais le spectre obtenu présente des

signaux larges beaucoup moins résolus.

Des spectres ont été relevés dans le C6D6 (annexe Figure A11) et le DMSO-d6 (Figure 45). Le

spectre relevé dans le C6D6 pose les mêmes difficultés que celui relevé dans le CDCl3. En revanche, le

spectre relevé dans le DMSO-d6 présente des signaux fins, pour la plupart bien résolus et

appartenant à une seule espèce. De nouveau, l’espèce calixarénique ne présente aucun élément de

symétrie.

Figure 45 : Spectre RMN 1H du complexe X6H2Bac3K 3 en solution dans DMSO-d6.

X6H2Bac3K 1,9×10-2 M, 600 MHz, 25°C ; S = Solvant (DMSO-d5), w = Eau.

Analyse du spectre du composé 3 dans le DMSO-d6

Le spectre 1H a pu être complètement attribué à l’aide d’expériences 2D : dqfCOSY, HSQC, HMBC

et ROESY (25°C, 600 MHz). Les notations utilisées pour l’attribution sont définies dans la Figure 46 ;

des agrandissements du spectre 1H attribué sont présentés dans la Figure 47. Les corrélations NOE

utiles à la détermination de la conformation sont représentées dans la Figure 46. Par souci de clarté,

seuls les NOEs utiles à la détermination de la conformation sont indiqués. L’ensemble des NOEs

observés est présenté en annexe.

Ces spectres ont permis de déterminer la structure du composé 3 et d’identifier les principales

caractéristiques de la conformation adoptée en solution dans le DMSO : il s’agit du complexe

potassique de p-tBu-calix[6]arène-1,2,3-tris-Bac mono-déprotoné ou X6H2Bac3K 3. Ce résultat est en

accord avec les observations précédentes. La conformation proposée ne fait pas partie des 8

conformations remarquables des calix[6]arènes, elle sera discutée plus bas. La pureté de l’échantillon

analysé a été déterminée sur base du spectre 1H à 95±3% en masse. La principale impureté visible est

du diéthyléther, issu de la purification et présent dans l’échantillon malgré l’étape de séchage sous

vide. Il est probable que l’éther soit piégé à l’état solide via une exo-complexation par les molécules

de calixarène.

45

Figure 46 : Notations utilisées pour l’attribution des signaux RMN 1H (en bleu) et corrélations NOE

(flèches rouges) révélant la conformation du calixarène du complexe X6H2Bac3K 3. La structure est représentée dans la conformation déterminée à partir des données RMN.

Figure 47 : Agrandissements du spectre RMN 1H du complexe X6H2Bac3K 3 en solution dans DMSO-d6. Les signaux sont intégrés et attribués suivant les notations définies dans la Figure 46.

[X6H2Bac3K] = 1,9×10-2 M, 600 MHz, 25°C ; S = Solvant (DMSO-d5), w = Eau.

46

La méthodologie utilisée pour l’attribution du spectre 1H ainsi que des tableaux regroupant tous

les δ1H, δ13C et toutes les corrélations observées sur les spectres 2D sont présentés en annexe.

Les spectres indiquent que le complexe X6H2Bac3K 3 ne possède aucun élément de symétrie dans

la conformation adoptée en solution (groupe ponctuel C1). Le spectre 1H de X6H2Bac3K 3 comprend

donc 12 signaux pour les 1H aromatiques (Ar-H), 2 signaux pour les groupes hydroxyle (Ar-OH), 12

signaux pour les groupes méthylènes pontants (ArCH2Ar), 3 signaux NH pour les groupes Bac, 6

signaux pour les groupes Ar-tBu et 3 signaux tBu pour les groupes Bac (-C(CH3)3).

Les signaux observés entre 6,5 et 7,9 ppm (Figure 47-a), à l’exception des deux singulets observés

à 7,24 et 7,50 ppm, sont attribués aux 1H aromatiques (Ar-H ; 12 H) car ils présentent une corrélation

dans le spectre HSQC (1J) avec un signal 13C observé entre 122 ppm et 128 ppm (Ar-CH). Le spectre

présente 8 signaux intégrant pour 1 Ar-H chacun (doublets peu ou pas résolus), un système AB quasi

singulet vers 6,90 ppm (2 Ar-H) et un second système AB vers 7,00 ppm (2 Ar-H). La multiplicité de

ces signaux et la présence de systèmes AB résultent du faible couplage scalaire entre les deux 1H

d’une même unité (couplage entre 1H en position méta l’un de l’autre ; 4J ≈ 2 Hz).

Les signaux singulets observés à 14,77 et 14,22 ppm (1 H chacun, Figure 47-a) ne présentent pas

de corrélation dans le spectre HSQC. Ils sont attribués aux groupes Ar-OH car ils présentent 3

corrélations chacun dans le spectre HMBC avec des signaux de 13C aromatiques. Ces 1H sont

fortement déblindés ce qui peut s’expliquer par des liens H intramoléculaires avec le O- (vide infra).

Les signaux singulets observés à 8,16, 7,50 et 7,24 ppm (1 H chacun, Figure 47-a) ne présentent

pas de corrélation dans le spectre HSQC. Ils sont attribués aux groupes NH des groupes Bac car ils

présentent deux corrélations dans le spectre HMBC avec des signaux 13C aliphatiques : une

corrélation avec un carbone quaternaire (49 ppm < δ 13C < 50 ppm ; corrélation 2J NH-C(CH3)3) et une

corrélation avec des carbones primaires (28 ppm < δ 13C < 29 ppm ; corrélations 3J NH-C(CH3)3). Les

corrélations HMBC (2J) avec les signaux 13C des carbonyles ne sont pas observées.


observés entre 2,9 et 4,1 ppm (1 H pour chaque signal ; 12,6 Hz < Jgem < 16,2 Hz ; Figure 47-b). Le

spectre HSQC indique que le déplacement chimique 13C est d’environ 26,0 ppm pour un de ces

groupes, compris entre 31,5 et 32,5 pour deux d’entre eux, est d’environ 35,5 ppm pour deux autres

et d’environ 38,5 ppm pour le dernier.

Parmi les 9 signaux singulets observés entre 1,1 et 1,5 ppm, dont deux sont supersposés (Figure

47-c), 6 sont attribués aux groupes Ar-tBu car ils présentent une corrélation dans le spectre HMBC

avec un signal de carbone quaternaire aromatique (δ 13C = 134,9 ppm, δ 13C = 138,1 ppm ou 145 ppm

< δ 13C < 147 ppm ; corrélations 3J). Ils présentent également une corrélation dans le spectre HMBC

avec un signal de carbone quaternaire aliphatique observé entre 33 et 34 ppm (corrélations 2J Ar-

C(CH3)3). Le spectre HSQC indique que le déplacement chimique 13C des groupes méthyles de Ar-tBu

est compris entre 31 et 32 ppm. Des corrélations HMBC 3J entre les signaux 1H et 13C de groupes

méthyles d’un même groupe Ar-tBu sont également observées (corrélations Ar-C(CH3)2CH3).

Similairement, 3 signaux singulets observés entre 1,1 et 1,5 ppm (Figure 47-c) sont attribués aux

tBu des groupes Bac car (i) ils ne présentent pas de corrélation dans le spectre HMBC avec un signal

de carbone quaternaire aromatique et (ii) ils présentent une corrélation dans le spectre HMBC avec

47

un signal de carbone quaternaire aliphatique observé entre 49 et 50 ppm (corrélations 2J NH-

C(CH3)3). Le spectre HSQC indique que le déplacement chimique 13C des groupes méthyles de Bac est

compris entre 28 et 29 ppm. Des corrélations HMBC 3J entre les signaux 1H et 13C de groupes

méthyles d’un même groupe Bac sont également observées (corrélations NH-C(CH3)2CH3).

Caractérisation de la conformation

Les corrélations ROESY présentées dans la Figure 46 montrent clairement les orientations

relatives des unités II à VI avec une seule inversion entre l’unité III et l’unité IV. Cependant,

l’orientation relative des unités VI , I et II ne peut être déterminée à l’aide du spectre ROESY.

Le Tableau 5 présente les valeurs du déplacement chimique 13C des méthylènes pontants et de la

différence de déplacement chimique entre les 1H géminés de ces groupes. L’inversion entre l’unité

III et l’unité IV, i.e. une orientation relative de type anti, se traduit comme attendu par un δ 13C

compris entre 38,5 et 39,0 ppm et une valeur pour Δδ 1H inférieure à 0,3 ppm (cf. Introduction –

Figure 10). Pour les unités II-III et V-VI, les valeurs de δ 13C et de Δδ 1H sont compatibles avec une

orientation relative de type syn (valeurs attendues : 29,5 ppm < δ 13C < 31,5 ppm et 0,7 ppm < Δδ 1H

< 1,0 ppm), ce qui est en accord avec l’analyse du spectre ROESY. La valeur de Δδ 1H du groupe

méthylène pontant les unités IV et V est intermédiaire tandis que le δ 13C est particulièrement

faible ; ces valeurs ne permettent pas de préciser l’orientation des unités mais le spectre ROESY

indique une orientation de type syn. Les valeurs de δ 13C et de Δδ 1H observées pour le groupe

méthylène pontant les unités VI et I ainsi que pour celui pontant les unités I et II sont

intermédiaires par rapport aux valeurs attendues pour des orientations syn et anti. Ceci pourrait

indiquer une inversion progressive de l’orientation de ces unités.

Orientation relative déterminée via le spectre ROESY

δ 13C (ppm)

Δδ 1H (ppm)

Orientation relative déterminée via les δ

I-II indéterminée 35,7 0,6 intermédiaire II-III syn 31,7 1,0 syn III-IV anti 38,7 0,2 anti IV-V syn 26,2 0,5 indéterminée V-VI syn 32,2 1,0 syn VI-I indéterminée 35,6 0,6 intermédiaire

Tableau 5 : Orientation relative des unités aréniques de X6H2Bac3K 3 en solution dans le DMSO-d6 à 25°C déterminées sur base du spectre ROESY et sur base des déplacements chimiques 1H et 13C des

méthylènes pontants.

Enfin, le spectre RMN 1H montre que le δ 1H des deux groupes OH (unités phénoliques II et VI)

est supérieur à 14 ppm, indiquant que ces 1H sont engagés dans des liens H particulièrement forts. La

formation d’un lien H avec le groupement phénolate (unité I) pourrait expliquer un tel déblindage

ainsi que l’orientation particulière des unités VI , I et II.

Toutes ces considérations nous permettent d’estimer que la conformation du complexe

X6H2Bac3K 3 dans le DMSO est celle qui est représentée Figure 48.

48

Figure 48 : Conformation du squelette calixarénique du complexe X6H2Bac3K 3 dans le DMSO-d6 estimée à partir des données RMN.

Echanges conformationnels

Contrairement au complexe DMSO@X6HBac5, aucune corrélation de type EXSY n’est observable

dans le spectre ROESY relevé pour X6H2Bac3K 3. Pourtant les deux conformations énantiomères

doivent coexister et, a priori, s’interconvertir. Il est probable que cet échange soit trop lent à 25°C

pour pouvoir être observé par RMN. Une raison possible est que la rotation des unités aréniques soit

dépendante de l’échange in-out de l’invité (ici K+), comme suggéré précédemment pour le complexe

DMSO@X6HBac5. Il est en effet raisonnable de penser que le temps de vie de la paire d’ions

X6H2Bac3– K+ est supérieur au temps de résidence du DMSO dans le complexe DMSO@X6HBac.

Etude du calixarène X6H3Bac3

Comme nous l’avons évoqué plus haut, le passage sur colonne de silice du complexe X6H2Bac3K 3

entraîne a priori la protonation et la démétallation de celui-ci. En effet, le composé obtenu possède

le même Rf et présente un spectre de masse très similaire à 3. Des études RMN 1H du composé 3

après passage sur colonne ont été réalisées afin d’identifier le produit obtenu et de confirmer notre

hypothèse. Des spectres ont été relevés dans le CDCl3 (25°C, 300 MHz) seul et en présence de

TMABARF, NaBARF, DMSO, IMI ou K2CO3. Le spectre seul présente une espèce majoritaire

accompagnée de nombreux signaux larges (annexe Figure A12). Aucun changement n’a pu être

observé suite aux ajouts de TMABARF, NaBARF et DMSO. Le spectre en présence d’IMI présente des

signaux larges et n’est pas adéquat pour l’interprétation. Le spectre relevé en présence de K2CO3

évolue très lentement vers la formation du complexe potassique X6H2Bac3K 3 (après plusieurs jours

sous agitation à 40°C). Ceci permet de clairement confirmer que le complexe 3 subit une

démétallation et probablement la protonation du phénolate pour former le p-tBu-calix[6]arène-

1,2,3-tris-Bac (ou X6H3Bac3) lors du passage sur silice.

49

III.2.3 Application du X6H2Bac3K 3 Maintenant que la synthèse du composé 3 a été optimisée et qu’il a été identifié, nous pouvons

nous pencher sur ses applications potentielles.

Tout comme le X6HBac5 2, le complexe X6H2Bac3K 3 est intéressant :

1) Comme précurseur de boites moléculaires.

2) Comme plateforme calix[6]arénique protégée sélectivement par des Bac en positions 1,2,3.

