Alkylation de phénols et d'acides benzoïques en microréacteur
Dans le cadre de cette étude, nous nous sommes intéressés à l'étude de la réaction d'alkylation d'acides benzoïques et de phénols en microréacteur à flux continu. La réaction étudiée de type substitution nucléophile est une réaction du deuxième ordre avec des produits isolable et des rendements variables selon la nature du substrat sans changement de loi de vitesse.
La réaction de benzoates substitués avec l'iodomethane, est une réaction classique. De façon intéressante cette réaction permet de mener de façon douce aux esters correspondants en conditions basiques, ce qui est surprenant c'est que cette réaction est de nos jours peu utilisée pour la formation d'ester. En effet, les méthodes classique consistent à utiliser des conditions particulièrement acides (chlorure de thionyl, chlorure d'oxalyle) pour la formation préalable d'un chlorure d'acyle qui est ensuite substitué par l'alcool correspondant de façon quantitative. Ces conditions demeures néanmoins dangereuses de part la toxicité des réactifs employés qui peuvent être remplacés le cas échéant par des réactifs couteux d'activation de la fonction acide carboxylique couramment utilisés en synthèse peptidique. Kondo et coll. ont démontrés que la réaction entre les sels de benzoate de tetramethylammonium avec les halogénoalcanes dans l'acétonitrile suit une cinétique du deuxième ordre assez rapide (2 à 6 h à température ambiante). Au lieu d'utiliser des sels de tetraalkylammonium, Ono. a lui, utilisé le 1,8-diazabicyclo [5.4.0]-undec-7-ene (DBU) comme base pour efficacement déprotoner l'acide benzoïque dans le toluène à température ambiante (2 à 6 h de réaction également). Cependant, dans ces conditions le DBUH+ I- obtenu est insoluble et le solide blanc résultant écarte son utilisation dans un microréacteur. Dans une autre étude, Mal et d'autres, ont employé la même procédure pour l'o-methylation d'acides carboxyliques divers dans l'acétone et dans l'acetonitrile comme solvant.
Initialement, nous avons choisi d'tudier une nouvelle superbase le 1,8-bis-(tetramethylguanidino)naphthalene (TMGN) dans le DMF. Cette superbase a démontré être particulièrement éfficace dans ce conditions. En effet, l'ester est formé quantitativement en 3 minutes à température ambiante sans alkylation de la base. Ces conditions sont de loin les plus douces et les plus rapides actuellement pour la synthèse d'esters. D'autre part, l'utilisation du DMF permet d'éviter la formation d'aggrégats et la formation de paires d'ions fortement associées et qui complique l'étude cinétique et mécanistique de la réaction.
Les réactions rapides présente un intérêt capital pour leur étude en microréacteur. En effet, l'étude cinétique est rendue facilitée en microréacteur qui permettent d'arrêter la réaction de façon reproductible après seulement quelques secondes de réaction. Ce qui est malheureusement impossible en réacteur classique.
Le montage expérimental utilisé dans cette étude repose sur l'utilisation de tubes capillaires en silice fondue en guise de microréacteurs. Toutes les expériences de microfluidique ont étées réalisées à partir de composant modulaires et peu coûteux. les deux flux de solutions de réactif dans le DMF sont introduits dans le système simultanément par une pompe seringue à haute pression à un micromixeur suivi par un réacteur tubulaire capillaire de longueur et de diamètre interne variable (diamètre interne 50-200 µm, longueur 50 cm à 3 m). Les deux seringues contenant les réactifs sont connectées via des capillaires de 0,30 m (i.d. 50 µm) au micromixeur. À cause de la perte de charge le long de ces tubes d'admission, les flux liquides circulent seulement dans une direction et aucun retour de mélange ne se produit. Le micromixeur est suivi par 0,5 à 3.0 m de capillaire selon l'expérience. Le réacteur tubulaire capillaire est maintenu à la température désirée dans un bain d'eau. Pour le micromélangeur, nous avons utilisé une puce de Nanomixer distributive multilaminante disponible dans le commerce. Son principe de fonctionnement repose sur un mélange par division recombinaison de 2 flux entrant se divisant en 16 microflux qui se recombinent 2 à 2 pour conduire à un flux laminaire diffusif multilaminé.
Montage expérimental :
