Calixarènes et spiropyranes - Université Bordeaux 1

N° d’ordre : 4393
L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOC DOCTORALE TORALE DES SCIENCES CHIMIQUES
Par Laura JON JONUSAUSKAITE
POUR OBTENIR LE GRADE DE
SPÉCIALITÉ CHIMIE ORGANIQUE
Calixarènes alixarènes et spiropyranes : Conception de nouveaux
systèmes supramolécul
supramoléculaires aires photocontrôlés
Soutenue le : 13 Décembre 2011
Devant la commission d’examen formée de :
THÈSE
PRÉSENTÉE A
DOCTEUR
Directeur de recherche : Pr Jean-Luc POZZO
M. Gwénaël RAPENNE Professeur, Université Toulouse
M. Marc SALLE Professeur Professeur, Université d’Angers
Mme. Isabelle LERAY Chargée de recherche, ENS Cachan
Mme. Reiko ODA Chargée de recherche, Université Bordeaux 1
M. Jean-Luc POZZO Professeur, Université Bordeaux 1
M. Nathan McCLENAGHAN Chargé de recherche, Université Bordeaux 1
Rapporteur
Rapporteur
Examinateur
Président
Directeur
Examinateur
Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement

Remerciements
Cette thèse est l’achèvement de trois années de travail réalisé sous la direction du
Professeur Jean-Luc Pozzo à l’Institut des Sciences moléculaires de l’Université de Bordeaux
1 (UMR CNRS 5255) au sein du groupe Nanostructures Organiques (NEO). Je remercie
monsieur Philippe Garigues, directeur de l’ISM, de m’avoir accueillie au sein de l’institut
ainsi que le Ministère de la Recherche pour le financement de cette thèse (bourse MENRT).
Je remercie tous les membres du jury d’avoir accepté d’évaluer cette thèse :
Messieurs Marc Sallé, Professeur à l’Université d’Angers et Gwénaël Rapenne,
Professeur à l’Université Paul Sabatier de Toulouse pour avoir accepté de juger ce manuscrit
et d’en être les rapporteurs.
Madame Isabelle Leray, chargée de recherches à l’Ecole Nationale Supérieure de
Cachan pour avoir accepté d’examiner ce manuscrit et pour m’avoir accueillie et aidée au sein
de son laboratoire pendant quelques mois de collaboration.
Madame Reiko Oda, chargée de recherches à l’IECB, d’avoir accepté de présider le
jury de cette thèse.
Monsieur Nathan McClenaghan, chargé de recherches dans le groupe NEO, pour avoir
plus que largement contribué au sujet et à la progression de cette thèse.
Monsieur Jean-Luc Pozzo, Professeur à l’Université de Bordeaux 1, directeur occupé
mais toujours présent de cette thèse. Merci pour la liberté d’action, pour la confiance accordée
et pour le congrès franco-russe à Moscou.
Je remercie chaleureusement tous les membres actuels et anciens du groupe NEO qui
contribuent à la bonne ambiance de travail dans le laboratoire : Jean-Marc Vincent ; André
Del-Guerzo ; Dario Bassani ; Brigitte Bibal, souriante et de bon conseil ; Jean-Pierre
Desvergne, encourageant, de bon conseil et expert avec le logiciel Letagrop. Merci à Pascale
Godard et aux autres techniciens, ainsi qu’à tous les étudiants qui font vivre et avancer les
projets de recherche : merci en particulier à Aurélie et Martine ; aux amis taïwanais Ren-Wei,
Ming-Tzu et Chih-Kai ; à Aurélien et Arnaud, pour les molécules ; à Debdas ; à Luca ; sans
oublier mes camarades du « labo du fond » !
Enfin, je remercie ma famille pour son soutient et son aide, pour sa contribution non
négligeable au bon déroulement de cette thèse.
5

Abréviations ......................................................................................................................................... 15
Introduction générale .......................................................................................................................... 19
Chapitre 1 : Introduction à la notion de communication intermoléculaire photoinduite ............ 27
1.1. Communication intermoléculaire ........................................................................................... 27
1.2. Photochimie générale et processus photophysiques principaux au sein des molécules ...... 27
1.2.1. Absorption de la lumière et fluorescence ........................................................................ 27
1.2.2. Caractéristiques d’émission de fluorescence ................................................................... 30
1.3. Photochromisme ....................................................................................................................... 31
1.3.1. Généralités ......................................................................................................................... 31
1.3.2. Famille des spiropyranes .................................................................................................. 32
1.3.3. Applications des spiropyranes dans la chimie supramoléculaire .................................. 34
1.4. Transferts dans les milieux, diffusion ..................................................................................... 37
1.5. Principe de fonctionnement des sondes moléculaires iono-sensibles ................................... 37
1.5.1. Conception des fluoroionophores ..................................................................................... 37
1.5.2. Complexants des cations libres par des récepteurs : ionophores .................................. 39
1.5.3. Calixarènes ......................................................................................................................... 42
1.6. Phénomènes photoinduits pour la détection de cations ........................................................ 44
1.6.1. Transfert d’électron photoinduit PET ............................................................................. 44
1.6.2. Transfert de charge photoinduit PCT ............................................................................. 47
1.6.3. Transfert d’énergie ............................................................................................................ 49
1.6.4. Formation d’excimères ..................................................................................................... 50
1.7. Bilan ........................................................................................................................................... 52
Références ............................................................................................................................................ 54
Chapitre 2 : Relais d’ions dans un tunnel calix[4]arène induit par un spiropyrane photomodulé
............................................................................................................................................................... 63
2.1. Introduction : Conception d’un nouveau récepteur artificiel .............................................. 63
2.2. Stratégie mono-moléculaire 1 .................................................................................................. 68
2.2.1. Construction à partir du spiropyrane ............................................................................. 68
2.2.2. Synthèse des composants du système supramoléculaire ................................................ 72
a) Synthèse de la partie calixarène ............................................................................................. 72
b) Synthèse de la partie spiropyrane ......................................................................................... 74
2.2.3. Résultats de la stratégie monomoléculaire 1 ................................................................... 82
2.3. Stratégie monomoléculaire 2 ................................................................................................... 82
9

10
2.3.1. Construction à partir du calixarène ................................................................................ 82
2.3.2. Synthèse des composants du système supramoléculaire ................................................ 84
a) Synthèse de la partie spiropyrane .......................................................................................... 84
b) Synthèse de la partie calixarène............................................................................................. 86
2.3.3. Résultats de la stratégie monomoléculaire 2 ................................................................... 89
2.4. Stratégie bimoléculaire ............................................................................................................ 89
2.4.1. Stratégie calixarène + spiropyrane .................................................................................. 89
2.4.2. Synthèse des composants du système bimoléculaire ...................................................... 91
a) Méthode de synthèse 1 ............................................................................................................ 92
b) Méthode de synthèse 2 ............................................................................................................ 94
2.4.3. Résultats des études spectroscopiques avec différents cations ...................................... 96
a) Etudes spectroscopiques des spiropyranes ........................................................................... 96
b) Etudes spectroscopiques du calixarène ............................................................................... 102
2.5. Conclusion générale et perspectives...................................................................................... 113
Références .......................................................................................................................................... 115
Chapitre 3 : Communication photocontrôlée entre un récepteur photosensible et une sonde
moléculaire PET ................................................................................................................................ 121
3.1. Introduction : Système bimoléculaire photocontrôlé .......................................................... 121
3.1.1. Récepteur fluorescent : sonde moléculaire PET ........................................................... 121
3.1.2. Récepteur moléculaire photosensible : déclencheur ..................................................... 123
3.2. Synthèse des deux récepteurs ................................................................................................ 125
3.2.1. Synthèse du récepteur portant l’anthracène ................................................................. 125
3.2.2. Synthèse du récepteur portant un spiropyrane ............................................................ 127
a) Couplage pallado-catalysé direct ......................................................................................... 127
b) Couplage pallado-catalysé de Buchwald ............................................................................. 129
c) Couplage par estérification .................................................................................................. 137
3.3. Etudes spectroscopiques des deux récepteurs ...................................................................... 141
3.3.1. Etude modèle : simulation sans spiropyrane ................................................................ 141
a) Etude du récepteur anthracène............................................................................................ 142
b) Etude des récepteurs concurrents ....................................................................................... 148
c) Etudes avec 3-1 et récepteurs concurrents ensemble : cas du sodium .............................. 151
d) Etudes avec 3-1 et récepteurs concurrents ensemble : cas du barium ............................. 155
3.3.2. Etudes avec spiropyrane ................................................................................................. 156
3.4. Détecteurs moléculaires d’ions alternatifs ........................................................................... 167