Il présente toutefois un intérêt supplémentaire car il comporte une fonction phénolate

sélectivement localisée en position 5 (d’après les études RMN dans le DMSO-d6). Cette position étant

activée par rapport aux deux groupes phénoliques en positions 4 et 6, il est donc possible d’envisager

une mono-fonctionnalisation régio-sélective en position 5 par substitution nucléophile sur un réactif

électrophile adapté. Ceci peut a priori permettre de synthétiser sélectivement des calix[6]arènes

possédant un degré de fonctionnalisation extrêmement sophistiqué sur le petit col. Afin de tester

cette application et la valider, une synthèse en 4 étapes d’un calixarène sélectivement fonctionnalisé

a été envisagée (i.e. X6H3Boc2Tf 8, Figure 49). Il faut savoir qu’aucune méthodologie ne permet

actuellement de préparer sélectivement des calixarènes aussi complexes que le composé 8 visé.

Figure 49 : Plan pour la synthèse sélective du calix[6]arène-1,3-difonctionnalisé-2-monofonctionnalisé 8.

50

Synthèse et étude du X6H2Bac3Tf 6

La première étape consiste en la réaction du complexe X6H2Bac3K 3 avec l’anhydride triflique

(Tf2O ; 1,1 équiv.) afin de produire le composé X6H2Bac3Tf 6 (Figure 50). La réaction est extrêmement

rapide (< 20 min) et reproductible. Le milieu réactionnel a été lavé à l’eau et la phase organique

évaporée sous vide.

Figure 50 : Schéma de synthèse du X6H2Bac3Tf 6.

Le produit de réaction ne présente qu’une seule tache en CCM (éluant : DCM) et l’analyse par

ESI-MS a montré très majoritairement des signaux correspondants au produit 6 attendu (Figure 51).

Similairement aux composés précédemment étudiés, les expériences MS-MS montrent que les

signaux minoritaires peuvent correspondre à des produits générés dans les conditions d’analyse.

Figure 51 : Spectre de masse du X6H2Bac3Tf 6.


Les analyses par RMN 1H et 19F dans le CDCl3, C6D6 et DMSO-d6 n’ont cependant pas permis

d’identifier clairement le produit 6 car les spectres présentent de très nombreux signaux et sont donc

difficiles à interpréter (spectre 1H présenté en Partie expérimentale). Comme décrit précédemment,

ces nombreux signaux peuvent appartenir à de multiples conformations du composé 6. Ces analyses

ont tout de même permis de confirmer l’absence du substrat de départ et/ou de sa forme protonée

X6H3Bac3.

Comme nous le verrons par la suite, le produit 6 obtenu a ensuite été utilisé pour synthétiser

avec succès le produit 7, ce qui a permis de confirmer la structure du produit 6 comme étant celle

attendue (i.e. le régioisomère 1,2,3-tris-Bac-5-mono-triflate). Ceci a également permis d’estimer la

pureté du composé 6 et donc le rendement de la synthèse à >94% (vide infra).

0

10

20

30

40

50

I n t e n s i t y ( 1 0 ^ 6 )

1424.33

[X6H3Bac3 + Na]+

1292.47 [X6H4BacTf + H]+

1204.07

[X6H2Bac3Tf + NH4]+

1419.13

[X6H5Tf + H]+

1105.07

1000 m/z

Intensity (10^6)

1100 1200 1300 1400 1500

[X6H2Bac3Tf + Na]+

1424.33

[X6H2Bac3Tf + K]+

1440.13

51

Tous ces résultats montrent que la synthèse du produit 6 est hautement sélective et valide la

possibilité d’utiliser le X6H2Bac3K 3 comme calix[6]arène activé régio-sélectivement sur le phénolate

en position 5.

Synthèse et étude du X6Bac3Boc2Tf 7

La seconde étape de la synthèse a consisté en la réaction du composé 6 obtenu avec l’anhydride

Boc (Boc2O ; 5 équiv.) en présence de DMAP (5 équiv.) (Figure 52). La réaction a été suivie par CCM,

ESI-MS et RMN. Le brut réactionnel a été filtré sur silice (éluant : DCM) et le solide obtenu présente 2

taches en CCM (éluant : DCM) : l’une correspondant au produit de la réaction (Rf = 0,29) et l’autre à

la DMAP (Rf = 0). Ceci indique qu’il y a très probablement coélution de la DMAP avec le produit de

réaction 7 sur gel de silice.

Figure 52 : Schéma de synthèse du X6Bac3Boc2Tf 7.

L’analyse par ESI-MS du produit obtenu a montré très majoritairement des signaux

correspondants au produit 7 attendu (Figure 53). Similairement aux composés précédemment

étudiés, les expériences MS-MS montrent que les signaux minoritaires peuvent correspondre à des

produits générés dans les conditions d’analyse.

Figure 53 : Spectre de masse du X6Bac3Boc2Tf 7. isoBu = isobutène.


Les spectres RMN 1H du produit obtenu relevés dans le CDCl3, C2D2Cl4 et le C6D6 présentent tous

une espèce calixarénique asymétrique très majoritaire accompagnée de signaux minoritaires dans

des proportions variables d’un solvant à l’autre (Figure 54). Ceci montre que ces signaux minoritaires

correspondent a priori à des conformations différentes de la conformation majoritaire adoptée par le

produit 7. Chacun de ces spectres présente des signaux dans la région des champs forts indiquant

qu’il y a très probablement auto-inclusion d’un groupe tBu. Un spectre a été relevé dans le CD2Cl2

0

2

4

6

8

10

12

14

[X6Bac3Boc2Tf + K]

+

1640.13

[X6Bac3Boc2Tf + Na]+

1624.33

[X6Bac3Boc2Tf -

isoBu + Na]

+

1568.20

[X6HBac3BocTf -

isoBu + Na]

+

1468.33 [X6H2Bac3Tf + Na]+

1424.47

[X6H4BacTf + H]+

1204.00

[X6H5Tf + H]+

1105.07

[X6Bac3Boc2Tf + NH4]+

1619.33

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 m/z

Intensity (10^6)

52

dans le but d’observer la conformation 1,3,5-alternée incluant du CD2Cl2 comme dans le cas du

X6Boc6. Cependant le spectre obtenu présente de très nombreux signaux, indiquant un mélange de

conformations en échange lent à l’échelle de temps spectrale.

Figure 54 : Spectres 1H du X6Bac3Boc2Tf 7 dans CDCl3 (a), C2D2Cl4 (b) et C6D6 (c) (25°C, 600 MHz).

S = Solvant (a : CHCl3, b : C2HDCl4, c : C6HD5), w = Eau, * = DMAP.

Le choix pour l’analyse détaillée par RMN s’est porté sur le spectre dans le C2D2Cl4 (Figure 54-b)

car celui-ci présente des signaux moins intenses pour les conformations minoritaires, une meilleure

résolution que dans le CDCl3 et un signal fin et intense dans la région des champs forts.

Analyse du X6Bac3Boc2Tf 7 dans le C2D2Cl4

Une analyse poussée par RMN 1H associée à des analyses RMN 2D (dqfCOSY, HSQC, HMBC,

ROESY) ont permis d’identifier le produit formé comme étant le composé 7 attendu avec une pureté

élevée. Ce résultat permet donc d’affirmer que la réaction précédente avait bien formé très

sélectivement le composé 6.

Le spectre 1H a pu être complètement attribué. Les notations sont définies dans la Figure 55 et

les agrandissements du spectre 1H attribué sont présentés dans la Figure 56.

53

Figure 55 : Notations utilisées pour l’attribution des signaux RMN 1H (en bleu) du composé

X6Bac3Boc2Tf 7 dans la conformation majoritaire observée en solution dans le C2D2Cl4.

Figure 56 : Agrandissements du spectre RMN 1H du calix[6]arène X6Bac3Boc2Tf 7 en solution dans

C2D2Cl4. Les signaux sont attribués suivant les notations définies dans la Figure 55. [X6Bac3Boc2Tf] = 8,4×10-3 M, [DMAP] = 1,7x10-2 M, 600 MHz, 25°C ; S = Solvant (C2HDCl4), w = Eau.

54

La méthodologie utilisée pour l’attribution du spectre 1H ainsi que des tableaux regroupant tous

les δ1H, δ13C et toutes les corrélations observées sur les spectres 2D sont présentés en annexe.

Les spectres indiquent que le composé X6Bac3Boc2Tf 7 ne possède aucun élément de symétrie

dans la conformation adoptée en solution (groupe ponctuel C1). Le spectre 1H de X6Bac3Boc2Tf 7

comprend donc 12 signaux pour les 1H aromatiques (Ar-H), 12 signaux pour les groupes méthylènes

pontants (ArCH2Ar), 3 signaux NH pour les groupes Bac, 6 signaux pour les groupes Ar-tBu, 3 signaux

tBu pour les groupes Bac (-C(CH3)3) et 2 signaux tBu pour les groupes Boc (-C(CH3)3).

Les signaux observés entre 6,8 et 7,5 ppm (Figure 56-a), sont attribués aux 1H aromatiques (Ar-H ;

12 H) car ils présentent une corrélation dans le spectre HSQC (1J) avec un signal 13C observés entre

123 ppm et 129 ppm (Ar-CH). On peut distinguer 6 signaux intégrant pour 1 Ar-H chacun, 2 signaux

superposés vers 7,35 ppm (2 Ar-H), 2 signaux superposés vers 7,39 ppm (2 Ar-H) et un système AB,

quasi singulet, vers 7,21 ppm (2 Ar-H). Ces signaux apparaissent, pour la plupart, comme des

doublets peu résolus. Cette multiplicité et la présence d’un système AB résultent du faible couplage

scalaire entre les deux 1H d’une même unité (couplage entre 1H en position méta l’un de l’autre ; 4J ≈

2 Hz).

Les signaux singulets observés entre 5,0 et 5,3 ppm (1 H chacun, Figure 56-b) ne présentent pas

de corrélation dans le spectre HSQC. Ils sont attribués aux groupes NH des groupes Bac car ils

présentent deux corrélations dans le spectre HMBC avec des signaux 13C aliphatiques : une

corrélation avec un carbone quaternaire (50 ppm < δ 13C < 52 ppm ; corrélation 2J NH-C(CH3)3) et une

corrélation avec des carbones primaires (28 ppm < δ 13C < 29 ppm ; corrélations 3J NH-C(CH3)3). Les

corrélations HMBC (2J) avec les signaux 13C des carbonyles ne sont pas observées.


observés entre 3,2 et 4,3 ppm (1 H pour chaque signal ; 14,4 Hz < Jgem < 16,2 Hz ; Figure 56-b) et 1

signal singulet intégrant pour 2 H à 3,50 ppm. Le spectre HSQC indique que le déplacement chimique 13C est compris entre 26 et 29 ppm pour 2 de ces groupes tandis qu’il est compris entre 34 et 36 pour

les autres.

Parmi les 10 signaux singulets observés entre 1,0 et 1,7 ppm, dont deux sont superposés (Figure

56-c), 6 sont attribués aux groupes Ar-tBu car ils présentent une corrélation dans le spectre HMBC

avec un signal de carbone quaternaire aromatique (146 ppm < δ 13C < 150 ppm ; corrélations 3J). Ils

présentent également une corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone quaternaire

aliphatique observé entre 33,5 et 34,5 ppm (corrélations 2J Ar-C(CH3)3). Le spectre HSQC indique que

le déplacement chimique 13C des groupes méthyles de Ar-tBu est compris entre 30 et 32 ppm. Des

corrélations HMBC 3J entre les signaux 1H et 13C de groupes méthyles d’un même groupe Ar-tBu sont

également observées (corrélations Ar-C(CH3)2CH3).

Similairement, 3 signaux singulets observés entre 1,0 et 1,7 ppm, dont un est superposé à un

signal Ar-tBu attribué ci-dessus (Figure 56-c), sont attribués aux tBu de groupes Bac car (i) ils ne

présentent pas de corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone quaternaire

aromatique et (ii) ils présentent une corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone

quaternaire aliphatique observé entre 50 et 52 ppm (corrélations 2J NH-C(CH3)3). Le spectre HSQC

indique que le déplacement chimique 13C des groupes méthyles de Bac est compris entre 28 et 29

55

ppm. Des corrélations HMBC 3J entre les signaux 1H et 13C de groupes méthyles d’un même groupe

Bac sont également observées (corrélations NH-C(CH3)2CH3).

Le dernier de ces signaux singulets, observé à 1,66 ppm, est attribué à un groupe Boc car (i) il ne

présente pas de corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone quaternaire aromatique

et (ii) il présente une corrélation dans le spectre HMBC avec un signal de carbone quaternaire

aliphatique observé à 83,6 ppm (corrélations 2J O-C(CH3)3). Le spectre HSQC indique que le

déplacement chimique 13C des groupes méthyles est 27,6 ppm. Une corrélation HMBC 3J entre les

signaux 1H et 13C de groupes méthyles du même groupe Boc est également observée (corrélations O-

C(CH3)2CH3).

Le signal singulet observé dans la région des champs forts, à -1,57 ppm (Figure 56-c), est attribué

au deuxième groupe Boc pour les mêmes raisons que le premier. Le δ 13C du carbone quaternaire

aliphatique est 82,8 ppm (O-C(CH3)3) ; celui des groupes méthyles est 22,8 ppm. Le δ 1H de ce signal

s’explique par l’autoinclusion de ce groupe Boc qui induit un blindage de 3,23 ppm par rapport au

signal de l’autre groupe Boc.

Conformation et échanges conformationnels du X6Bac3Boc2Tf 7 dans le C2D2Cl4

De très nombreuses corrélations de type NOE sont observables sur le spectre ROESY. Par souci de

clarté, seules les corrélations utiles à la détermination de la conformation sont représentées dans la

Figure 57. Toutes les corrélations sont présentées en annexe.

