Développement d’un microréacteur sous activation microonde

Notre principal axe de recherche repose sur le développement et l’étude en synthèse organique de nouveaux outils issus des microtechnologies : les microréacteurs. Ces dispositifs microstructurés émergents qui offrent des perspectives nouvelles en termes d’intensification des procédés en synthèse organique, s’inscrivent dans une approche de développement durable.[1] Cette thématique récente est en essor constant au sein de notre laboratoire.

Nos principaux efforts reposent actuellement sur la combinaison de microréacteurs avec différentes techniques d’activation (activation microonde, activation photochimique, activation catalytique, activation thermique, ...) et encore le couplage de ces techniques entre elles (ex: photocatalyse).

Différents essais d’activation microonde en microsystème ont put être menés sur la réaction d’aldolisation catalysée par la proline.[2] En effet, cette réaction est généralement lente et peu sélective dans les conditions réactionnelles classiques (figure 1). Dans le cadre de cette étude, nous avons envisagé différentes approches afin de transposer cette réaction en microréacteur. Tout d’abord à température ambiante, la réaction n’est pas transposable en microréacteur, afin d’améliorer les rendements et d'étudier la sélectivité de la réaction, nous avons entreprit l’élaboration d’un montage permettant l’irradiation microonde du système à l’aide d’un four microonde de type MILESTONE (figure 1). Au niveau du montage expérimental, une première solution contenant un mélange de cyclohexanone (5 mmol) et de proline (20% mol.) dans 1 mL d'un mélange DMSO/H2O (10:0 à 8:2) et une seconde solution contenant du p-nitrobenzaldehyde (1 mmol) et un additif (20% mol.) dans 1 mL d'un mélange DMSO/H2O (10:0 à 8:2) sont introduite dans un mélangeur en T à un débit variable de 2 à 40 µL.min^-1. Après mélange, la solution résultante est introduite dans un capillaire (i.d. 200 µm, longueur = 3 m) irradié par microonde (40 à 200 W). Les produits sont ensuite collectés en sortie neutralisés par du NH₄Cl saturé, extrait par du dichlorométhane et analysés par RMN ¹H.

Figure 1. Montage de microréacteur sous activation microonde.

Ce dispositif nous a permit de descendre le temps réactionnel à quelques secondes (40 s) pour la réaction d’aldolisation. La sélectivité observée étant faible dans ces conditions, nous avons opté pour l’ajout d’eau et de ZnCl₂ comme acide de Lewis au milieu réactionnel permettant ainsi d’améliorer la chimiosélectivité et diastéréréosélectivité de la réaction (tableau 1).

Tableau 1. Aldolisation catalysée par la proline en microréacteur sous irradiation microonde.

Ces résultat sont très compétitif avec les travaux de Haswell [3].

_{[1] B. P. Mason, K. E. Price, J. L. Steinbacher, A. R. Bogdan, and D. Tyler McQuade Chem. Rev., 2007, 107 (6), 2300-2318.}

_{[2] T. D. Machajewski, C.-H. Wong, Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 1352-1374.}

[3] Wiles, C.; Watts, P.; Haswell, S. J.; Pombo-Villar, E. Lab Chip 2001, 1, 100.