3.4.1. Synthèse des récepteurs alternatifs ................................................................................ 168
3.4.2. Etudes spectroscopiques des trois composés alternatifs .............................................. 169
3.5. Conclusion générale et perspectives...................................................................................... 175
Références .......................................................................................................................................... 178
Chapitre 4 : Transfert photoinduit d’un messager moléculaire vers un complexe
d’Europium(III) ................................................................................................................................ 185
4.1. Introduction : Notions générales et stratégie de transfert photoinduit ............................. 185
4.1.1. Complexes de lanthanides ............................................................................................... 185
4.1.2. Effet antenne .................................................................................................................... 186
4.1.3. Chélation d’antenne photocontrôlée .............................................................................. 187
4.2. Synthèse des constituants du système ................................................................................... 189
4.2.1. Synthèse du complexe ..................................................................................................... 189
4.2.2. Synthèse de l’antenne ...................................................................................................... 190
4.3. Etudes spectroscopiques des composants du système ......................................................... 192
4.3.1. Etudes de l’antenne ......................................................................................................... 192
4.3.2. Etudes du complexe ......................................................................................................... 195
4.3.3. Photodéprotection de l’antenne naphtalène et complexation ...................................... 201
4.3.4. Effets du milieu ................................................................................................................ 202
4.3.5. Effets d’un spiropyrane .................................................................................................. 203
4.4. Conclusion ............................................................................................................................... 207
Références .......................................................................................................................................... 209
Conclusion générale .......................................................................................................................... 215
Chapitre 5 : Partie expérimentale .................................................................................................... 223
5.1. Solvants et réactifs .................................................................................................................. 223
5.2. Purification et caractérisation des produits ......................................................................... 223
5.2.1. Chromatographie sur souche mince et sur colonne ..................................................... 223
5.2.2. Résonance magnétique nucléaire (RMN) ...................................................................... 223
5.2.3. Spectrométrie de masse ................................................................................................... 224
5.2.4. Spectroscopie d’absorption UV/visible et de fluorescence ........................................... 224
5.3. Mode opératoire pour les dosages ......................................................................................... 225
5.4. Synthèse des molécules ........................................................................................................... 225
Références .......................................................................................................................................... 261
11

Abréviations
Solvants et réactifs
EtOH Ethanol APTS Acide para-toluènesulfonique
DMF Diméthylformamide TFA Acide trifluoroacétique
DMSO Diméthylsulfoxide PPh3 Triphénylphosphine
THF Tétrahydrofurane KOH Hydroxyde de potassium
TMS Tétraméthylsilane MgSO4 Sulfate de magnésium
DIPEA Diisopropyléthylamine Na2SO4 Sulfate de sodium
NEt3 Triéthylamine K2CO3 Carbonate de potassium
NH3 Ammoniaque NaCl Chlorure de sodium
Techniques de caractérisation :
RMN Résonance Magnétique Nucléaire
UV/visible Ultraviolet-Visible
Unités : Abréviations et symboles :
Hz Hertz λexc Longueur d’onde d’excitation
MHz Méga Hertz λem Longueur d’onde d’émission
nm Nanomètre ε Coefficient d’extinction molaire
ppm Partie par million τ Durée de vie
min Minute ФF Rendement quantique de
°C Degré Celsius fluorescence
kJ Kilo joule Ka Constante d’association
L Litre Kd Constante de dissociation
mL Millilitre TA Température ambiante
mol Mole HPLC High Performance Liquid
mmol Millimole Chromatography
g Gramme
15

Introduction générale
19

Les systèmes naturels photoactifs sont à l’origine de la vie sur terre. Si on les étend
aux systèmes naturels d’échange d’informations, la complexité et les possibilités à l’échelle
moléculaire deviennent infinies. La photosynthèse, la vision, la transmission des signaux
nerveux sont autant de processus vitaux qui se jouent au niveau moléculaire et qu’il est très
intéressant de connaître pour mieux les comprendre, car on comprend ainsi la vie.
Les processus photoactifs utilisent l’énergie lumineuse comme déclencheur : elle
engendre une réaction photochimique permettant de capter l’énergie lumineuse dans le but de
la transformer en énergie chimique. Mais pour utiliser l’énergie, quelques pré-requis sont
nécessaires. Par exemple, les feuilles des arbres sont vertes car elles absorbent toutes les
autres couleurs de la lumière du soleil, optimisant ainsi l’absorption de l’énergie lumineuse.
Avant toute chose, il faut donc être capable d’absorber la lumière. Après l’absorption, il faut
être capable de transmettre cette énergie vers un site réactionnel ce qui sera à l’origine de
transformations au cours du processus. Il faut ensuite être capable d’utiliser utilement cette
énergie, comme par exemple la stocker dans des réservoirs tels que l’adénosine triphosphate
(ATP), ou l’utiliser directement comme dans le cas des molécules photochromes dont la
couleur change grâce à la lumière.
Le défi est de réussir à reproduire ces systèmes naturels surpuissants de façon
artificielle. Ils sont le plus souvent composés de plusieurs parties distinctes qui ont un rôle
défini et essentiel dans le fonctionnement global. Cela rend le défi d’autant plus ambitieux car
la multiplication des composants multiplie également la complexité. Reproduire les principes
intervenant dans les processus biologiques permet d’élaborer des systèmes artificiels qui
reposent sur la reconnaissance moléculaire, des transferts d’énergie ou d’électrons. Ceci ouvre
la porte à la conception de systèmes photoactifs fonctionnels utiles pour la conversion de
l’énergie solaire, la détection d’espèces chimiques ou la photosensibilisation : les domaines
d’application sont nombreux.
Le projet de recherche de cette thèse a pour ambition la conception de nouveaux
récepteurs moléculaires artificiels exploitant les propriétés complexantes des calixarènes et
des couronnes liées aux propriétés photophysiques et photochimiques des photochromes
spiropyranes. L’alliance supramoléculaire ainsi formée doit permettre d’exploiter les
processus de photoéjection et ensuite de détection par un site distant, c’est-à-dire d’établir une
communication à l’échelle moléculaire grâce à la lumière.
Le chapitre 1 est une présentation générale des récepteurs moléculaires, du
photochromisme ainsi que des processus photochimiques communs possibles au sein des
molécules.
21

22
Le chapitre 2 présente des approches vers un système de transfert d’ion séquentiel
photoguidé à travers un tunnel calixarène et les différentes stratégies de sa conception.
Le chapitre 3 décrit un système multi-composant où le transfert d’ion photoinduit se
fait entre plusieurs molécules.
Enfin, le chapitre 4 est la présentation d’un système supramoléculaire de transfert de
fragment moléculaire photocontrôlé et hydrosoluble utilisant les lanthanides comme site de
coordination.
Ce travail repose sur différents aspects de la photochimie moderne, allant de la
conception, de la synthèse organique pour la construction des différents systèmes à
l’utilisation des techniques spectroscopiques pour l’étude de ces systèmes.