Figure 57 : NOEs observés sur le spectre ROESY du X6Bac3Boc2Tf 7 dans le C2D2Cl4.

56

Ces nombreuses corrélations indiquent clairement que le X6Bac3Boc2Tf 7 adopte une

conformation 1,3-alternée-5-incluse dans le C2D2Cl4 (Figure 58). Cette conformation est identique à

celle observée pour le X6Boc6 dans le même solvant.

Figure 58 : Estimation sur base de la RMN de la conformation majoritaire adoptée par le

X6Bac3Boc2Tf 7 dans le C2D2Cl4 à 25°C. L’unité en rouge porte le groupement Boc autoinclus.

Le spectre ROESY présente une corrélation de type EXSY de faible intensité entre les signaux 1H

des deux groupes Boc, ce qui confirme l’attribution de ces signaux singulets. A priori, cette

corrélation témoigne de l’interconversion lente entre les deux énantiomères de X6Bac3Boc2Tf 7,

comme déjà discuté pour les calix[6]arènes X6HBac5 2 et X6H2Bac3K 3. Cependant, aucune autre

corrélation EXSY n’est détectée entre les signaux de l’espèce majoritaire. Les corrélations EXSY entre

les signaux des autres paires de groupes tBu, qui devraient être observées au voisinage de la

diagonale entre 1,0 à 1,7 ppm, sont probablement masquées par le pied des signaux présents sur

cette diagonale et/ou par des lignes de bruit t1. Les signaux des groupes Ar-H et CH2 sont, par

rapport aux signaux des groupes tBu, de trop faible intensité pour que les corrélations EXSY

attendues puissent être discernées du bruit de fond. Relever un spectre ROESY à plus haute

température permettrait en principe de détecter ces corrélations EXSY. Ceci n’a pas été réalisé en

raison du risque de décomposition thermique des groupements Boc.

Des signaux de faible intensité sont observables dans les diverses régions du spectre 1H. Ce sont

soit des signaux d’impuretés soit des signaux d’une ou plusieurs conformations minoritaires du

X6Bac3Boc2Tf 7. Ces signaux présentent de nombreuses corrélations de type EXSY dans le spectre

ROESY, révélant un (ou des) processus dynamique(s) d’échange plus rapide(s) que l’interconversion

entre les 2 enantiomères de X6Bac3Boc2Tf 7 évoquée ci-dessus. Certains signaux de faible intensité

bien résolus présentent une corrélation EXSY avec un signal qui, apparemment, serait un signal de

l’espèce majoritaire X6Bac3Boc2Tf 7. Ceci indiquerait que ces signaux de faible intensité

correspondent à une autre conformation de la même espèce et non à une impureté. Il ne peut

toutefois pas être exclu qu’un signal de faible intensité d’impureté soit masqué par un signal de

X6Bac3Boc2Tf 7. Néanmoins, il est fort probable que certains de ces signaux de faible intensité

appartiennent à des conformations minoritaires car leur intensité relative, par rapport celle des

signaux de la conformation majoritaire, varient suivant le solvant utilisé (C2D2Cl4, CDCl3, CD2Cl2 et

C6D6).

57

Pureté, rendement et applications du X6Bac3Boc2Tf 7

Comme indiqué plus haut, le produit 7 a été purifié par filtration sur silice. Cependant, bien que

la DMAP soit beaucoup plus polaire, le spectre RMN 1H indique la présence de 2 équiv. de DMAP

dans l’échantillon purifié de 7. Ceci peut être rationalisé par le fait que la DMAP coélue avec le

calixarène 7 ; le produit obtenu à l’état solide serait dés lors X6Bac3Boc2Tf · 2 DMAP. Ce type

d’association entre les calix[n]arènes et des composés aromatiques est bien connue dans la

littérature. 18, 19, 20

Sur cette base, et en faisant l’hypothèse que les signaux de faible intensité correspondent à des

conformations minoritaires de 7, la pureté de l’échantillon analysé est proche de 100%. Le

rendement serait alors 99%. Par précaution nous ne nous baserons que sur les signaux attribués à la

conformation majoritaire pour estimer une limite inférieure de 95% pour la pureté de l’échantillon et

de 94% pour les rendements des synthèses des composés 6 et 7.

Le X6Bac3Boc2Tf 7, étant substitué par 6 groupements encombrants sur le petit col, parait être un

excellent candidat comme boite moléculaire capable de complexer des gaz en solution. De plus, il

comporte 3 types de fonctions différentes et il est ainsi possible d’envisager des interactions variées

avec d’éventuels invités. Cependant, faute de temps, aucune étude hôte-invité n’a été faite dans le

cadre de ce mémoire.

Synthèse et étude du X6H3Boc2Tf 8

Finalement, la dernière étape de la déprotection des groupes PhOBac du composé 7 a été testée.

Cette déprotection peut-être faite en milieu basique comme observé précédemment sur le X6HBac5

2. Le problème qui se pose dans ce cas ci est que la déprotection des PhOBoc peut se faire en milieu

acide, basique et à haute température. 21 Il y a donc un risque de déprotection des phénols portant

les groupements Bac et de ceux portant les groupements Boc.

Cependant, une étude a montré que les phénols protégés par Bocation se déprotègent moins

facilement en milieu basique lorsqu’ils (i) sont encombrés, en raison du manque d’accès au groupe

carbonyle pour l’attaque de la base, et (ii) portent des groupements électrodonneurs, car ceux-ci

stabilisent le carbonyle en diminuant l’électrodéficience du carbone. 21

Le composé 7 présente un fort encombrement stérique de par la plateforme moléculaire et des

tBu électrodonneurs par effet inductif en para des groupements –OBoc. A priori, les conditions sont

donc défavorables pour la « déBocation » en milieu basique. La base sélectionnée pour la

« déBacation » a été tBuOK pour accentuer la gêne stérique et limiter au maximum les risques de

« déBocation » (Figure 59). Après réaction suivie par CCM, le produit a été filtré sur silice pour

éliminer le tBuOK excédentaire.

18

Schatz, J.; Schildbach, F.; Lentz, A.; Rastatter, S. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2: Phys. Org. Chem. 1998, 75-78 19

Atwood, J. L.; Barbour, L. J.; Jerga, A.; Schottel, B. L. Science (Washington, DC, United States) 2002, 298, 1000-1002 20

Andreetti, G. D.; Ungaro, R.; Pochini, A. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 1005-1007 21

Nakamura, K.; Nakajima, T.; Kayahara, H.; Nomura, E.; Taniguchi, H. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 495-499

58

Figure 59 : Schéma de synthèse du X6H3Boc2Tf 8.

Le spectre de masse du produit obtenu présente majoritairement des signaux correspondant au

composé 8 désiré mais également des signaux correspondant au composé [8 + Boc - H] (Figure 60).

Un tel phénomène avait déjà été observé dans le cas du X6Boc6 et du X6Bac5Boc 5 et n’avait pas

clairement été rationalisé. Aucun signal correspondant à un composé portant un groupe –OBac n’a

été observé confirmant clairement que la « déBacation » a bien eu lieu.

Figure 60 : Spectre de masse du produit 8. isoBu = isobutène. Solution ~10-5M dans DCM/MeOH 1:1, 160°C, mode positif.

Les analyses par RMN 1H et 19F n’ont pas permis de caractériser le composé 8. En effet, les

spectres relevés dans le CDCl3 présentent de très nombreux signaux larges et peu résolus (voir Partie

expérimentale). On notera qu’aucun signal ne peut être observé vers 5 ppm, la zone habituelle de δ

pour les groupes NH de Bac non impliqués dans des liens H. Cette absence de signal est en accord

avec la spectrométrie de masse qui n’a révélé aucun calixarène portant un groupement –OBac.

L’ajout d’IMI et de DMSO n’a causé aucun changement notable. Faute de temps, des essais dans

d’autres solvants, l’ajout d’autres types d’invités potentiels ou des expériences à température

variable n’ont pu être réalisés dans le cadre de ce mémoire.

Néanmoins, les analyses par CCM, RMN et de spectrométrie de masse en notre possession

semblent indiquer la formation sélective du composé 8. Le calcul d’un rendement est cependant

encore prématuré et nécessite l’obtention d’un spectre RMN interprétable.

En conclusion, les applications proposées pour le X6H2Bac3K 3 ont pu être validées : mono-

fonctionnalisation régio-sélective du phénolate suivie d’une di-fonctionnalisation sélective des

phénols restants, développement de boites moléculaires calix[6]aréniques et « déBacation »

sélective.

1000 1100 1200 1300 1400 m/z

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

[X6H3Boc2Tf + Boc – H + Na]

+

1427.27

[X6H3Boc2Tf + NH4]+

1322.27

[X6H3Boc2Tf + K]+

1343.27

[X6H3Boc2Tf + Na]+

1327.13

[X6H3Boc2Tf -

isoBu + Na]

+

1271.13

[X6H4BocTf -

isoBu + Na]

+

1171.20 [X6H5Tf + H]

+

1105.33

Intensity (10^6)

59

IV. Conclusion

En conclusion, les objectifs principaux de ce mémoire ont été atteints :

Identifier la structure des deux calix[6]arènes carbamates X6HBac5 2 et X6H2Bac3K 3.

Optimiser leur synthèse pour les rendre hautement sélectives.

Synthètiser efficacement plusieurs nouvelles boites moléculaires calix[6]aréniques (X6Bac5Ac

4, X6Bac5Boc 5 et X6Bac3Boc2Tf 7).

Au cours de ce mémoire, la spectroscopie de RMN s’est révélée être un formidable outil pour la

caractérisation de structures calixaréniques très complexes car adoptant des conformations

asymétriques (C1) : DMSO@X6HBac5, X6H2Bac3K 3 et X6Bac3Boc2Tf 7. La combinaison des différentes

analyses RMN 1D et 2D a même permis d’estimer (voire déterminer) les conformations adoptées en

solution par ces composés, et ceci avec une grande précision comme le montre la structure RX du

DMSO@X6HBac5 quasiment identique à une structure modélisée sur base des données RMN.

Trois structures RX ont été obtenues (deux pour X6HBac5 2 et une pour DMSO@X6HBac5),

notamment grâce à la faculté du X6HBac5 2 à former aisément des monocristaux. Ceci est de bonne

augure dans l’objectif d’utiliser ce type de composés comme boite moléculaire à l’état solide. Les

structures RX ont permis, d’une part, de confirmer la conformation du complexe DMSO@X6HBac5

déterminée par RMN et, d’autre part, de résoudre les interrogations liées au phénomène de

superposition observé pour les cristaux de X6HBac5 2.

En plus des objectifs visés au début de ce travail, ce mémoire a également permis de valider un

nouveau concept consistant à utiliser le groupe Bac comme groupement protecteur pour les phénols

de calix[6]arènes. En effet, avec ce type de groupement, il est possible de former très sélectivement

certains régio-isomères pour ensuite post-fonctionnaliser les unités phénoliques restantes et, enfin,

déprotéger sélectivement les unités portant un groupe Bac.

La preuve du concept a pu être validée puisque des calix[6]arènes parmi les plus sophistiqués

connus à ce jour au niveau de la fonctionnalisation ont pu être synthétisés très sélectivement

(X6H2Bac3Tf 6, X6Bac3Boc2Tf 7 et probablement X6H3Boc2Tf 8 qui doit cependant encore être identifié

avec certitude).

Tout ceci montre que l’utilisation du groupe Bac présente un immense potentiel pour la

fonctionnalisation sélective de calix[6]arènes mais pourrait également être étendue à d’autres types

de récepteurs comportants des unités phénoliques (calix[n]arènes, résorcinarènes,

cyclotrivératrilènes). Ce travail présente donc un intérêt certain pour une large proportion de

chimistes travaillant dans le domaine des récepteurs moléculaires.

60

V. Perspectives

Au cours de ce mémoire, de nombreuses applications ont été envisagées pour les composés

synthétisés. Cependant, faute de temps, certaines n’ont pas pu être validées et constituent donc des

objectifs actuels au sein du LCO :

Etudier le piégeage de gaz à l’état solide pour les boites moléculaires calix[6]aréniques (i.e.

X6Bac5Ac 4, X6Bac5Boc 5 et X6Bac3Boc2Tf 7).

Etudier les propriétés hôte-invité en solution des calixarènes synthétisés au cours de ce

mémoire.

Confirmer l’hypothèse émise pour la formation sélective du X6HBac5 2 et, de manière

générale, le mécanisme d’addition d’isocyanates sur calixarènes.

Si l’hypothèse émise sur le mécanisme d’addition d’isocyanates sur calixarènes se confirme, alors

de nombreuses autres perspectives sont envisageables pour la fonctionnalisation sélective du petit

col des calixarènes. Un exemple de ces perspectives est présenté dans la Figure 61 : une voie de

synthèse qui permettrait de former des calix[6]arènes à chiralité inhérente à partir d’un

calix[6]arène-1,3,5-tris-fonctionnalisé (e.g. X6H3Me3) par cycles successifs de « Bacation »,

fonctionnalisation du phénol restant, « déBacation ».

Figure 61 : Exemple de voie de synthèse sélective pour des calix[6]arènes

présentant une chiralité inhérente.

De plus, les fonctions sur le petit col des calixarènes peuvent induire une fonctionnalisation

régio-sélective au niveau du grand col. 22 Par conséquent, toutes ces possibilités de fonctionnalisation

sélective du petit col peuvent amener à autant de fonctionnalisations sélectives du grand col.

A nouveau, si l’hypothèse mentionnée plus haut se confirme, il serait alors possible d’étendre le

concept à la plupart des plateformes moléculaires actuelles qui sont souvent des dérivés

polyphénoliques (calix[n]arènes, résorcinarènes, cyclotriveratrilènes, etc.).

22

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61

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62

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(20) Andreetti, G. D.; Ungaro, R.; Pochini, A. Crystal and molecular structure of cyclo{quater[(5-t-butyl-2-hydroxy-1,3-phenylene)methylene]} toluene (1  : 1) clathrate. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 1005-1007

(21) Nakamura, K.; Nakajima, T.; Kayahara, H.; Nomura, E.; Taniguchi, H. Base-labile tert-butoxycarbonyl (Boc) group on phenols. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 495-499

(22) Lejeune, M.; Picron, J.-F.; Mattiuzzi, A.; Lascaux, A.; Cesco, S. De; Brugnara, A.; Thiabaud, G.; Darbost, U.; Coquière, D.; Colasson, B.; Reinaud, O.; Jabin, I. Ipso-Nitration of Calix[6]azacryptands: Intriguing Effect of the Small Rim Capping Pattern on the Large Rim Substitution Selectivity. J. Org. Chem. 2012, 77, 3838-3845

(23) Fulmer, G. R.; Miller, A. J. M.; Sherden, N. H.; Gottlieb, H. E.; Nudelman, A.; Stoltz, B. M.; Bercaw, J. E.; Goldberg, K. I. NMR Chemical Shifts of Trace Impurities: Common Laboratory Solvents, Organics, and Gases in Deuterated Solvents Relevant to the Organometallic Chemist. Organometallics 2010, 29, 2176-2179

63

VII. Annexes

VII.1 Méthodologie pour la caractérisation de calix[6]arènes

asymétriques par spectroscopie de RMN Au cours de ce mémoire, 3 calix[6]arènes adoptant une conformation asymétrique ont été

caractérisés par spectroscopie de RMN. Ces 3 caractérisations suivent une procédure très similaire

qui, a priori, est applicable à tout p-tBu-calix[6]arène asymétrique pour autant que le spectre 1H

présente des signaux fins et résolus correspondant à une conformation largement majoritaire (cf.

Introduction). Quelques adaptations permettraient d’appliquer cette méthodologie à tout calixarène

asymétrique.

La procédure exploite le spectre 1H à 1D, les spectres à 2D homonucléaires 1H-1H de type

dqfCOSY et ROESY (temps de mélange fixé à 400 ms) ainsi que les spectres à 2D hétéronucléaires 1H-13C de type HSQC édité et HMBC 8Hz. Les spectres à 2D ont été relevés avec une résolution élevée

pour la seconde dimension (512 incréments selon t1). La procédure n’exploite pas de spectres 13C à

1D. Les déplacements chimiques 13C sont déterminés indirectement via les spectres HSQC édités

et/ou HMBC. Ces spectres permettent aussi d’identifier le déplacement chimique de carbones

quaternaires (détectés dans le spectre HMBC mais pas dans le spectre HSQC édité), secondaires

(signal de corrélation négatif dans le spectre HSQC édité) et tertiaires ou primaires (signal de

corrélation positif dans le spectre HSQC édité). Notons que les corrélations HSQC et, en particulier,

HMBC peuvent ne pas être détectées si le signal 1H (ou 13C) est large.

De manière générale, la caractérisation de calix[6]arènes adoptant une conformation

asymétrique nécessite :

1) l’identification des signaux 1H des différents types de groupes (Ar-H, CH2, tBu et autres

groupes présents tels que OH, NH …) et, quand c’est pertinent et possible, l’identification des

signaux 13C ;

2) l’identification des signaux 1H/13C des différentes unités ;

3) l’identification des signaux 1H/13C d’unités adjacentes ;

4) la caractérisation de l’orientation relative des unités adjacentes ;

5) la discussion des processus dynamiques d’échange qui seraient éventuellement détectés.

Il peut être nécessaire d’exploiter différents spectres ou données RMN pour chacune de ces

étapes. Par exemple, l’identification des signaux 1H des groupes tBu exploite le spectre 1H

(déplacement chimique, intégrale, multiplicité) et, dans le cas des composés étudiés, le spectre HSQC

mais surtout le spectre HMBC afin de déterminer s’il s’agit d’un signal de type Ar-tBu, tBu de Bac, ou

tBu de Boc. Les caractéristiques typiques des signaux RMN des différents groupes, observées dans le

cadre de ce mémoire, sont présentées ci-dessous.

64

Groupe δ 1H

(ppm) multiplicité

J (Hz)

δ 13C (ppm)

ArCH2Ar 2,9 – 4,8 d 12,6 – 17,4 26 – 39

Bac CH3 1,2 – 1,6 s - 28 – 30

Bac C - - - 49 – 52

Bac NH 5,0 – 8,2 s - -

Bac CO - - - n.d.

Boc CH3 -1,57 – 1,66 s - 22 – 28

Boc C - - - 82 – 84

Boc CO - - - n.d.

OH 8,7 – 14,8 s - -

Ar-C 1 - - - 142 – 158

Ar-C 2,6 - - - 123 – 153

Ar-CH 3,5 6,5 – 7,9 d ~ 2 122 – 129

Ar-C 4 - - - 134 – 150

Ar-tBu C - - - 33 – 35

Ar-tBu CH3 1,0 – 1,5 s - 30 – 33

s : singulet ; d : doublet (éventuellement système AB, voire quasi singulet) ; n.d. : non déterminé Ces données sont issues de l’interprétation des spectres du complexe DMSO@X6HBac5 2 (C6D6, 25°C), du complexe potassique X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C) et du calixarène X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C).

Les principales informations issues des spectres à 2D sont décrites dans les pages qui suivent en

prenant comme exemple le complexe DMSO@X6HBac5 en solution dans le C6D6 ; les spectres

présentés à titre d’illustration ont été relevés à 14,1T (600 MHz pour le 1H) et 25°C.

Analyse du spectre dqfCOSY

Le spectre dqfCOSY permet d’identifier aisément les signaux des paires de 1H méthyléniques

(paires de 1H géminés diastéréotopiques des groupes ArCH2Ar) via des corrélations intenses de type 2J. Cette identification peut aussi être réalisée via le spectre HSQC et confirmée par le spectre HMBC

(vide infra).

Le spectre dqfCOSY permet aussi d’identifier les signaux des deux 1H des unités aréniques

(groupes Ar-CH 3,5) via des corrélations, de plus faible intensité, de type 4J. Cette identification peut

être confirmée par le spectre HMBC (vide infra).

Des corrélations de (très) faible intensité peuvent être observées entre des signaux 1H de

méthylènes pontants et des signaux de 1H aromatiques. Elles peuvent correspondre à des couplages

en 4J mais également en 6J ; l’intensité des corrélations ne permet pas d’établir s’il s’agit d’un

couplage de type 4J ou 6J. Ces corrélations peuvent toutefois être exploitées pour identifier les

signaux des groupes méthylènes liés à chaque unité arénique (connectivité CH2 – Ar – CH2) et/ou

confirmer cette identification basée sur le spectre HMBC (vide infra).

Quelques conclusions issues du spectre dqfCOSY du complexe DMSO@X6HBac5 sont présentées

ci-dessous, à titre d’exemple.

65

(a)

(b)

(c) (d)

Régions du spectre dqfCOSY du complexe DMSO@X6HBac5.

Les 1H aromatiques dont les signaux sont observés à 6,88 et 6,92 ppm appartiennent à la même unité arénique

(cf. région c).

Cette unité arénique est pontée par des groupes méthylènes dont les signaux sont observés à 3,33 ppm, 3,88

ppm et 4,48 ppm (cf. région a). Notons que les 2 signaux aromatiques de l’unité sont corrélés avec ces 3

signaux méthyléniques, ce qui implique qu’au moins une de ces corrélations est de type 6J. D’autre part, au

moins une corrélation 4J n’est pas détectée puisque le signal d’un des 4

1H méthyléniques n’est pas impliqué.

Les 1H méthyléniques dont les signaux sont observés à 3,88 et 4,48 ppm sont géminés (cf. région b) ; ce sont les

signaux d’un des 2 groupes pontants. Il en est de même pour les signaux observés à 3,33 et 4,30 ppm ; ce sont

les signaux de l’autre groupe méthylène pontant.

Le spectre dqfCOSY conduit donc à l’attribution partielle représentée ci-contre.

66

Analyse du spectre HSQC édité

Le spectre HSQC révèle les couplages scalaires 1J 1H-13C ; il permet donc d’identifier les signaux 1H

des groupes CH3, CH2 et CH, de déterminer le δ 13C de ces groupes et, le cas échéant, de résoudre des

massifs de signaux 1H superposés. Il permet d’identifier aisément les paires de 1H diastéréotopiques

(ArCH2Ar) et ainsi de confirmer les conclusions issues de l’analyse du spectre dqfCOSY. L’absence de

corrélation peut être exploitée pour identifier les signaux de 1H liés à des hétéro-atomes (OH de

phénols et NH de groupes Bac, dans les cas étudiés). Le δ 13C des méthylènes pontants donne des

indications sur la conformation adoptée par le calixarène (cf. introduction). Les δ 13C peuvent être

utilisés pour distinguer les signaux 1H des groupes Ar-tBu de ceux des groupes tBu de Bac et/ou de

Boc ; cette attribution doit toutefois être confirmée, voire complétée, par le spectre HMBC (vide

infra). On notera que, malgré la calibration, les δ 13C peuvent légèrement varier entre les spectres

HSQC et HMBC. Il convient donc de vérifier la différence de δ 13C entre ces deux spectres.

Régions du spectre HSQC édité du complexe DMSO@X6HBac5.

S = Solvant

3 signaux 1H sont superposés à

7,19 ppm.

La forme des signaux de corrélation permet de détecter les (quasi) superpositions qui ne sont pas résolues (*).

Les 1H aromatiques observés à

6,88 et 6,92 ppm sont liés à des carbones de δ

13C = 124,6 et 122,9

ppm, respectivement.

Les 1H méthyléniques observés à

3,88 et 4,48 ppm sont géminés ; le δ

13C de ce groupe CH2 est 29,6

ppm.

Il en est de même pour les 1H

observés à 3,33 et 4,30 ppm ; le δ

13C de ce groupe CH2 est 31,6

ppm.

Ceci permet de compléter l’attribution :

S

CH3 → {

} ← CH3 tBu de Bac

Ar-tBu

ArCH2Ar

Ar-CH

*

*

*

*

*

67

Analyse du spectre HMBC 8Hz

Le spectre HMBC révèle les couplages scalaires 1H-13C au travers de plusieurs liaisons,

typiquement 2 et/ou 3 ; il permet ainsi de déterminer le δ 13C des carbones quaternaires premier ou

second voisins de groupes protonés (CHn, OH, NH …) et d’identifier la connectivité. Un grand nombre

de corrélations peuvent être observées et exploitées pour les étapes 1, 2 et 3 énoncées

précédemment.

Comme évoqué plus haut, le spectre HMBC permet de distinguer les signaux 1H des groupes tBu

de type Ar-tBu (corrélation 3J avec un carbone quaternaire aromatique de δ 13C > 130 ppm, i.e. Ar-C

4), tBu de Bac (corrélation 2J avec un carbone quaternaire aliphatique de δ 13C ≈ 50 ppm) et tBu de

Boc (corrélation 2J avec un carbone quaternaire aliphatique de δ 13C ≈ 80 ppm).

Région du spectre HMBC 8Hz du complexe DMSO@X6HBac5. * signaux de corrélations superposés.

Le signal 1H à 1,055 ppm est celui d’un groupe Ar-tBu : δ

13C est estimé à 31,6 ppm pour -C(CH3)3 (cf. HSQC),

34,3 ppm pour -C(CH3) et 146,5 ppm pour Ar-C 4. Le signal à 1,07 ppm est également celui d’un groupe Ar-tBu.

Le signal 1H à 1,260 ppm est celui d’un groupe tBu de Bac : δ

13C est estimé à 28,8 ppm pour -C(CH3)3 (cf. HSQC)

et 50,7 ppm pour -C(CH3). Le signal 1H à 1,265 ppm est celui d’un groupe Ar-tBu.

Comme évoqué plus haut également, le spectre HMBC permet de confirmer

l’identification des signaux 1H des différentes unités aréniques (corrélation 3J

entre Ar-CH 3 et Ar-CH 5 mais aussi entre Ar-CH 5 et Ar-CH 3 ; ceci n’est pas

illustré).

} ← -C(CH3)3

-C(CH3)3 → {

Ar-tBu

Ar-C4–C(CH3)3 Ar-tBu

*

*

tBu de Bac

*

*

*

68

Les 2 1H aréniques de chaque unité présentent une corrélation avec un même

carbone aliphatique, i.e. le carbone quaternaire du groupe tBu de l’unité (corrélation 3J entre Ar-CH

et Ar-C(CH3)3). Généralement, ces corrélations ne permettent pas de distinguer les différents groupes

Ar-tBu car le δ 13C de leur carbone quaternaire varie très peu (δ 13C ≈ 34 ppm). Les groupes Ar-tBu

peuvent être attribués à l’aide du spectre ROESY (vide infra).

Les 2 1H aréniques de chaque unité présentent une seconde corrélation avec un carbone

aliphatique qui, cette fois, n’est pas le même pour les 2 1H : il s’agit du carbone des groupes

méthylènes pontants (corrélation 3J entre Ar-CH et ArCH2Ar). Ces corrélations permettent d’identifier

(ou confirmer) la connectivité CH2 – Ar – CH2 sans ambiguïté sur l’attribution des 1H aréniques. Ceci

peut être confirmé sur base des corrélations 3J entre, cette fois, les 1H des groupes méthylènes

pontants et le carbone Ar-CH (corrélation 3J entre ArCH2Ar et Ar-CH).