Chapitre 1 : Introduction à la notion de communication
intermoléculaire photoinduite
25

Chapitre 1 : Introduction à la notion de communication intermoléculaire photoinduite
1.1. Communication intermoléculaire
La communication naturelle entre des bio-supra-molécules repose énormément sur la
communication chimique où des messagers chimiques tels que des ions ou des hormones
régulent des processus divers et variés au sein de ces structures supramoléculaires. Dans cette
thèse, nous nous sommes intéressés à la communication moléculaire dans des systèmes
supramoléculaires induite par la lumière. Elle est en effet un puissant moyen d’induction de
transformations physiques ou chimiques.
molécules
1.2. Photochimie générale et processus photophysiques principaux au sein des
1.2.1. Absorption de la lumière et fluorescence
La photochimie 1,2,3 étudie les transformations chimiques des molécules sous l’action
de la lumière : elle regroupe les travaux dont la finalité est de déterminer la nature des états
excités réactifs des molécules obtenus par absorption de la lumière et d’établir les
mécanismes selon lesquels s’opèrent les changements intra et intermoléculaires initiés par le
rayonnement. Selon la théorie de Planck, l’absorption d’énergie se fait par étapes, chaque
étape ou transition correspond à l’absorption d’un quantum d’énergie (photon). L’énergie de
ce quantum, E, est donnée par l’équation de Planck E = hν, où h est la constante de Planck et
ν la fréquence de la radiation absorbée. L’énergie minimale requise pour une excitation
électronique d’une molécule organique est d’environ 30 à 40 kcal/mol et ce qui correspond à
la lumière rouge (700-800 nm). L’énergie maximale communément employée est d’environ
140 kcal/mol et correspond à l’ultraviolet (200 nm). Les radiations de longueur d’onde
supérieure à 800 nm sont généralement trop peu énergétiques pour permettre une transition
électronique alors que celles inférieures à 200 nm le sont trop, et correspondent à des énergies
de dissociation des molécules.
Le diagramme de Perrin-Jablonski 4 permet de visualiser l’ensemble des processus
possibles lors de l’excitation d’une molécule :
- Absorption du photon
- Conversion interne IC
27

28
- Relaxation vibrationnelle
- Fluorescence
- Croisement intersystème ISC
- Phosphorescence
Des niveaux vibrationnels sont associés à chaque état électronique.
E
S 0
Figure 1-1 : Diagramme de Perrin-Jablonski.
L’absorption est un phénomène très rapide par rapport aux autres processus décrits
dans la figure 1-1 : selon le principe de Franck-Condon 5 , le temps requis pour l’absorption
d’un photon et pour le passage d’un électron à l’état excité est très court (environ 10 -15 s) et ne
permet pas aux noyaux de se déplacer, mais les électrons sont redistribués.
En solution, l’absorption de la lumière se traduit par une décroissance exponentielle du
faisceau incident, selon la loi de Beer-Lambert :
S 2
IC
S 1
A(λ) = log I0
It
= ε(λ) . l . C Equation 1-1
où A(λ) est l’absorbance à la longueur d’onde λ, I0 l’intensité du faisceau incident, It
l’intensité du faisceau transmis, l le chemin optique, ε(λ) le coefficient d’extinction molaire à
le longueur d’onde λ et C la concentration de la molécule qui absorbe la lumière.
IC
ABSORPTION FLUORESCENCE
Après absorption d’un photon, une transition électronique a lieu : un électron passe
d’une orbitale moléculaire à une autre, peuplant ainsi un état électroniquement excité de la
ISC
T 1
PHOSPHORESCENCE
T 2
ISC

molécule. Pour la plupart des molécules organiques dans leur état fondamental, tous les
électrons ont leurs spins appariés : un tel état est appelé un état singulet. Au cours de la
transition électronique, la règle de conservation de spin de Wigner nécessite une conservation
du moment global de spin du système : l’état excité sera donc un état singulet. Mais la règle
de Winger peut être violée : par une interaction spin-orbite, l’électron peut renverser son spin
au cours de la transition générant ainsi l’état triplet (figure 1-2). L’interaction spin-orbite
augmente au voisinage d’un atome avec un nombre atomique élevé, cette augmentation est
appelée effet d’atome lourd.
Figure 1-2 : Etats électroniques.
Les termes singulet et triplet proviennent de la multiplicité des raies correspondantes
en spectroscopie. Un singulet a un moment résultant de spin nul (S = ½ – ½ = 0), sa
multiplicité est donc 2S+1 = 1 ; un triplet a un moment de spin égal à 1 (S = ½ + ½ = 1), sa
multiplicité est donc 2S+1 = 3.
La fluorescence est un processus de désactivation radiative par émission d’un photon à
partir d’un état singulet. La durée de vie de ce phénomène est très courte (10 -9 à 10 -7 s). Ses
caractéristiques ne dépendent pas de la longueur d’onde d’excitation. Le déplacement spectral
de la fluorescence vers les plus grandes longueurs d’onde par rapport au spectre d’absorption
est couramment appelé déplacement de Stokes. Il correspond à la perte d’énergie entre le
photon absorbé et le photon émis essentiellement par relaxation vibrationnelle et dépend
fortement du solvant utilisé. La fluorescence est en compétition avec la désexcitation non
radiative où toute l’énergie d’excitation est transformée en chaleur par conversion interne ce
qui est favorisée par une faible différence énergétique entre l’état fondamental et l’état excité.
Une transition non radiative a alors lieu vers un niveau vibrationnel de l’état fondamental,
isoénergétique de l’état S1 (10 8 à 10 9 s -1 ), puis une relaxation vibrationnelle (10 12 à 10 10 s -1 )
vers l’état fondamental qui intervient en phase liquide lorsque la molécule perd son excès
d’énergie vibrationnelle par collision avec les molécules du solvant ou avec d’autres
molécules présentes.
LUMO
HOMO
Etat fondamental
singulet S 0
Etat excité
singulet S 1
Etat excité
triplet T 1
29

30
Typiquement, le mécanisme du croisement intersystème fait intervenir un couplage
entre l’état excité S1 et un état vibrationnel isoénergétique de l’état triplet T1, puis une
relaxation vibrationnelle vers l’état triplet T1 thermiquement équilibré. La conversion
intersystème est donc une conversion interne avec changement de spin et est interdite par la
règle de Wiger, mais ce processus peut être facilité par la présence d’atomes lourds et donc
par un couplage spin-orbite important. Cette transition est plus lente que la conversion
interne. Vu que la désexcitation par transition triplet-singulet appelée phosphorescence est
interdite, le retour à l’état fondamental se fait sur un temps plus long. Ainsi, la durée de vie de
l’état triplet est beaucoup plus grande que celle de l’état singulet excité, 10 -6 à 10 s.
1.2.2. Caractéristiques d’émission de fluorescence
Une molécule, dans l’état excité S1, peut revenir à son état fondamental par plusieurs
phénomènes concurrents : elle peut se relaxer par voir radiative, c’est-à-dire par fluorescence
avec une constante radiative kF ou par voie non radiative, par conversion interne avec une
constante kIC, ou encore par croisement intersystème avec une constante kISC. Une constante
kNR est alors définie principalement par la somme des deux constantes non radiatives kIC et
kISC, en l’absence de processus tels que le transfert d’énergie ou d’électrons.
Dans le cas le plus simple d’une solution contenant une espèce fluorescente A excitée
par une impulsion lumineuse très courte à t=0, un certain nombre des molécules est amené à
un état excité S1. La cinétique de désexcitation suit alors la loi suivante :
- d[1A*] = (kF + kNR) [
dt
1 A*] Equation 1-2
où [ 1 A*] représente la population de molécules A à l’état excité S1, kF la constante de vitesse
de désexcitation radiative par fluorescence et kNR la constante de vitesse globale de
désexcitation non radiative. Dans le cas de faible absorbance (A

IF(t) = kF[A*] = kF[A*]0.exp (- t
τ
Où τ =
1
kF + kNR
) Equation 1-3
Equation 1-4
Le rendement quantique de fluorescence ΦF est défini comme le rapport du nombre de
photons émis par fluorescence sur le nombre de photons absorbés. Le rendement quantique
ΦF d’un composé est mesuré par rapport à une référence dont le rendement quantique est
connu. Connaissant les valeurs de ΦF et de la durée de vie τ, les valeurs des différentes
constantes peuvent être calculées via les relations suivantes :
1.3. Photochromisme
1.3.1. Généralités
ΦF =
kF
kF + kNR
kF = ΦF
τ ; kNR
1 - ΦF
=
τ
= kF. τ Equation 1-5
Equation 1-6
Une des transformations chimiques induites par la lumière est le photochromisme 6,7,8 :
une substance qui, sous l’action de la lumière, subit un changement de couleur réversible est
dite photochrome. Le changement de couleur est provoqué par une réaction photochimique au
sein de la molécule (isomérisation cis-trans, réaction d’électrocyclisation, tautomérisation,
dissociation…). La réaction photochimique est unimoléculaire dans la plupart des cas et
transforme une espèce A en une espèce isomère B grâce à un rayonnement électromagnétique.
Les deux espèces n’ont pas les mêmes spectres d’absorption et possèdent même des
propriétés physico-chimiques différentes. La forme A est généralement irradiée dans
l’ultraviolet et la forme B obtenue doit posséder au moins une bande d’absorption à des
longueurs d’onde supérieures à celles de l’état A (figure 1-3).
Abs
A
B A B
hν 1 (UV)
hν 2 (Vis) ou ∆
Figure 1-3 : Spectres d’absorption issus de la transformation photochromique.
λ
31