Région du spectre HMBC 8Hz du complexe DMSO@X6HBac5. * signaux de corrélations superposés.

Les 1H aromatiques observés à 6,88 et 6,92 ppm sont couplés

scalairement aux carbones méthyléniques de δ 13

C = 31,6 et 29,6 ppm, respectivement (corrélations HMBC en

3J). Ceci permet de

compléter l’attribution, comme indiqué ci-contre.

Typiquement, les corrélations de type 2J entre les 1H aréniques et les 2

carbones quaternaires voisins (Ar-C 2 et Ar-C 4 ou Ar-C 6 et Ar-C 4) ne sont pas

détectées dans le spectre HMBC 8Hz. Le δ 13C du carbone Ar-C 4 peut être

déterminé via la corrélation 3J à partir des 1H du groupe tBu (vide supra). Les

corrélations de type 2J à partir des 1H méthyléniques ne sont pas toujours

observées ; le δ 13C des carbones Ar-C 2 et Ar-C 6 peut dès lors rester indéterminé.

A priori, un spectre HMBC 5Hz devrait permettre d’observer ces corrélations 2J et ainsi de compléter

l’attribution. Notons que la présence d’un groupe hydroxyle (R = H) permet, en principe, d’observer

une corrélation de type 2J avec le carbone quaternaire Ar-C 1 et une corrélation de type 3J avec les

carbones quaternaires Ar-C 2 et/ou Ar-C 6 (leur δ 13C peut alors être obtenu via le spectre HMBC

8Hz).

Ar-CH – ArCH2Ar

* *

*

69

Typiquement, les 2 1H aréniques de chaque unité présentent une corrélation avec un même

carbone aromatique déblindé, i.e. le carbone quaternaire Ar-C 1 du petit col (corrélations 3J entre Ar-

CH et Ar-COR). Les 1H méthyléniques présentent chacun 2 corrélations avec ce type de carbone

(corrélations 3J entre ArCH2Ar et Ar-COR). Ceci offre donc une autre façon d’identifier (ou confirmer)

la connectivité CH2 – Ar – CH2.

Régions du spectre HMBC 8Hz du complexe DMSO@X6HBac5. * signaux de corrélations superposés.

Les 1H aromatiques observés à 6,88 et 6,92 ppm sont couplés

scalairement au même carbone quaternaire aromatique de δ 13

C = 146,0 ppm (corrélations HMBC en

3J). Ceci permet de compléter

l’attribution, comme indiqué ci-contre.

Les corrélations HMBC entre les 1H méthyléniques et ce carbone Ar-C 1 sont indiquées par des flèches. Notons

que les multiples superpositions observées pour ce type de corrélations compliquent significativement

l’attribution.

D’autre part, le δ 13C du carbone Ar-C 1 peut être exploité pour distinguer les différents types

d’unités. Dans les cas étudiés, on peut distinguer les unités ArOH (vers 150 ppm), ArO– (>155 ppm),

ArOBac ou ArOBoc (vers 146 ppm) et ArOTf (vers 143 ppm). Ceci peut fournir une indication de la

nature du régio-isomère analysé. Les unités ArOH peuvent être identifiées sans ambiguïté à partir de

la corrélation HMBC de type 2J avec le carbone quaternaire Ar-C 1 (des unités de type ArOCHn

pourraient être identifiées de manière analogue via une corrélation HMBC de type 3J).

Le spectre HMBC permet aussi d’identifier les signaux des groupes NH et tBu de chacun des

groupements Bac via les corrélations 2J NH-C(CH3)3 et/ou 3J NH-C(CH3)3. Aucune corrélation n’a été

détectée avec le carbone des fonctions carbonyles ; le δ 13C de ces carbones quaternaires n’a donc

pas pu être déterminé. A priori, un spectre HMBC 5Hz devrait permettre d’observer la corrélation 2J

NH-CO-. En revanche, aucun groupe protoné n’est premier ou second voisin de la fonction carbonyle

des groupements Boc ; leur δ 13C ne peut donc pas être déterminé via des expériences HMBC.

Similairement, le δ 13C des groupements Tf ne peut pas être déterminé via des expériences HMBC 1H-13C. Des expériences de double résonance 19F-13C seraient nécessaires (spectre 13C 1D découplé 19F ou

spectre HSQC 19F-13C).

*

*

*

* *

* *

70

Analyse du spectre ROESY

Le spectre ROESY révèle les couplages dipolaires entre 1H (corrélations positives de type NOE,

représentées en rouge) et les processus dynamique d’échange (corrélations négatives de type EXSY,

représentées en bleu) dont, par exemple, l’échange in-out d’un invité.

Spectre ROESY (400ms) du complexe DMSO@X6HBac5.

Le niveau de coupe de ce spectre permet d’observer les corrélations les plus intenses.

Echange in-out du DMSO

Echange in-out du DMSO

EXSY

EXSY

71

Les corrélations de type NOE indiquent que les 1H sont proches dans l’espace. Ceci permet de

compléter ou confirmer les attributions et de déterminer l’orientation relative d’unités adjacentes

(i.e. caractériser la conformation du calixarène).

Comme évoqué plus haut, le spectre ROESY permet d’identifier le groupe Ar-tBu de chaque unité ; cette identification repose sur l’observation de corrélations NOE intenses avec les 2 1H aréniques Ar-CH 3 et Ar-CH 5.

Le spectre ROESY permet aussi d’identifier le groupe tBu de Bac ou de Boc via l’observation de corrélations NOE avec les 1H des groupes méthylènes pontants. L’identification d’un groupe Bac peut, en plus, exploiter les corrélations NOE entre le 1H NH et les 1H méthyléniques. L’intensité de ces corrélations NOE avec les groupes pontants est plus faible que celle des corrélations Ar-tBu – Ar-CH.

Régions du spectre ROESY (400ms) du complexe DMSO@X6HBac5. L’unité dont les signaux Ar-CH sont observés à 6,88 et 6,92 ppm est substituée par le groupe tBu dont les

1H sont observés à 1,06 ppm.

L’unité pontée par les groupes méthylènes dont 3 des signaux sont observés à 3,33, 3,88 et 4,30 ppm est substituée par un groupement Bac dont les

1H

tBu sont observés à 1,26 ppm. Le signal du 1H NH de ce groupement Bac est

observé à 5,19 ppm. Toutes les corrélations NOE observées, dont celles qui caractérisent l’orientation relative d’unités

adjacentes, sont représentées graphiquement dans les pages qui suivent.

L’interprétation des spectres RMN de calix[6]arènes adoptant une conformation asymétrique

n’est pas triviale. Un conseil personnel : ne pas tirer de conclusions hâtives et donc pouvoir remettre

en question les hypothèses émises préalablement qui peuvent être grandement faussées par une

simple erreur, une mauvaise appréciation des valeurs, la présence d’artefacts, etc.

72

VII.2 Tableaux des attributions et corrélations observées en RMN 2D Les données issues de l’analyse des spectres RMN sont reprises dans une série de tableaux ;

chaque tableau concerne une unité calixarénique. Les notations utilisées pour l’attribution des

signaux 1H et 13C sont reprises ci-dessous :

Les valeurs de δ 13C sont toutes issues des spectres HMBC. Certains δ 13C n’ont pas pu être

attribués ; les indéterminations sont marquées par le symbole *.

73

Complexe DMSO@X6HBac5 (C6D6, 25°C, 600 MHz) - Unité I

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

VI-I ArCH2Ar ax 4,48 d 16,8 29,6

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

VI-I ArCH2Ar eq 3,88 d 16,8 29,6 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

I Ar-OH 8,72 s - - 2J : Ar-C1 3J : Ar-C6 4J : Ar-C3

I Ar-C1 - - - 150,7 -

I Ar-C2 - - - 136,2 - I Ar-C3H 7,19 ss - 128,2 2J : Ar-C2

3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; I-II ArCH2Ar

I Ar-C4 - - - 141,5 - I Ar-C5H 7,19 ss - 128,9 2J : Ar-C6

3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; VI-I ArCH2Ar I Ar-C6 - - - 123,4 -

I Ar-tBu C - - - 34,2 -

I Ar-tBu CH3 1,37 s - 31,8 2J : Ar-tBu C 3J : Ar-tBu CH3, Ar-C4

I-II ArCH2Ar ax 4,78 d 15,0 30,6

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

I-II ArCH2Ar eq 3,49 d 15,0 30,6 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

s : singulet ; d : doublet ; ss : signaux superposés # Sauf indication contraire, les corrélations HMBC impliquent un

13C de l’unité I. Les corrélations de faible

intensité sont en italique.

Corrélations dqfCOSY Corrélations ROESY

Groupe Groupe type

VI-I ArCH2Ar ax VI-I ArCH2Ar eq 2J I

I

Ar-C3H Ar-C5H superposi-tion

VI-I

I-II

I-II

ArCH2Ar eq ArCH2Ar ax ArCH2Ar eq

4J/6J 4J/6J 4J/6J

I-II ArCH2Ar ax I-II ArCH2Ar eq 2J

Les corrélations dqfCOSY de très faible intensité sont indiquées en italique.

Les corrélations ROESY de faible intensité sont en pointillés.

Les corrélations ROESY représentées en rouge caractérisent l’orientation relative des unités.

74

Complexe DMSO@X6HBac5 (C6D6, 25°C, 600 MHz) - Unité II

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

I-II ArCH2Ar ax 4,78 d 15,0 30,6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 I-II ArCH2Ar eq 3,49 d 15,0 30,6 2J : Ar-C6

3J : Ar-C1 ; Ar-C5

II Bac CH3 1,30 s - 28,5 2J : Bac C 3J : Bac CH3

II Bac C - - - 50,3 - II Bac NH 5,06 s - - 2J : Bac C

3J : Bac CH3 II Bac CO - - - - - II Ar-C1 - - - 146,5 -

II Ar-C2 - - - 132,5 ou 133,8* -

II Ar-C3H 7,28 d 1,8 126,1 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; II-III ArCH2Ar

II Ar-C4 - - - 146,7 - II Ar-C5H 7,04 d 1,8 124,5 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ;

I-II ArCH2Ar II Ar-C6 - - - 132,4 -

II Ar-tBu C - - - 34,2 - II Ar-tBu CH3 1,13 s - 31,8 2J : Ar-tBu C

3J : Ar-tBu CH3, Ar-C4

II-III ArCH2Ar H 4,01 d 13,2 36,0

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

II-III ArCH2Ar H’ 3,85 d 13,2 36,0 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité II. Les corrélations de faible



Groupe Groupe type

I-II ArCH2Ar ax I-II ArCH2Ar eq 2J

II Ar-C5H I-II

I-II

II-III

ArCH2Ar ax ArCH2Ar eq ArCH2Ar H

4J 4J 6J

II Ar-C3H II-III

II-III

I-II

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar eq

4J 4J 6J

II Ar-C5H II Ar-C3H 4J II-III ArCH2Ar H II-III ArCH2Ar H’ 2J




75

Complexe DMSO@X6HBac5 (C6D6, 25°C, 600 MHz) - Unité III

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

II-III ArCH2Ar H 4,01 d 13,2 36,0

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


III Bac CH3 1,46 s - 29,0 2J : Bac C 3J : Bac CH3

III Bac C - - - 51,3 -

III Bac NH 5,15 s - - 2J : Bac C 3J : Bac CH3

III Bac CO - - - - - III Ar-C1 - - - 147,7 -

III Ar-C2 - - - 133,2 - III Ar-C3H 7,58 d 2,4 128,2 2J : Ar-C2

3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C; III-IV ArCH2Ar

III Ar-C4 - - - 147,5 -

III Ar-C5H 7,58 d 2,4 128,2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; II-III ArCH2Ar

III Ar-C6 - - - 132,5 ou 133,8* -

III Ar-tBu C - - - 34,6 - III Ar-tBu CH3 1,49 s - 32,1 2J : Ar-tBu C


III-IV ArCH2Ar H 3,96 d 13,2 36,1

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

III-IV ArCH2Ar H’ 3,83 d 13,2 36,1 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité III. Les corrélations de faible



Groupe Groupe type

II-III ArCH2Ar H II-III ArCH2Ar H’ 2J III

III

Ar-C3H Ar-C5H superposi-tion

II-III

II-III

III-IV

III-IV

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar H ArCH2Ar H’

4J/6J

4J/6J 4J/6J

4J/6J III-IV ArCH2Ar H III-IV ArCH2Ar H’ 2J




76

Complexe DMSO@X6HBac5 (C6D6, 25°C, 600 MHz) - Unité IV

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

III-IV ArCH2Ar H 3,96 d 13,2 36,1

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


IV Bac CH3 1,44 s - 28,8 2J : Bac C 3J : Bac CH3

IV Bac C - - - 51,0 -

IV Bac NH 5,11 s - - 2J : Bac C 3J : Bac CH3

IV Bac CO - - - - - IV Ar-C1 - - - 146,6 -

IV Ar-C2 - - - 134,4 - IV Ar-C3H 6,75 d 1,8 124,6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; IV-V ArCH2Ar

4J : Ar-C6

IV Ar-C4 - - - 146,8 - IV Ar-C5H 7,29 d 1,8 126,4 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; III-IV ArCH2Ar

4J : Ar-C2 IV Ar-C6 - - - 132,8 -

IV Ar-tBu C - - - 34,2 - IV Ar-tBu CH3 1,07 s - 31,7 2J : Ar-tBu C


IV-V ArCH2Ar ax 4,36 d 17,4 29,2

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 4J : Ar-C6

IV-V ArCH2Ar eq 3,79 d 17,4 29,2 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité IV. Les corrélations de faible



Groupe Groupe type

III-IV ArCH2Ar H III-IV ArCH2Ar H’ 2J IV Ar-C5H III-IV

III-IV

IV-V

IV-V

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar ax ArCH2Ar eq

4J 4J 6J 6J

IV Ar-C3H IV-V

IV-V

III-IV


4J 4J 6J

IV Ar-C5H IV Ar-C3H 4J IV-V ArCH2Ar ax IV-V ArCH2Ar eq 2J




77

Complexe DMSO@X6HBac5 (C6D6, 25°C, 600 MHz) - Unité V

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

IV-V ArCH2Ar ax 4,36 d 17,4 29,2

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


V Bac CH3 1,60 s - 29,6 2J : Bac C 3J : Bac CH3

V Bac C - - - 50,2 -

V Bac NH 8,00 s - - 2J : Bac C 3J : Bac CH3

V Bac CO - - - - - V Ar-C1 - - - 145,6 -

V Ar-C2 - - - 135,9 - V Ar-C3H 7,19 ss - 126,5 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; V-VI ArCH2Ar

V Ar-C4 - - - 147,6 - V Ar-C5H 7,10 d 2,4 128,9 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; IV-V ArCH2Ar V Ar-C6 - - - 131,2 -

V Ar-tBu C - - - 34,4 - V Ar-tBu CH3 1,26 ss - 31,7 2J : Ar-tBu C


V-VI ArCH2Ar ax 4,30 d 14,4 31,6

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

V-VI ArCH2Ar eq 3,33 d 14,4 31,6 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité V. Les corrélations de faible



Groupe Groupe type

IV-V ArCH2Ar ax IV-V ArCH2Ar eq 2J V Ar-C5H IV-V

V-VI

ArCH2Ar eq ArCH2Ar ax

4J 6J

V Ar-C3H V-VI

V-VI

IV-V

ArCH2Ar ax ArCH2Ar eq ArCH2Ar eq

4J 4J 6J

V Ar-C5H V Ar-C3H 4J V-VI ArCH2Ar ax V-VI ArCH2Ar eq 2J




78

Complexe DMSO@X6HBac5 (C6D6, 25°C, 600 MHz) - Unité VI

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor. HMBC 8Hz #

V-VI ArCH2Ar H 4.30 d 14.4 31.6

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

V-VI ArCH2Ar H’ 3.33 d 14.4 31.6 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

VI Bac CH3 1.26 ss - 28.8 2J : Bac C 3J : Bac CH3

VI Bac C - - - 50.7 -

VI Bac NH 5.19 s - - 2J : Bac C 3J : Bac CH3

VI Bac CO - - - - - VI Ar-C1 - - - 146.0 -

VI Ar-C2 - - - 134.2 - VI Ar-C3H 6.92 d 1.8 122.9 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; VI-I ArCH2Ar

4J : Ar-C6

VI Ar-C4 - - - 146.5 - VI Ar-C5H 6.88 d 1.8 124.6 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; V-VI ArCH2Ar

4J : Ar-C2 VI Ar-C6 - - - 133.5 -

VI Ar-tBu C - - - 34.3 - VI Ar-tBu CH3 1.06 s - 31.6 2J : Ar-tBu C


VI-I ArCH2Ar ax 4.48 d 16.8 29.6 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

VI-I ArCH2Ar eq 3.88 d 16.8 29.6 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité VI. Les corrélations de faible



Groupe Groupe type

V-VI ArCH2Ar ax V-VI ArCH2Ar eq 2J VI Ar-C5H V-VI

VI-I

VI-I

ArCH2Ar eq ArCH2Ar ax ArCH2Ar eq

4J 6J 6J

VI Ar-C3H VI-I

VI-I

V-VI


4J 4J 6J

VI Ar-C5H VI Ar-C3H 4J

VI-I ArCH2Ar ax VI-I ArCH2Ar eq 2J




79

Complexe X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C, 600 MHz) - Unité I

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

VI-I ArCH2Ar H 3,68 d 13,2 35,6

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

VI-I ArCH2Ar H’ 3,11 d 13,2 35,6 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

I Ar-C1 - - - 157,7 - I Ar-C2 - - - 127,4 - I Ar-C3H 6,90 ss - 124,6 3J : Ar-C1 ; Ar-tBu C ; I-II ArCH2Ar I Ar-C4 - - - 134,9 - I Ar-C5H 6,90 ss - 124,8 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; VI-I ArCH2Ar

I Ar-C6 - - - 127,8 - I Ar-tBu C - - - 33,2 -

I Ar-tBu CH3 1,19 s - 31,8 2J : Ar-tBu C 3J : Ar-tBu CH3, Ar-C4

I-II ArCH2Ar H 3,75 d 12,6 35,7 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 I-II ArCH2Ar H’ 3,18 d 12,6 35,7 2J : Ar-C2

3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité I.


Groupe Groupe type

VI-I ArCH2Ar H VI-I ArCH2Ar H’ 2J

I-II ArCH2Ar H I-II ArCH2Ar H’ 2J


80

Complexe X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C, 600 MHz) - Unité II

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

I-II ArCH2Ar H 3,75 d 12,6 35,7 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 I-II ArCH2Ar H’ 3,18 d 12,6 35,7 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

II Ar-OH 14,77 s - - 2J : Ar-C1 3J : Ar-C6 4J : Ar-C5

II Ar-C1 - - - 153,8 - II Ar-C2 - - - 135,8 ou 137,9* - II Ar-C3H 6,92 d 2,1 125,7 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ;

II-III ArCH2Ar II Ar-C4 - - - 138,1 -

II Ar-C5H 7,04 d 2,1 125,5 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; I-II ArCH2Ar

II Ar-C6 - - - 152,4 -

II Ar-tBu C - - - 33,4 - II Ar-tBu CH3 1,25 ss - 31,7 2J : Ar-tBu C


II-III ArCH2Ar ax 3,96 d 16,2 31,7

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

II-III ArCH2Ar eq 2,96 d 16,2 31,7 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité II.


Groupe Groupe type

I-II ArCH2Ar H I-II ArCH2Ar H’ 2J II Ar-C5H II Ar-C3H 4J

II-III ArCH2Ar ax II-III ArCH2Ar eq 2J



81

Complexe X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C, 600 MHz) - Unité III

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C § (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

II-III ArCH2Ar ax 3,96 d 16,2 31,7

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

II-III ArCH2Ar eq 2,96 d 16,2 31,7 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


III Bac C - - - 49,5 -


III Bac CO - - - - - III Ar-C1 - - - 146,3 -

III Ar-C2 - - - 131,7 ou 132,9* - III Ar-C3H 7,12 d 1,8 124,7 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C;

III-IV ArCH2Ar

III Ar-C4 - - - 146,0 - III Ar-C5H 6,58 d 1,8 123,4 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ;

II-III ArCH2Ar III Ar-C6 - - - 135,8 ou 137,9* -



III-IV ArCH2Ar H 3,76 d 14,4 38,7

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3



13C de l’unité III.


Groupe Groupe type

II-III ArCH2Ar ax II-III ArCH2Ar eq 2J III Ar-C5H II-III

III-IV

ArCH2Ar H’ ArCH2Ar H

4J 6J

III Ar-C3H III-IV

II-III

ArCH2Ar H’ ArCH2Ar H’

4J 6J

III Ar-C5H III Ar-C3H 4J

III-IV ArCH2Ar H III-IV ArCH2Ar H’ 2J




82

Complexe X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C, 600 MHz) - Unité IV

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C § (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

III-IV ArCH2Ar H 3,76 d 14,4 38,7

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5



IV Bac C - - - 49,8 -

IV Bac NH 7,24 s - - 2J : Bac C 3J : Bac CH3

IV Bac CO - - - - - IV Ar-C1 - - - 144,9 -

IV Ar-C2 - - - 132,0 ou 134,2* - IV Ar-C3H 7,84 d 1,8 126,6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ;

IV-V ArCH2Ar

IV Ar-C4 - - - 146,7 - IV Ar-C5H 7,20 d 1,8 127,9 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C;

III-IV ArCH2Ar IV Ar-C6 - - - 131,7 ou 132,9* -

IV Ar-tBu C - - - 34,0 - IV Ar-tBu CH3 1,42 s - 31,5 2J : Ar-tBu C


IV-V ArCH2Ar ax 3,98 d 13,2 26,2

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3



13C de l’unité IV.


Groupe Groupe type

III-IV ArCH2Ar H III-IV ArCH2Ar H’ 2J IV Ar-C3H IV-V

III-IV

ArCH2Ar eq ArCH2Ar H’

4J 6J

IV Ar-C5H IV Ar-C3H 4J

IV-V ArCH2Ar ax IV-V ArCH2Ar eq 2J




83

Complexe X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C, 600 MHz) - Unité V

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

IV-V ArCH2Ar ax 3,98 d 13,2 26,2

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


V Bac CH3 1,30 s - 28,6 2J : Bac C 3J : Bac CH3

V Bac C - - - 49,7 -


V Bac CO - - - - - V Ar-C1 - - - 143,8 -

V Ar-C2 - - - 135,5 - V Ar-C3H 6,53 d 1,2 122,6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ;

V-VI ArCH2Ar


IV-V ArCH2Ar V Ar-C6 - - - 132,0 ou 134,2* -

V Ar-tBu C - - - 33,8 - V Ar-tBu CH3 1,13 s - 31,2 2J : Ar-tBu C


V-VI ArCH2Ar ax 4,07 d 15,6 32,2

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3



13C de l’unité V.


Groupe Groupe type

IV-V ArCH2Ar ax IV-V ArCH2Ar eq 2J V Ar-C5H IV-V

V-VI

ArCH2Ar eq ArCH2Ar eq

4J 6J

V Ar-C3H V-VI ArCH2Ar eq 4J

V Ar-C5H V Ar-C3H 4J V-VI ArCH2Ar ax V-VI ArCH2Ar eq 2J




84

Complexe X6H2Bac3K 3 (DMSO-d6, 25°C, 600 MHz) - Unité VI

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

V-VI ArCH2Ar ax 4,07 d 15,6 32,2

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


VI Ar-OH 14,22 s - - 2J : Ar-C1 3J : Ar-C2 ; Ar-C6

VI Ar-C1 - - - 153,4 -

VI Ar-C2 - - - 151,5 - VI Ar-C3H 7,00 ss - 125,3 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; VI-I ArCH2Ar VI Ar-C4 - - - 138,1 -

VI Ar-C5H 7,00 ss - 125,8 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; V-VI ArCH2Ar

VI Ar-C6 - - - 127,1 -

VI Ar-tBu C - - - 33,4 - VI Ar-tBu CH3 1,25 ss - 31,7 2J : Ar-tBu C


VI-I ArCH2Ar H 3,68 d 13,2 35,6 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

VI-I ArCH2Ar H’ 3,11 d 13,2 35,6 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité VI.


Groupe Groupe type

V-VI ArCH2Ar ax V-VI ArCH2Ar eq 2J VI Ar-C5H V-VI ArCH2Ar ax 4J VI Ar-C3H V-VI ArCH2Ar ax 6J

VI-I ArCH2Ar H VI-I ArCH2Ar H’ 2J




85

X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C, 600 MHz) - Unité I

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

VI-I ArCH2Ar ax 4,23 d 15,6 28,8

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

VI-I ArCH2Ar eq 3,57 ss - 28,8 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

I Tf CF3 - - - n.d. - I Ar-C1 - - - 142,7 - I Ar-C2 - - - 130,5 ou

131,8* -

I Ar-C3H 7,35 ss - 128,8 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; I-II ArCH2Ar I Ar-C4 - - - 150,0 -

I Ar-C5H 6,86 s - 126,0 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; VI-I ArCH2Ar

I Ar-C6 - - - 129,9 ou 131,8*

-

I Ar-tBu C - - - 34,0 - I Ar-tBu CH3 1,08 s - 30,9 2J : Ar-tBu C


I-II ArCH2Ar H 4,19 d 14,4 34,0

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

I-II ArCH2Ar H’ 3,59 ss - 34,0

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité I.

n.d. : non déterminé


Groupe Groupe Typ

e


I Ar-C5H VI-I

VI-I

I-II


4J 4J 6J

I Ar-C3H I-II

I-II

VI-I

VI-I


4J 4J 6J 6J

I Ar-C5H I Ar-C3H 4J

I-II ArCH2Ar H I-II ArCH2Ar H’ 2J




86

X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C, 600 MHz) - Unité II

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

I-II ArCH2Ar H 4,19 d 14,4 34,0 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

I-II ArCH2Ar H’ 3,59 ss - 34,0 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

II Boc CH3 1,66 s - 27,6 2J : Boc C 3J : Boc CH3

II Boc C - - - 83,6 -

II Boc CO - - - - - II Ar-C1 - - - 146,3 - II Ar-C2 - - - 130,5 ou 131,1* -

II Ar-C3H 7,26 d 2,1 128,1 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; II-III ArCH2Ar

II Ar-C4 - - - 149,0 -

II Ar-C5H 7,40 ss - 127,2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; I-II ArCH2Ar

II Ar-C6 - - - 130,5 ou 131,8* - II Ar-tBu C - - - 34,0 -

II Ar-tBu CH3 1,35 s - 31,1 2J : Ar-tBu C 3J : Ar-tBu CH3, Ar-C4

II-III ArCH2Ar H 3,53 ss - 34,6

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3



13C de l’unité II.