32
La réaction de retour de la forme B vers la forme A peut se faire thermiquement ou
photochimiquement. Les premiers exemples de phénomènes de photochromisme datent de la
seconde moitié du 19 ème siècle 9 et depuis, les nombreux travaux et investigations ont
démontré leurs diverses propriétés et surtout l’intérêt de l’utilisation des différents systèmes
photochromes dans les domaines de l’optoélectronique 10 , l’électronique moléculaire, la
fabrication de machines moléculaires 11,12 tout comme dans le domaine biomédical (systèmes
enzymatiques photo-modulables par exemple 13 ). 14,15
1.3.2. Famille des spiropyranes
Une des familles des composés photochromes regroupe les molécules appelées
spiropyranes. 16 Elles sont composées de deux parties hétérocycliques reliées par un atome de
carbone tétraédrique hybridé sp 3 .
C
O
Figure 1-4 : Représentation schématique d’un spiropyrane.
Ces deux parties se trouvent chacune dans deux plans orthogonaux (figure 1-4). La
partie droite appelée benzopyrane ou 2H-chromène est commune à toutes les structures de
spiropyranes. Elle peut être substituée par différents groupements dont la présence peut
modifier les caractéristiques du photochromisme de la molécule. La partie gauche des
spiropyranes peut varier mais elle est hétérocyclique, saturée ou aromatique. Les variations
dans les structures sont très nombreuses, et nous font sortir de la famille des spiropyranes. Par
exemple, si la double liaison de la partie 2H-chromène porte un atome d’azote, la molécule
n’est plus un spiropyrane mais une oxazine. 17
Ces molécules incolores absorbent dans l’ultraviolet, entre 200 et 400 nm.
Lorsqu’elles sont irradiées dans ces longueurs d’onde, elles subissent la rupture de la liaison
C – O, ce qui conduit à la formation d’un isomère appelé mérocyanine très coloré qui cette
fois-ci absorbe dans le visible, entre 500 et 800 nm.

Figure 1-5 : Schéma simplifié de l’équilibre photochromique des spiropyranes.
La rupture de la liaison C – O provoque en fait l’extension de la conjugaison à
l’ensemble des deux parties formant le spiropyrane ce qui entraine le déplacement des bandes
d’absorption vers le visible, de plus, les deux parties initialement situées dans deux plans
différents sont réunies dans un même plan (figure 1-5). On passe donc d’une forme fermée
incolore à une forme ouverte colorée. Mais les spiropyranes sont sensibles à la fatigue 18 : de
trop longues irradiations ou des cycles ouverture-fermeture trop nombreux (plus de 1000)
peuvent conduire à la dégradation des molécules.
La nature du solvant influence le photochromisme des spiropyranes à cause de la
différence de polarité entre la forme fermée peu polaire et la forme ouverte très polaire. Dans
un solvant non polaire, seule la formée fermée est présente alors que dans un solvant polaire,
le spiropyrane peut s’ouvrir thermiquement, la forme ouverte étant légèrement stabilisée par
la polarité du solvant. Globalement, l’équilibre entre la forme fermée et la forme ouverte
dépend de la polarité du solvant, de la nature des substituants et de la concentration des
solutions.
N
R
O
NO 2
hν 1 (UV)
hν 2 (Vis) ou ∆
Le retour vers la forme fermée peut être thermique ou photochimique : une irradiation
à une longueur d’onde différente de la longueur d’onde d’ouverture peut être utilisée. La
décoloration par irradiation dans le visible est très efficace étant donné que le spectre
d’absorption de la forme ouverte est décalé dans le visible. On distingue en général les
cinétiques lentes et les cinétiques rapides dans le retour thermique. Ces dernières sont très
complexes et permettent d’étudier les espèces fugaces qui suivent le flash d’irradiation. Les
cinétiques lentes étudient quant à elles la disparition de la forme ouverte. Elles sont du
premier ordre par rapport à l’espère et les décolorations peuvent durer de quelques secondes à
quelques jours, selon la structure du spiropyrane étudié. Cependant, les cinétiques de la
plupart des spiropyranes sont très rapides ce qui rend les études photophysiques difficiles. Par
exemple, la détermination des coefficients d’extinction molaire des formes ouvertes ou encore
des rendements quantiques d’ouverture ne peuvent être calculés qu’avec de grandes
approximations ou avec un matériel extrêmement pointu et difficile d’accès. 7,19
N
R
O
NO 2
33

34
1.3.3. Applications des spiropyranes dans la chimie supramoléculaire
La seule intervention de la lumière pour générer une réaction chimique peut être très
utile : c’est un moyen non invasif permettant d’achever une transformation ciblée et limitée
dans l’espace et dans le temps. En particulier, les spiropyranes peuvent jouer un rôle
important pour attendre ce but.
Il existe de nombreux exemples d’utilisation des spiropyranes en tant que switches
photo-contrôlant des systèmes supramoléculaires. 20 Les biomatériaux sont également
concernés par les stratégies employant la lumière : il peut être intéressant de contrôler les
propriétés des sites enzymatiques ou de certaines protéines par la lumière. Un photochrome
intégré à ce genre de système peut ainsi jouer le rôle de tableau de bord activant ou
désactivant les activités des systèmes. Par exemple, dans la figure 1-6, à la protéine
concanavaline A est greffé un spiropyrane. L’ouverture par la lumière de ce dernier modifie
les propriétés de reconnaissance de la protéine envers ses cibles : la forme ouverte ne
reconnait plus les sucres qui lui sont spécifiques. 21
Figure 1-6 : Exemple de la concanavaline A, dont l’activité de reconnaissance est
photocontrôlée.
Un autre exemple utilise un spiropyrane dont l’ouverture-fermeture est exploitée pour
localiser un système oxydo-réductif dans une membrane et mieux étudier le mécanisme
transmembranaire. 22
N O NO2
O O
NH
Lys
Concanavalin A
1-1
hν 1 (UV)
hν 2 (Vis) ou ∆
Les spiropyranes ont également été inclus dans des systèmes complexants pour photo-
contrôler la formation de complexes ou à l’inverse, pour contrôler le photochromisme par la
complexation. Les différences des propriétés physiques et chimiques de la forme fermée et de
la forme ouverte sont exploitées pour rendre la complexation favorable ou défavorable selon
si l’irradiation a eu lieu ou non. La figure 1-7 illustre ce principe : la complexation du cation
K + implique l’oxygène de la forme fermée de 1-2 et non pas de la forme ouverte qui l’éloigne
N
O O
NH
Lys
Concanavalin A
O
NO 2

trop de la couronne. La présence des cations dans le milieu va donc inhiber l’ouverture du
spiropyrane. 23,24
Figure 1-7 : Exemple de contrôle du photochromisme du spiropyrane par la
complexation.
Dans la figure 1-8, la présence de cation Na + permet de favoriser l’ouverture du
spiropyrane 1-3 en impliquant le phénolate ainsi créé dans la complexation, mais l’irradiation
dans le visible entraine la fermeture du spiropyrane, et donc l’éjection du cation dans le
milieu.
1-3
O
O
N
O
Figure 1-8 : Influence de la complexation sur le photochromsme et du photochromisme
sur la complexation.
Lorsque les spiropyranes sont dans leur forme ouverte zwitterionique, l’oxygène
chargé négativement devient une excellente base et peut donc être protoné très facilement.
Mais les spiropyranes peuvent également se protoner depuis leur forme fermée bien que cette
réaction soit beaucoup plus lente que la protonation de la forme ouverte. 25 La forme ouverte et
protonée montre une bande d’absorption dans le visible différente des bandes caractéristiques
des formes ouverte (bandes dans l’ultraviolet) et fermée (en général bande très intense dans le
visible). Cette propriété peut être exploitée en parallèle de l’ouverture-fermeture
photochimique pour concevoir des systèmes logiques sensibles à plusieurs stimuli comme les
systèmes de Raymo. 26
O
O
N O NO 2
O
N
O
O
N O
O
1-2
+
Na +
NO2
KI
hν 2 (Vis) ou ∆
Noir
hν 2 (Vis) ou ∆
N O
O K O
O O
+
N O NO 2
N O
O N
O Na
O
O
+
NO2
35

36
N
R
O NO 2
Lumière
visible
O2
Acide
Lumière UV
Lumière visible
ou obscurité
Figure 1-9 : Exemple d’un spiropyrane à trois états réversibles constituant un circuit
logique.
La figure 1-9 montre l’exemple d’une molécule de la famille des spiropyranes sensible
à la fois à la lumière et à l’acidité dont les trois états réversibles constituent un circuit logique
parmi les nombreux exemples de portes logiques moléculaires. 10,11,27 Il est également possible
d’exploiter cette propriété pour concevoir des machines moléculaires contrôlées et par la
lumière et par les conditions acido-basiques (figure 1-10). 28
N
R
I1
I2
I3
HO
Figure 1-10 : Machine moléculaire contrôlée par un transfert de photon
NO2
N O NO 2
N HO
OH
N N
+
H +
N
H
photoinduit.
O
O
N
H
N N
H
H
H H
N N
O
Acide
O
OC8H1 7
OC8H 17
O
O
OC 8 H 17
N
R
Base
H
OH
NO2 + H +
hν
vis
SP
∆
A +
[C AH] 2+
+
MEH +
O1
C
O
NO2

C’est cette dernière propriété qui est exploitée dans cette thèse : l’existence des trois
formes réversibles et le passage facile entre elles constituent un switch avantageux pour les
systèmes décrits.
1.4. Transferts dans les milieux, diffusion
La création de systèmes artificiels utilisant la lumière comme déclencheur
d’événements chimiques tels qu’un transfert d’ion d’une unité vers une autre nécessité de
tenir compte de l’environnement dans le quels le processus a lieu, surtout dans des systèmes
pluri-moléculaires. En effet, le fonctionnement de tels systèmes requiert d’abord un stimulus
déclencheur, puis une migration d’espèces et enfin la détection du changement.
Toutes les espèces dans un milieu sont soumises au mouvement brownien par
l’énergie thermique. Ainsi, dans des systèmes supramoléculaires de taille importante, il n’est
pas à négliger. L’équation de Nernst-Einstein 1-7 traduit la relation entre la position
statistique < r² > de l’espèce et le temps en fonction des paramètres du mouvement brownien
(k), de la température (T) et du coefficient de friction (µt).
< r² > = α . t = 6kT. t
µt
Equation 1-7
Selon cette équation, la distance d’une espèce par rapport à son point d’origine
augmente au cours du temps. Ceci implique des processus assez lents, si l’on tient compte en
plus que la diffusion est également un phénomène lent. Mais dans les systèmes naturels, c’est
la norme : les éjections d’ion, les modifications de concentrations et leurs conséquences sont
toujours soumises à ces lois de transfert et de diffusion.
1.5. Principe de fonctionnement des sondes moléculaires iono-sensibles
1.5.1. Conception des fluoroionophores
La détection de cations est un sujet important qui intéresse les scientifiques, qu’ils
soient chimistes, biologistes, biochimistes ou environnementalistes. Le sodium, le potassium,
le magnésium et le calcium sont impliqués dans des processus biologiques vitaux tels que la
transmission de signaux nerveux, la contraction musculaire ou encore la réplication cellulaire.
37

Par ailleurs, d’autres ions métalliques font partie intégrante des métalloenzymes. En
médecine, il est important de contrôler les niveaux de lithium pour les patients dépressifs et
les niveaux de potassium dans les cas de pression sanguine élevée. En ce qui concerne le fer,
le cuivre, le zinc ou l’aluminium, leur possible implication dans la maladie d’Alzheimer est
étudiée. 29 Ces mêmes éléments (zinc, fer, manganèse) sont nécessaires à la survie de
microorganismes sur lesquels reposent des écosystèmes entiers. Enfin, le mercure, le plomb et
le cadmium sont hautement toxiques pour les organismes et leur détection est d’autant plus
importante dans les tous premiers stades de pollution.
38
Ainsi, des détecteurs capables de reconnaître sélectivement ces cations ont des
applications potentielles dans tous les domaines cités : la chimie, la biologie, la médecine, etc.
Parmi les différentes méthodes analytiques disponibles pour la détection de cations, la
fluorimétrie offre plusieurs avantages : la sensibilité, la sélectivité, la rapidité des mesures…
C’est dans ce cadre que les détecteurs sélectifs et fluorescents de cations sont développés et de
plus en plus étudiés. Ce genre de détecteur, capable de reconnaître un cation et de signaler par
fluorescence sa présence est appelé fluoroionophore. Ces sondes fluorescentes iono-sensibles
sont donc typiquement constituées de deux parties : un fluorophore relié à un ionophore. Un
fluoroionophore efficace doit pouvoir convertir la reconnaissance du cation par l’ionophore en
une réponse lumineuse sensible et facile à suivre du fluorophore. 30,31,32,33,34,35
Fluorophore Ionophore
Fluoroionophore libre
Figure 1-11 : Principe de la reconnaissance d’un cation par un fluoroionophore.
La reconnaissance du cation par l’ionophore a pour conséquence une ou plusieurs
modifications dans les propriétés photophysiques mesurables du fluorophore qui seront ainsi
les caractéristiques optiques de la reconnaissance ionique (figure 1-11).
La conception de nouveaux fluoroionophores pour la détection de cations nécessite
donc l’optimisation de la partie complexante ainsi que la détermination des phénomènes
photophysiques mis en jeu pour un fonctionnement adéquat du fluorophore. Les exemples de
la littérature seront utilisés pour illustrer cette démarche.
Modification des propriétés
photophysiques du
fluoroionophore complexé
(λ abs, λ ém, Φ F, τ)

1.5.2. Complexants des cations libres par des récepteurs : ionophores
Dans la conception d’un fluoroionophore, le motif ionophore ne doit pas être choisi au
hasard. Il est en effet responsable de la sélectivité et de l’efficacité de complexation. Sa
structure, les caractéristiques du cation cible (taille, charge, nombre de coordination, caractère
dur ou mou…) ainsi que la nature de l’environnement étudié (solvant, pH, force ionique…)
vont être les paramètres déterminants dans le choix du bon ionophore.
L’ionophore, qui porte littéralement l’ion, doit donc être adapté à cet ion pour
maximiser l’effet du fluoroionophore. La structure est l’un des premiers choix à faire :
- Chélatant ou podant (figure 1-12) : le podant 1-3 complexe grâce à ses chaines
polyamines Cu 2+ et Ni 2+ . 36 Le chélatant 1-4 est quant à lui un bon complexant des ions
Mg 2+ . 37
H 2 N
NH HN
O O
CH 2
NH 2
Fluorophore Ionophore
Figure 1-12 : Exemples de structures possibles dans la famille des chélatants et des
podants.
- Cryptand (figure 1-13) : les cryptands 1-5 et 1-6 sont des exemples des structures
macrobicycliques sélectifs aux cations alkalins. 38
Ion
O O O
O
N
O
O O
1-3 1-4
39

40
O
Figure 1-13 : Exemples de structures possibles dans la famille des cryptands.
- Ether-couronne (figure 1-14) : L’éther-couronne 1-7 est très sensible à Na + . 11 1-8 qui
est un éther diazacouronne dont la taille correspond bien aux cations K + et Ba 2+ met en
jeu la formation d’excimères des unités pyrène. 39 1-9 fonctionne avec le même
principe, mais il peut former un complexe 2:1 avec Na + et 1:1 avec K + . 40
O
O
O
O O N N
N N
n (H 2C) (CH 2) n
O
N
O
O O
O
O
O
N
N
Figure 1-14 : Exemples de structures possibles dans la famille des éther-couronnes.
O
O
O
O
O O
1-5 1-6
1-7
1-8
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
1-9