Groupe Groupe Type

I-II ArCH2Ar H I-II ArCH2Ar H’ 2J II Ar-C5H I-II

I-II

II-III

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar H’

4J 4J 6J

II Ar-C3H II-III

II-III

I-II

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar H’

4J 4J 6J

II Ar-C5H II Ar-C3H 4J II-III ArCH2Ar H II-III ArCH2Ar H’ 2J




87

X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C, 600 MHz) - Unité III

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

II-III ArCH2Ar H 3,53 ss - 34,6

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5



III Bac C - - - 51,1 -


III Bac CO - - - - - III Ar-C1 - - - 146,2 -

III Ar-C2 - - - 131,4 - III Ar-C3H 7,12 d 2,1 128,1 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C;

III-IV ArCH2Ar

III Ar-C4 - - - 147,4 - III Ar-C5H 7,24 d 2,1 128,0 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ;

II-III ArCH2Ar III Ar-C6 - - - 130,5 ou 131,1* -



III-IV ArCH2Ar 3,50 s - 35,2

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité III.


Groupe Groupe Type

II-III ArCH2Ar H II-III ArCH2Ar H’ 2J

III Ar-C5H II-III

II-III

III-IV

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar

4J 4J 6J

III Ar-C3H III-IV

II-III

ArCH2Ar ArCH2Ar H

4J 6J

III Ar-C5H III Ar-C3H 4J




88

X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C, 600 MHz) - Unité IV

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

III-IV ArCH2Ar 3,50 s - 35,2

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


IV Bac C - - - 51,0 - IV Bac NH 5,06 s - - 2J : Bac C

3J : Bac CH3

IV Bac CO - - - - - IV Ar-C1 - - - 146,5 - IV Ar-C2 - - - 131,6 ou 131,8* -

IV Ar-C3H 7,21 ss - 127,8 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ; IV-V ArCH2Ar

IV Ar-C4 - - - 147,3 -

IV Ar-C5H 7,21 ss - 127,8 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C ; III-IV ArCH2Ar

IV Ar-C6 - - - 131,4 - IV Ar-tBu C - - - 33,9 -

IV Ar-tBu CH3 1,36 s - 31,4 2J : Ar-tBu C 3J : Ar-tBu CH3, Ar-C4

IV-V ArCH2Ar H 3,62 d 14,4 35,7

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

IV-V ArCH2Ar H’ 3,54 ss - 35,7 2J : Ar-C2 3J : Ar-C3


13C de l’unité IV.


Groupe Groupe Type

IV Ar-C3H IV-V

IV-V

III-IV

ArCH2Ar H ArCH2Ar H’ ArCH2Ar

4J 4J 6J

IV Ar-C5H III-IV

IV-V

IV-V

ArCH2Ar ArCH2Ar H ArCH2Ar H’

4J 6J 6J

IV-V ArCH2Ar H IV-V ArCH2Ar H’ 2J




89

X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C, 600 MHz) - Unité V

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

IV-V ArCH2Ar H 3,62 d 14,4 35,7

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

IV-V ArCH2Ar H’ 3,54 ss - 35,7 2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5

V Bac CH3 1,43 ss - 28,5 2J : Bac C 3J : Bac CH3

V Bac C - - - 50,7 -


V Bac CO - - - - - V Ar-C1 - - - 145,1 -

V Ar-C2 - - - 130,4 ou 131,8* - V Ar-C3H 6,91 s - 123,8 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C ;

V-VI ArCH2Ar


IV-V ArCH2Ar V Ar-C6 - - - 131,6 ou 131,8* -

V Ar-tBu C - - - 33,9 - V Ar-tBu CH3 1,11 s - 31,2 2J : Ar-tBu C


V-VI ArCH2Ar ax 3,99 d 16,2 26,9

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3



13C de l’unité V.


Groupe Groupe type

IV-V ArCH2Ar H IV-V ArCH2Ar H’ 2J V Ar-C5H IV-V

IV-V

V-VI

V-VI


4J 4J 6J 6J

V Ar-C3H V-VI

V-VI

IV-V


4J 4J 6J

V Ar-C5H V Ar-C3H 4J

V-VI ArCH2Ar ax V-VI ArCH2Ar eq 2J



90

X6Bac3Boc2Tf 7 (C2D2Cl4, 25°C, 600 MHz) - Unité VI

Groupe δ 1H (ppm)

m J (Hz)

δ 13C (ppm)

Cor, HMBC 8Hz #

V-VI ArCH2Ar ax 3,99 d 16,2 26,9

2J : Ar-C6 3J : Ar-C1 ; Ar-C5


VI Boc CH3 -1,57 s - 22,8 2J : Boc C 3J : Boc CH3

VI Boc C - - - 82,8 -

VI Boc CO - - - - - VI Ar-C1 - - - 145,6 - VI Ar-C2 - - - 129,9 ou 131,8* -

VI Ar-C3H 7,35 ss - 128,2 3J : Ar-C1 ; Ar-C5 ; Ar-tBu C 3J : VI-I ArCH2Ar

VI Ar-C4 - - - 147,2 -

VI Ar-C5H 7,39 ss - 128,9 3J : Ar-C1 ; Ar-C3 ; Ar-tBu C 3J : V-VI ArCH2Ar

VI Ar-C6 - - - 130,4 ou 131,8* - VI Ar-tBu C - - - 34,1 -

VI Ar-tBu CH3 1,43 ss - 31,3 2J : Ar-tBu C 3J : Ar-tBu CH3, Ar-C4

VI-I ArCH2Ar ax 4,23 d 15,6 28,8

2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3

VI-I ArCH2Ar eq 3,57 ss - 28,8 2J : Ar-C2 3J : Ar-C1 ; Ar-C3


13C de l’unité VI.


Groupe Groupe type

V-VI ArCH2Ar ax V-VI ArCH2Ar eq 2J VI Ar-C5H V-VI

V-VI

ArCH2Ar ax ArCH2Ar eq

4J 4J

VI Ar-C3H VI-I

VI-I

V-VI


4J 4J

6J VI Ar-C5H VI Ar-C3H 4J





91

VII.3 Spectres RMN Pour tous les spectres qui vont suivre la notation S sera utilisée pour le signal résiduel du solvant

(CHDCl2, CHCl3, C2HDCl4, C6HD5 ou DMSO-d5) et w pour le signal de l’eau.

Figure A1 : Composé 2 dans CDCl3 (300 MHz, 25°C).

Figure A2 : Composé 2 dans C2D2Cl4 (300 MHz, 25°C).

Figure A3 : Composé 2 dans C6D6 (300 MHz, 25°C).

Figure A4 : Composé 2 dans CDCl3 en présence d’un excès d’acétamide (300 MHz, 25°C).

92

Figure A5 : Composé 2 dans CDCl3 en présence d’un excès de succinimide (300 MHz, 25°C).

Figure A6 : Composé 2 dans C2D2Cl4 en présence d’un excès d’IMI (300 MHz, 25°C).

Figure A7 : Composé 2 dans CDCl3 en présence d’un excès de DMSO (300 MHz, 25°C).

Figure A8 : Composé 2 dans CDCl3 en présence d’un excès de DMSO (600 MHz, 25°C).

93

Figure A9 : Composé 2 dans C2D2Cl4 en présence d’un excès de DMSO-d6 (300 MHz, 25°C).

Figure A10 : Composé 3 dans CDCl3 (600 MHz, 25°C).

Figure A11 : Composé 3 dans C6D6 (300 MHz, 25°C).

Figure A12 : X6H3Bac3 dans CDCl3 (300 MHz, 25°C).

94

VIII. Partie expérimentale

VIII.1 Généralités Les solvants utilisés lors des réactions ou purifications sont distillés. Le DCM anhydre a été acheté

chez Sigma-Aldrich.

L’avancement de l’ensemble des réactions a été suivi par CCM et/ou spectrométrie de masse et/ou

RMN.

Résonance Magnétique nucléaire : Les spectres RMN ont été relevés sur un spectromètre Bruker

Avance TM 300 (1H 300 MHz ; 13C 75 MHz) et/ou sur un spectromètre Varian VNMR System 400 (1H

400 MHz ; 13C 100 MHz ; 19F 377 MHz) et/ou sur un spectromètre Varian VNMR System 600 (1H 600

MHz ; 13C 150 MHz).

Les multiplicités de signaux sont données par les abréviations s (singulet), d (doublet) et m (massif).

L’erreur absolue sur la constante de couplage indiquée est de 0,3 Hz.

Les solvants utilisés sont le dichlorométhane-d2 (CD2Cl2), le chloroforme-d1 (CDCl3), le 1,1,2,2-

tétrachloroéthane-d2 (C2D2Cl4), le benzène-d6 (C6D6) et le diméthylsulfoxyde-d6 (DMSO-d6). Le signal

résiduel du solvant a été utilisé comme référence interne de déplacement chimique 1H et 13C. 23 , 24

Spectrométrie de masse : Le spectromètre utilisé est un Finnigan LCQ Deca de chez ThermoQuest

qui possède une source d’ionisation électrospray et une trappe ionique comme analyseur. Cet

appareil permet de réaliser des expériences MS-MS induites par collision avec l’azote. Les

échantillons sont dilués dans un mélange MeOH/DCM (v/v, 1/1) à une concentration approximative

de 10-5 M et injectés dans l’appareil par un capillaire chauffé à 160°C. Les signaux indiqués

correspondent au premier pic de la signature du produit.

Spectrométrie infrarouge : Les spectres infrarouges ont été relevés avec des pastilles de KBr

contenant le produit sur un appareil Bruker IFS-25.

Diffraction RX : Les études RX ont été réalisées, d’une part, au sein de l’Unité du Pr. Johan Wouters

des Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix (FUNDP) et, d’autre part, au sein de l’Unité du Pr.

Kari Rissanen de University of Jyväskylä.

Chromatographie sur couche mince : Les CCM ont été effectuées sur des plaques de silice ALUGRAM

SIL G/UV254 de 0,20 mm d’épaisseur et révélées sous UV (λ=254 nm) et/ou avec un révélateur adapté.

Chromatographie sur colonne de silice et filtration sur silice : Le gel de silice Kieselgel 60 (0,04-

0,063) a été utilisé avec un éluant adapté à chaque cas.

23

Fulmer, G. R.; Miller, A. J. M.; Sherden, N. H.; Gottlieb, H. E.; Nudelman, A.; Stoltz, B. M.; Bercaw, J. E.; Goldberg, K. I. Organometallics 2010, 29, 2176-2179 24

Pour C2D2Cl4 : http://www.isotope.com/uploads/File/NMR_Solvent_Data_Chart.pdf

95

VIII.2 Synthèse et caractérisation

VIII.2.1 p-tBu-calix[6]arène-penta-Bac 2

528 mg de Ba(OH)2 anhydre (3,08 mmol ; 2 équiv.) sont additionnés à une solution de p-tBu-

calix[6]arène 1 (1,50 g ; 1,54 mmol) dans du DCM (60 mL). Le milieu réactionnel est mis sous

agitation à Ta pendant 20 minutes. 2,72 mL de tert-butylisocyanate (23,1 mmol ; 15 équiv. ; d = 0,87,

pureté 97+%) est ajouté au milieu réactionnel. Celui-ci est fermé et laissé sous agitation à Ta pendant

20h. Un lavage à l’eau est ensuite effectué afin d’éliminer l’excédent de Ba(OH)2. Le milieu

réactionnel est concentré sous vide partiel et le solide obtenu est chromatographié sur gel de silice

(éluant DCM) conduisant à 1,96 g (1,33 mmol) de X6HBac5 2 sous forme d’un solide blanc. Rdt = 86%.

CCM : Rf = 0,16 (DCM)

IR (KBr) : 1170 cm-1, 1753 cm-1 (stretching C=O), 2967 cm-1

ESI-MS : m/z = 1490,96 u.m.a. [2+Na]+ ; 1506,93 u.m.a. [2+K]+

RMN 1H (600 MHz, C6D6/DMSO, 99:1, 298K) δ (ppm) -0,21 (s, 3H, 1 Me DMSOin); 0,26 (s, 3H, 1 Me

DMSOin); 1,06 (s, 9H, tBucal); 1,07 (s, 9H, tBucal); 1,13 (s, 9H, tBucal); 1,26(0) (s, 9H, tBuBac); 1,26(4) (s,

9H, tBucal); 1,30 (s, 9H, tBuBac); 1,37 (s, 9H, tBucal); 1,44 (s, 9H, tBucal); 1,46 (s, 9H, tBuBac); 1,49 (s, 9H,

tBuBac); 1,60 (s, 9H, tBuBac); 3,33 (d, J=14,4 Hz, 1H, ArCH2); 3,49 (d, J=15,0 Hz, 1H, ArCH2); 3,79 (d,

J=17,4 Hz, 1H, ArCH2); 3,83 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 3,85 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 3,88 (d, J=16,8

Hz, 1H, ArCH2); 3,96 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 4,01 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 4,30 (d, J=14,4 Hz, 1H,

ArCH2); 4,36 (d, J=17,4 Hz, 1H, ArCH2); 4,48 (d, J=16,8 Hz, 1H, ArCH2); 4,78 (d, J=15,0 Hz, 1H, ArCH2);

5,06 (s, 1H, NH); 5,11 (s, 1H, NH); 5,15 (s, 1H, NH); 5,19 (s, 1H, NH); 6,75 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 6,88

(d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 6,92 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,04 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,10 (d, J=2,4 Hz, 1H,

ArH); 7,18-7,21 (m, 3H, ArH); 7,28 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,29 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,58 (d, J=2,4 Hz,

1H, ArH); 7,59 (d, J=2,4 Hz, 1H, ArH); 8,00 (s, 1H, NH); 8,72 (s, 1H, OH).