L’utilisation de macrocycles comme les cryptands ou les éther-couronnes mènent en
général à la formation de complexes plus stables. L’origine de cet effet macrocyclique est
entropique puisqu’un ligand linéaire doit modifier considérablement sa conformation lors de
la complexation alors qu’un ligand macrocyclique est déjà pré-formé.
- Calixarène 41,42 (figure 1-15) : le ligand calixarène 1-10 est très sélectif à l’ion Li + . 43
Le ligand calixarène 1-11 complexe quant à lui des ions beaucoup plus grands et dont
le caractère mou correspond à la présence de nombreux soufres dans la structure de ce
ligand : Cd 2+ en particulier. 44
HO
O
Figure 1-15 : Exemples de structures possibles dans la famille des calixarènes.
De façon générale, les complexes formés entre le cation et l’ionophore peuvent être
décrits par l’équation suivante :
O O
HO O
N S S
S S
OH
O
O2S O2S L + M + [LM] +
[ ]+
Ka =
[L][M + ] Equation1-8
Kd = 1
Ka
Equation 1-9
Où L est le ligand, M + le métal, Ka la constante d’association et Kd la constante de
dissociation. La complexation peut également être exprimée par le paramètre logβ qui tient
compte, s’il y a lieu, des différentes contributions du récepteur sous ses différents états.
N
1-10 1-11
N
S
41

42
La sensibilité du récepteur, exprimée par la constante de dissociation Kd, doit être
adaptée à la gamme de concentration du cation visé. Si la sonde est trop sensible, une forte
concentration de cation va la saturer prématurément. A l’inverse, une sonde peu sensible ne
détectera pas les cations en trop faible concentration.
L’évolution de l’équilibre de complexation peut être envisagée sous un aspect
thermodynamique. La variation de l’enthalpie libre ∆G correspond à l’énergie chimique
libérée par une réaction chimique et est décrit par la relation de Gibbs suivante :
∆G = ∆H – T∆S Equation 1-10
Où ∆G est la variation d’enthalpie libre, ∆H la variation d’enthalpie et ∆S la variation
d’entropie. L’enthalpie libre peut également être exprimée par l’équation suivante :
∆G = ∆G° + RT ln Keq Equation 1-11
Où ∆G° est l’enthalpie libre standard et Keq la constante d’équilibre du système. Ceci
permet de prévoir l’efficacité de l’échange grâce à l’enthalpie libre standard ∆G° : les
réactions spontanées ont un ∆G° négatif.
Lorsque le système atteint son équilibre, ∆G = 0 d’où ∆G° = – RT ln Keq. Cette
relation permet d’évaluer les énergies de complexation à partir de variations spectrales en
faisant varier les concentrations des espèces en solution.
Ce sont les calixarènes qui ont été choisis comme la partie majeure de cette thèse. Car
en plus de leurs propriétés d’ionophores, ils forment un tunnel moléculaire qui peut être
exploité de différentes façons, comme par exemple pour guider le cation hôte lors d’une
migration d’une partie à l’autre. 45
1.5.3. Calixarènes
Les calixarènes sont des macrocycles composés de n unités phénoliques (n = 4 - 20)
reliées entre elles par des ponts méthyléniques fixés sur les positions ortho des cycles
phénols. 46,47 Leur nom vient du nom grec d’un vase, le calix crater, dont la forme rappelle
celle de la molécule comportant quatre unités phénoliques, le suffixe arène ayant été ajouté
pour rappeler la présence de cycles aromatiques. Le nombre entre crochets indique le nombre

d’unités phénoliques présentes dans le macrocycle. Les calixarènes les plus usuels sont les
calix[4]arènes, les calix[6]arènes et les calix[8]arènes comportant respectivement 4, 6 et 8
unités phénoliques.
La découverte des calixarènes remonte à la fin du 19 ème siècle, mais les premières
élucidations de la structure et investigations ne datent que de la fin des années 1970. Ce sont
les travaux de Gutsche qui ont considérablement fait avancer les connaissances sur ces
macrocycles. C’est lui qui introduit le nom de calixarène 48 et est le premier à proposer une
synthèse efficace, qui selon les conditions de température et de base, permet d’obtenir les
calix[4]arènes, les calix[6]arènes et les calix[8]arènes avec de bons rendements. 49,50,51,52,53
Figure 1-16 : Calixarène en conformation cône et vase calix crater.
Les calix[4]arènes ont une taille idéale (10 nm 3 ) pour la complexation des cations
métalliques par rapport aux cali[6]arènes et calix[8]arènes. Ils ont one certaine mobilité
conformationnelle en solution due à la rotation des unités phénoliques autour des ponts
méthyléniques. Chaque conformation peut-être facilement identifiée en RMN grâce aux
signaux caractéristiques des protons de ces ponts.
R R R R
Bord supérieur ou
bord large
Bord inférieur ou
bord étroit
R
R R R R
OH
OH OH HO
OH OH OH HO
OH OH OH
OH OH
R
R
OH
R
Cône Cône partiel 1,3-alterné 1,2-alterné
A basse température ou à l’état solide, les calix[4]arènes avec des groupements
hydroxyles libres adoptent la conformation cône stabilisée par l’existence de liaisons
hydrogènes intramoléculaires entre ces groupements hydroxyles. Leur fonctionnalisation par
des groupements encombrants ou bien en position para des unités phénoliques empêche la
rotation de ces unités et permet de figer le calixarène dans une conformation donnée.
L’introduction de groupements fonctionnels permet la synthèse de dérivés avec de nouvelles
OH
R
R
R
OH
R
R
OH
R
HO
OH OH
R
R
43

propriétés, avec en particulier un contrôle de la conformation qui influence directement les
propriétés complexantes de ces molécules. 54
44
La substitution sur le bord inférieur, c’est-à-dire le greffage sur les fonctions
hydroxyle des calixarènes est la modification la plus aisée et étudiée. Elle permet de créer une
cavité hydrophile idéale pour la complexation de cations. Selon les groupes utilisés pour la
substitution, on peut réduire ou augmenter la taille de la cavité et ainsi l’adapter au cation
cible pour optimiser la sélectivité. La complexation des métaux alcalins peut être optimisée
par l’introduction de fonctions ayant un caractère dur comme des esters 55 , cétones 56 ,
amides 57,58,59 et acides carboxyliques 60 . La reconnaissance des métaux lourds nécessite donc
des fonctions à caractère mou telles que les oxydes de phosphine, les thioéthers ou encore les
dithiocarbamates. 44
L’introduction de fluorophores sur un calixarène offre donc de nombreuses possibilités
de création de fluorophoionophores optimisés face aux cations cibles. 61,62,63
1.6. Phénomènes photoinduits pour la détection de cations
Tout comme on peut choisir et optimiser les propriétés de l’ionophore, le fluorophore
qui rendra compte de l’efficacité de la reconnaissance cationique doit également être
sélectionné pour correspondre aux contraintes imposées par l’expérience. Il existe quatre
mécanismes photoinduits qui peuvent être mis en jeu dans les modifications signalées par le
fluorophore lors de la détection du cation : le transfert d’électron photoinduit (PET =
Photoinduced Electron Transfer), le transfert de charge photoinduit (PCT = Photoinduced
Charge Transfer), le transfert d’énergie et la formation d’excimères. 64
1.6.1. Transfert d’électron photoinduit PET
Le transfert d’électron photoinduit PET est très étudié de par son intervention clé dans
le mécanisme de la photosynthèse ou encore dans l’élaboration de cellules photovoltaïques
reposant sur le principe de la séparation de charges photoinduite. Lorsqu’un fluorophore est
excité, un électron saute de la HOMO vers la LUMO. S’il existe dans le milieu une seconde
molécule pauvre en électrons dont l’énergie de sa LUMO se situe entre celle de la HOMO et
la LUMO du fluorophore, il peut y avoir lieu un transfert oxydatif de cet électron excité
depuis le fluorophore vers l’autre molécule. Il peut également se passer l’inverse : le
fluorophore excité peut être réduit par une espèce proche et riche en électrons : c’est le

transfert d’électron réductif. Les amines tertiaires sont de très bons donneurs d’électrons et
réduisent facilement un fluorophore excité.
Le mécanisme PET provoque ainsi la désactivation non radiative du fluorophore :
conduisant à une baisse significative de l’intensité de fluorescence du fluorophore.
Figure 1-17 : Transfert d’électron photoinduit (PET) oxydatif ou réductif.
Cette fluorescence perdue peut être retrouvée si l’on modifie les niveaux énergétiques
des orbitales frontières des molécules oxydantes ou réductrices qui sont à l’origine de la
désactivation. S’ils ne sont plus capables d’accepter un électron ou d’en donner un, le
fluorophore pourra se désexciter par fluorescence, ce qui permettra d’observer une
réaugmentation de l’intensité de fluorescence.
On comprend qu’il est donc facile de concevoir un fluorophoionophore qui repose sur
ce processus prévisible et fiable.
LUMO
HOMO
N
E
fluorophore
excité
fluorophore
excité
espèce
oxydante
Transfert d’électron
oxydatif
O
O
O
O
espèce
réductrice
e-
O
1-7
LUMO
HOMO
fluorophore
excité
espèce
réductrice
Transfert d’électron
réductif
fluorophore
excité
D D
Figure 1-18 : Exemple de sonde PET réductif.
N
O
O
O
O
espèce
réductrice
O
45