96

VIII.2.2 Complexe potassique de p-tBu-calix[6]arène-1,2,3-tris-Bac 3

29 mg de KOH broyé (0,524 mmol ; 1 équiv.) sont additionnés à une solution de p-tBu-calix[6]arène 1

(510 mg ; 0,524 mmol) dans du DCM (5 mL). Le milieu réactionnel est mis sous agitation à Ta pendant

20 minutes avant d’y ajouter 0,31 mL de tert-butylisocyanate (2,6 mmol ; 5 équiv. ; d = 0,87 ; pureté

97+%). Le milieu réactionnel est fermé et laissé sous agitation à Ta pendant 5h. Le solvant est

évaporé et le solide obtenu est lavé au diéthyléther (2x 1 mL) puis séché sous vide partiel pour

obtenir 602 mg (0,460 mmol) de X6H2Bac3K 3 sous forme d’une poudre blanche. Rdt = 88%.

Aucune réaction dangereuse n’a été observée bien qu’il soit connu que l’utilisation de KOH dans

des solvants chlorés peut amener à la formation de carbènes hautement réactifs.

CCM : Rf = 0,29 (DCM)

IR (KBr) : 1177 cm-1, 1753 cm-1 (stretching C=O), 2965 cm-1

ESI-MS : m/z = 1292,82 u.m.a. [X6H3Bac3+Na]+ ; 1308,80 u.m.a. [X6H3Bac3+K]+

RMN 1H (600 MHz, DMSO-d6, 298K) δ (ppm) 1,13 (s, 9H, tBucal); 1,19 (s, 9H, tBucal); 1,23 (s, 9H, tBucal);

1,25 (s, 9H, tBuBac); 1,25 (m, 18H, tBucal); 1,30 (s, 9H, tBuBac); 1,42 (s, 9H, tBucal); 1,43 (s, 9H, tBuBac);

2,96 (d, J=16,2 Hz, 1H, ArCH2); 3,07 (d, J=15,6 Hz, 1H, ArCH2); 3,11 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 3,18 (d,

J=12,6 Hz, 1H, ArCH2); 3,46 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 3,58 (d, J=14,4 Hz, 1H, ArCH2); 3,68 (d, J=13,2

Hz, 1H, ArCH2); 3,75 (d, J=12,6 Hz, 1H, ArCH2); 3,76 (d, J=14,4 Hz, 1H, ArCH2); 3,96 (d, J=16,2 Hz, 1H,

ArCH2); 3,98 (d, J=13,2 Hz, 1H, ArCH2); 4,07 (d, J=15,6 Hz, 1H, ArCH2); 6,53 (d, J=1,2 Hz, 1H, ArH); 6,58

(d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 6,90 (s, 2H, ArH); 6,92 (d, J=2,1 Hz, 1H, ArH); 6,98-7,01 (m, 2H, ArH); 7,04 (d,

J=2,1 Hz, 1H, ArH); 7,12 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,20 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,24 (s, 1H, NH); 7,50 (s,

1H, NH); 7,67 (d, J=1,2 Hz, 1H, ArH); 7,84 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 8,16 (s, 1H, NH); 14,22 (s, 1H, OH);

14,77 (s, 1H, OH).

97

VIII.2.3 p-tBu-calix[6]arène-penta-Bac-mono-acétyle 4

101 mg de X6HBac5 2 (0,0688 mmol) sont solubilisés dans 10 mL de DCM anhydre sous atmosphère

inerte. 84 µL de pyridine (1,0 mmol ; 15 équiv. ; d = 0,98) et 74 µL de chlorure d’acétyle (1,0 mmol ;

15 équiv. ; d = 1,10) sont ensuite additionnés. Le milieu réactionnel est mis sous agitation à Ta

pendant 72h. De l’éthanol est ensuite ajouté pour éliminer l’excès de chlorure d’acétyle. Le solvant

est évaporé et le solide obtenu est chromatographié sur gel de silice (éluant DCM) pour obtenir 87

mg d’un solide blanc. Le produit n’a pas pu être clairement identifié mais les analyses montrent que

le produit ne contient pas de substrat de départ. Les conditions de synthèse et de purification n’ont

pas été optimisées.

CCM : Rf = 0,23 (DCM)


RMN 1H (300 MHz, CD2Cl2, 298K) : Spectre ininterprétable en raison de multiples produits et/ou

multiples conformations en échange lent à l’échelle de temps spectrale.

98

VIII.2.4 p-tBu-calix[6]arène-penta-Bac-mono-Boc 5

102 mg de X6HBac5 2 (0,0694 mmol), 17 mg de DMAP (0,14 mmol ; 2 équiv.) et 80 µL de Boc2O (0,35

mmol ; 5 équiv. ; d = 0,95) sont additionnés dans du DCM anhydre (5 mL) sous atmosphère inerte. Le

milieu réactionnel est mis sous agitation à Ta pendant 18h. Un lavage à l’eau est réalisé et la phase

organique est évaporée sous vide partiel pour obtenir 117 mg d’un solide légèrement orangé. Le

produit n’a pas pu être clairement identifié mais les analyses montrent que le produit contient de la

DMAP et ne contient pas de substrat de départ. Les conditions de synthèse et purification n’ont pas

été optimisées.

CCM : Rf = 0,15 (DCM)


RMN 1H (300 MHz, CDCl3, 298K) : Spectre ininterprétable en raison de multiples produits et/ou


99

VIII.2.5 p-tBu-calix[6]arène-1,2,3-tris-Bac-5-mono-triflate 6

103 mg de X6H2Bac3K 3 (0,0787 mmol) sont solubilisés dans du DCM anhydre (5 mL) sous atmosphère

inerte. A 0°C, 14 µL de Tf2O (0,083 mmol ; 1,1 équiv. ; d = 1,68) est ajouté sous agitation. Le mélange

réactionnel est ensuite laissé sous agitation pendant 20 minutes. La solution est lavée à l’eau avant

d’être évaporée sous vide partiel pour obtenir 109 mg (pureté 95+% ; 0,0738-0,0777 mmol) de

X6H2Bac3Tf 6 sous forme de solide blanc. Rdt > 94%. Les conditions de synthèse et purification n’ont

pas été optimisées.

CCM : Rf = 0,43 (DCM)


RMN 1H (300 MHz, CDCl3, 298K) : Spectre ininterprétable en raison de multiples conformations en

échange lent à l’échelle de temps spectrale.

100

VIII.2.6 p-tBu-calix[6]arène-1,2,3-tris-Bac-4,6-bis-Boc-5-mono-triflate 7

109 mg de X6H2Bac3Tf 6 (pureté 95+% ; 0,0738-0,0777 mmol), 25 mg DMAP (0,20 mmol ; 2.6 équiv.)

et 90 µL de Boc2O (0,39 mmol ; 5 équiv. ; d = 0,95) sont additionnés dans du DCM anhydre (5 mL)

sous atmosphère inerte. Le milieu réactionnel est mis sous agitation à Ta pendant 1h puis filtré sur

gel de silice (éluant : DCM). Le solvant est évaporé sous vide partiel pour obtenir 142 mg d’un solide

blanc correspondant au complexe X6Bac3Boc2Tf 7 · 2 DMAP (pureté 95+% ; 0,0731-0,0769 mmol).

Rdt > 94%. Les conditions de synthèse et purification n’ont pas été optimisées.

CCM : Rf = 0,29 (DCM)


RMN 1H (600 MHz, C2D2Cl4, 298K) δ (ppm) -1,57 (s, 9H, tBuBoc in); 1,08 (s, 9H, tBucal); 1,11 (s, 9H,

tBucal); 1,21 (s, 9H, tBucal); 1,35 (s, 9H, tBucal); 1,36 (s, 9H, tBucal); 1,42-1,44 (m, 18H, tBucal et tBuBac);

1,51 (s, 9H, tBuBac); 1,53 (s, 9H, tBuBac); 1,66 (s, 9H, tBuBoc); 3,34 (d, J=16,2 Hz, 1H, ArCH2); 3,45 (d,

J=14,4 Hz, 1H, ArCH2); 3,50 (s, 2H, ArCH2); 3,51-3,59 (m, 3H, ArCH2); 3,59(1) (d, J=15,0 Hz, 1H, ArCH2);

3,62 (d, J=14,4 Hz, 1H, ArCH2); 3,99 (d, J=16,2 Hz, 1H, ArCH2); 4,19 (d, J=14,4 Hz, 1H, ArCH2); 4,23 (d,

J=15,6 Hz, 1H, ArCH2); 5,06 (s, 1H, NH); 5,17 (s, 1H, NH); 5,22 (s, 1H, NH); 6,86 (s, 1H, ArH); 6,91 (s,

1H, ArH); 7,08 (d, J=1,8 Hz, 1H, ArH); 7,12 (d, J=2,1 Hz, 1H, ArH); 7,21 (s, 2H, ArH); 7,24 (d, J=2,1 Hz,

1H, ArH); 7,26 (d, J=2,1 Hz, 1H, ArH); 7,33-7,36 (m, 2H, ArH); 7,38-7,41 (m, 2H, ArH).

101

VIII.2.7 p-tBu-calix[6]arène-1,3-bis-Boc-2-mono-triflate 8

8,2 mg de tert-butanolate de potassium (0,073 mmol ; 5 équiv.) sont additionnés à une solution

X6Bac3Boc2Tf 7 · 2 DMAP (22,0 mg ; 0,0119 mmol) dans du DCM (5 mL). Le milieu réactionnel est mis

sous agitation à Ta pendant 2 heures puis filtré sur gel de silice (éluant : DCM). Le solvant est évaporé

sous vide partiel pour obtenir 11 mg d’un solide blanc. Le produit n’a pas pu être clairement identifié

mais les analyses montrent que le produit ne contient pas de substrat de départ. Les conditions de

synthèse et purification n’ont pas été optimisées.

CCM : Rf = 0,90 (DCM)


RMN 1H (300 MHz, CDCl3, 298K) : Spectre ininterprétable en raison de multiples produits et/ou


102

VIII.3 Diffractométrie de rayons X Les données suivantes ont été enregistrées sur un diffractomètre Oxford Diffraction Gemini Ultra

Enhanced Ultra sur des échantillons congelés (150 K) en utilisant un rayonnement X généré par une

anode au cuivre (max = 1,5418 Å). Les structures ont été résolues et affinées au moyen de la suite de

logiciels Shelx (G.Sheldrick, Univ Göttingen).

Des monocristaux du complexe DMSO@X6HBac5 ont été obtenus par évaporation lente du solvant à

partir d’une solution de X6HBac5 2 et d’acide cyanurique dans un mélange 1,1,2,2-

tétrachloroéthane/DMSO 1:1.

Données cristallographiques : monoclinique, Pc, a = 16.914(2) Å, b = 14.307(2) Å, c = 29.984(2) Å, =

90.0°, = 121.47(2)°, = 90.0°, V = 6188.6(3) Å3, = 0.675, F(000) = 1256, = 0.71 mm-1, 21063

measured reflections (12578 unique reflections, 10697 observed (I > 2(I), Rint = 0.0503), R1 = 0.314, S

= 3.174, min = -0.87 e/Å3,max = 2.05 e/Å3.

Plusieurs jeux de données de diffraction ont également été obtenus pour X6HBac5 2 en l’absence de

DMSO à partir de différentes conditions de cristallisation. Deux types de paramètres de maille ont

été obtenus :

- a = b = 22.353 Å, c = 18.398 Å, = = 90.0°, = 120.0°, groupe d’espace R-3 (Z’ = 1, i.e. 1

molécule dans l’unité asymétrique)

- a = b = 27.335 Å, c = 13.587 Å, = = 90.0°, = 120.0°, groupe d’espace R-3 (Z’ = 1, i.e. 1

molécule dans l’unité asymétrique) ou P-3 (Z’ = 2, c-à-d. 2 molécules dans l’unité

asymétrique).

Le pouvoir diffractant des cristaux était à chaque fois faible et les différentes structures résolues

n’ont pu être affinées mieux que R1 > 0.20.

Les données suivantes ont été enregistrées sur un diffractomètre Agilent Supernova dual wavelength

sur des échantillons congelés (123 K) en utilisant un rayonnement X généré par une anode au cuivre

(max = 1,54184 Å). Les structures ont été résolues et affinées au moyen de la suite de logiciels Shelx

(G.Sheldrick, Univ Göttingen).

Des monocristaux ont été obtenus par diffusion d’éthanol vers une solution de X6HBac5 2 dans le

chloroforme en l’absence de DMSO.

Données cristallographiques : hexagonal, R, Z6, a = b = 28.0138(11) Å, c = 13.5034(5) Å, = =

90.0°, = 120.0°, V = 9177.4(6) Å3, = 1.278, F(000) = 3696, = 1.897 mm-1, 5610 measured

reflections (3562 unique reflections observed (I > 2(I), Rint = 0.0537), R1 = 0.2016, wR2 = 0.4848,

min = -0.425 e/Å3,max = 1.347 e/Å3.

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Apache Tomcat · 2 Remerciements Je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont suppoté durant mon parcours universitaire et m’ont pemis de éalise ce mémoie. Merci à