46
Ce processus de transfert d’électron n’est thermodynamiquement possible que si la
variation d’enthalpie libre ∆G° liée à ce phénomène est négative. La faisabilité de ce genre de
système peut être estimée à l’aide de l’équation de Rehm-Weller 1-12 qui prend en compte les
paramètres d’oxydation et de réduction de l’ionophore et du fluorophore avec l’énergie
apportée par la lumière :
∆G° = – ES.fluo. – Ered.fluo. + Eox.iono – Eion paire Equation 1-12
Où ES.fluo. est l’énergie de l’état excité émissif du fluorophore, Ered.fluo. est le potentiel
de réduction du flurophore, Eox.iono est le potentiel d’oxydation de l’ionophore et Eion paire est
l’énergie d’interaction Coulombique de la paire d’ions formée.
Ces réactions de transfert d’électron sont généralement très rapides à température
ambiante par rapport à la durée de vie de l’état excité et le transfert d’électron est souvent
limité par la diffusion si l’on est dans le cas d’un transfert intermoléculaire.
Une modification du transfert d’électron photoinduit lors de la reconnaissance
cationique par l’ionophore peut donc être une modification mesurable du fluorophore et faire
ainsi partie de la stratégie d’élaboration d’un fluoroinophore efficace. Le couplage d’un
fluoropore exhibant un PET à un calixarène peut donc conduire à plusieurs sortes de
fluoroionophores. 61,62
Si la présence d’un cation inhibe le transfert d’électron et qu’une augmentation de
l’intensité de fluorescence est observée après complexation, cette complexation joue le rôle
d’un interrupteur de type OFF-ON de la fluorescence : le composé 1-12 n’est pas fluorescent
de lui-même à cause du transfert d’électron photoinduit des amides vers l’anthracène.
Lorsqu’un cation Zn 2+ est complexé dans la cavité du calixarène, les groupements amides
engagés dans la complexation ne peuvent plus transférer d’électron vers l’anthracène dont la
fluorescence est alors exaltée. 65 Il peut également se passer l’inverse, la complexation d’un
cation peut inhiber la fluorescence et jouer le rôle d’un interrupteur ON-OFF. Par exemple,
dans le cas du composé 1-13, le transfert d’électron oxydatif depuis le fluorophore excité vers
le cation Hg 2+ a pour conséquence une forte inhibition de la fluorescence (figure 1-15). 66,67

e-
O
NH
HO
O
CH 2
HN
NH Zn HN
2+
O OH
Figure 1-19 : Fluoroionophore de type PET OFF-ON (gauche) et ON-OFF (droite).
Les fluoroionophores de type OFF-ON sont plus intéressants pour la détection de
cations car il existe de nombreux phénomènes non spécifiques responsables d’une baisse de
l’intensité de fluorescence (collision, effet d’atome lourd).
1.6.2. Transfert de charge photoinduit PCT
Il est également possible d’exploiter un autre processus pour le choix du fluorophore
du fluoroionophore : le transfert de charge photoinduit (PCT). Dans des fluorophores
possédant à la fois des groupements électro-attracteurs et électro-donneurs et si ceux-ci sont
conjugués, la présence d’un cation ou d’un anion à proximité des groupements donneur ou
accepteur peut être à l’origine de modifications mesurables des propriétés photophysiques du
fluorophore (déplacement du spectre d’absorption et d’émission de fluorescence). Lors de
l’excitation, un transfert de charge se produit entre le groupement donneur et le groupement
accepteur ce qui conduit à un état excité dont le moment dipolaire est exalté par rapport au
moment dipolaire de l’état fondamental.
La complexation d’ion peut donc être utilisée comme un moyen de modification des
propriétés électro-acceptrices ou électro-donneuses des groupements du fluorophore
impliqués dans le transfert de charge photoinduit et être ainsi à l’origine de modifications
spectrales importantes. La conception d’un fluoroionophore reposant sur ce principe peut
donc être pensée de deux façons : soit le cation est complexé du côté du groupement électro-
accepteur, soit du côté électro-donneur.
O
e-
O
O
D D
e-
N
O 2S
SO 2
N
O O O
O
O
N N
Hg
O
2+
1-12 1-13
ee-
e-
D D
OFF ON ON OFF
47

48
Dans le cas où le cation interagit avec le groupement électro-accepteur, il exalte le
caractère attracteur du groupement ce qui a pour conséquence une augmentation du moment
dipolaire de la molécule. Un déplacement des spectres vers le rouge (déplacement
bathochrome) avec une augmentation du coefficient d’extinction molaire sont alors observés.
Les modifications sont d’autant plus importantes que la densité de charge du cation complexé
est élevée.
D π
Figure 1-20 : Fluoroionophorede de type PCT : interaction du cation avec l’accepteur.
Dans le cas de la figure 1-20, le groupement méthoxy de la molécule 1-14 joue le rôle
du donneur et le groupe carbonyle l’accepteur dans le processus du transfert de charge
photoinduit. Lors de la complexation d’un cation métallique au sein de la cavité formée par
les quatre bras carbonyles et le calixarène, le transfert de charge photoinduit du groupement
méthoxy vers le carbonyle est renforcé car le cation renforce le caractère accepteur du
carbonyle. 68,69
D π
Lorsque le cation interagit avec le groupement électro-donneur, il diminue le caractère
donneur du groupement. Le moment dipolaire de la molécule et par conséquent le transfert de
charge sont amoindris. Les spectres sont déplacés vers le bleu (déplacement hypsochrome) et
le coefficient d’extinction molaire diminue.
A π
A
D
A π
Figure 1-21 : Fluoroionophorede de type PCT : interaction du cation avec le donneur.
A
D
exaltation du
moment
dipolaire
déplacement
bathochrome
diminution du
moment
dipolaire
déplacement
hypsochrome
O O
O
O
D
O O
D
O
O
O
O O
O
O O
O O
O
O O
O
O O
O
O
A
A
O
O
1-14
1-15

Dans la figure 1-21, les oxygènes en positions 6 et 7 de la coumarine 1-15 jouent le
rôle de donneur et la lactone le rôle d’accepteur. Lors de la complexation d’un cation
métallique dans la cavité formée par la coumarine et le calixarène, la présence d’une charge
positive à proximité des groupements donneurs du fluorophore les appauvrit en électrons. Le
transfert de charge photoinduit est donc diminué et les spectres sont décalés vers les courtes
longueurs d’onde. 70,71
1.6.3. Transfert d’énergie
Dans le cas des fluoroionophores possédant deux fluorophores différents, un transfert
de l’énergie (TE) d’excitation de fluorescence du fluorophore 1 donneur vers le fluorophore 2
accepteur est possible (mécanisme dit de Förster ou autrement FRET : fluorescence resonance
energy transfer). Ce transfert permet au donneur de retourner à l’état fondamental et
l’émission de fluorescence peut alors avoir lieu depuis l’accepteur. Il faut prendre en compte
trois facteurs pour qu’un transfert d’énergie ait lieu : la distance entre le donneur et
l’accepteur, le recouvrement entre le spectre d’émission du donneur et le spectre d’absorption
de l’accepteur et enfin l’orientation des dipôles d’émission du donneur et d’absorption de
l’accepteur.
La complexation d’un cation est susceptible de modifier de plusieurs manières le
processus de transfert d’énergie : soit en modifiant la distance et/ou l’orientation entre le
donneur et l’accepteur, soit en modulant le recouvrement spectral entre l’émission du donneur
et l’absorption de l’accepteur.
TE
O 2 N
N
N
O
O O O
N
N
HN O O O
O NH
O
1-16
O
NO 2
Pb 2+
Figure 1-22 : Fluoroionophore de type FRET
O O O
Dans la figure 1-22, les groupements pyrène de la molécule 1-16 jouent le rôle de
donneurs et les groupements azo p-(nitrophényle) sont les accepteurs. La complexation d’un
O 2N
N
N
O
N
N
HN O O Pb2+ O
O NH
O
O
NO 2
TE
49

cation Pb 2+ demande l’implication de tous les oxygènes de la cavité du calixarène, ce qui a
pour conséquence le déplacement des bandes d’absorption du groupement azo en dehors de la
zone de recouvrement avec le spectre d’émission des pyrènes. Le transfert d’énergie
d’excitation des groupements pyrène vers les groupements azo diminue, ce qui entraine
l’augmentation de l’intensité de fluorescence des pyrènes. 72
50
Ainsi, la complexation d’un cation dans le fluoroionophore a encore une fois une
signature claire et identifiable.
1.6.4. Formation d’excimères
Les excimères 73 appartiennent à une famille d’entités physiques bien plus importante
connue sous le nom d’exciplexes. Un exciplexe est un complexe atomique ou moléculaire
excité de steochiométrie définie et qui peut se dissocier ou qui est dissocié dans son état
électronique fondamental. Un excimère est un exciplexe plan de steochiométrie 1:1 entre deux
atomes ou deux molécules identiques, l’un excité et l’autre dans son état fondamental. Dans la
mesure où les excimères sont stabilisés à l’état excité, leur fluorescence est déplacée vers les
basses énergies par rapport à leurs monomères. Ils possèdent une durée de vie propre et la
cinétique de formation de l’excimère à partir du monomère excité n’est pas instantanée. Leur
formation est généralement limitée par la diffusion donc la formation d’excimères
intermoléculaires est fortement limitée par les concentrations très faibles nécessaires pour la
spectroscopie de fluorescence. Mais la formation d’excimères intramoléculaires est possible si
elle a lieu sur une durée suffisamment courte par rapport à la durée de vie de l’état excité du
monomère. La conception d’un fluoroionophore peut donc reposer sur ce principe.
Le pyrène est un fluorophore de choix dans l’élaboration d’un système qui repose sur
la formation d’excimères. L’émission du pyrène monomère est entre 370 et 380 nm alors que
l’émission de son excimère se situe vers 480 nm ce qui permet une nette distinction entre les
deux états.
I F
I M
fluorescence monomère
fluorescnce excimère
Figure 1-23 : Spectres d’émission de fluorescence du monomère et de l’excimère.
I E
λ

Dans une molécule possédant deux groupements pyrène ou plus, la formation
d’excimère peut être observée, mais cette formation peut également être influencée par des
changements de conformation plus ou moins subtiles provoqués par la complexation d’un
cation et être mesurée par la variation du rapport entre les intensités de fluorescence du
monomère et de l’excimère.
Figure 1-24 : Exemple de fluoroionophore avec formation d’excimère
Dans la figure 1-24, deux groupements pyrène capables de former un excimère sont
introduits sur le bord étroit de la cavité du calixarène 1-17. Sans cation Na + , ils sont libres de
former l’excimère. La complexation du cation va impliquer tous les carbonyles de la cavité ce
qui va entrainer une réorientation géométrique de leur position et bloquer la conformation des
tous les bras formant la cavité. Les pyrènes sont éloignés l’un de l’autre et ne peuvent donc
plus interagir pour former l’excimère. Les mesures de fluorescence montrent une
augmentation de l’intensité de fluorescence des monomères vis à vis de l’excimère. 55
Une autre espèce susceptible de former des excimères est l’anthracène. De plus, les
anthracènes sont également connus pour former des photodimères réversibles thermiquement
et photochimiquement. Cette propriété peut être utilisée pour créer des fluoroionophores
photomodulables.
O
O
O
O
Par exemple, la capacité des anthracènes à dimériser sous irradiation dans l’ultraviolet
peut être exploitée dans le design de sondes moléculaires dont les propriétés complexantes
seront photomodulées par la photodimérisation qui affectera la taille de la cavité complexante
et par la même, l’efficacité de complexation.
O
O
O
O
O
O
O
O
Na +
Dans la figure 1-25, un récepteur BAPTA spécifique au calcium est modifié par
greffage de chaines portant des anthracènes. L’irradiation de la molécule 1-18 dans
O
O
O
O
O O
O
O
O O
O Na O
+
1-17
51

l’ultraviolet permet leur dimérisation ce qui a pour conséquence un changement de géométrie
de la cavité du BAPTA et provoque l’éjection du cation.
52
1-18
Figure 1-25 : Exemple de sonde moléculaire photomodulable à récepteur BAPTA
modifié.
Le retour thermique du dimère vers les deux monomères redonne sa forme originale
au récepteur BAPTA, permettant à nouveau la complexation du calcium. 74
1.7. Bilan
HN
L’objet de cette thèse est la conception et l’étude de systèmes alliant fluoroionophores
et photochromes et plus particulièrement des fluoroionophores exploitant les calixarènes ou
les couronnes et les spiropyranes en tant que photochromes. Il existe de nombreux exemples
d’utilisation des spiropyranes pour moduler les effets de transfert d’électrons photoinduits, 75,76
ou encore des exemples où la forme ouverte et protonée d’un spiropyrane sert d’intermédiaire
acide photo-contrôlable pour assembler ou désassembler un système supramoléculaire 28 ou
encore pour switcher la luminescence et l’efficacité d’un photosensibilisateur. 77
Des dérivés assemblant spiropyranes et calixarènes sont également décrits, allant de
simples études cinétiques 78 au concept de sondes colorimétriques et investigations sur
l’influence des propriétés complexantes du calixarène sur le comportement spectral des
spiropyranes et inversement. 79
O
O
O O
O
N
O
O
O
O
O
N
O O
O
O
NH
hν
O O
O O
N
HN
O O
O O
O
O
O O
O O
N
NH

Figure 1-26 : Exemple de système alliant calixarène et spiropyrane
Dans la figure 1-26, la complexation d’un lanthanide dans la cavité du calixarène 1-19
implique les oxygènes de la forme ouverte des spiropyranes, ce qui a pour conséquence un
déplacement hypsochrome du spectre d’absorption : les solutions roses sans lanthanide
deviennent jaunes lors de l’ajout de sel.
C’est ce genre d’interactions que nous avons voulu mettre en jeu lors de la conception
des systèmes de cette thèse : utiliser la lumière afin de créer une communication moléculaire
dont les effets sont mesurables et ce en utilisant les outils que sont les spiropyranes et les
calixarènes.
O
O
O
N
O2N NO2
N
O O
O
OH OH O
O
1-19
Ln 3+
O
O
O
N
O2N NO2
O O
Ln 3+
N
O
OH OH O
O
53

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55

Desvergne, J. P. ; Bouas-Laurent, H. J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 96. (c) Fages, F. ;
Desvergne, J. P. ; Bouas-Laurent, H. ; Marsau, P. ; Lehn, J. M., Kotzyba-Hibert, F. ;
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56

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57

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58

Chapitre 2 : Relais d’ions dans un tunnel calix[4]arène induit par
un spiropyrane photomodulé
61

Chapitre 2 : Relais d’ions dans un tunnel calix[4]arène induit par un spiropyrane
photomodulé
2.1. Introduction : Conception d’un nouveau récepteur artificiel
Les relais d’ions sont les voies naturelles de communications entre les bio-supra-
molécules, permettant aux messagers chimiques tels que des ions de transmettre les signaux et
ainsi réguler les processus au sein des structures supramoléculaires vitales. Des phénomènes
tels que la vision ou encore la transmission de signaux nerveux reposent sur des systèmes
supramoléculaires complexes mettant en jeu un mouvement d’ion dans une structure dont le
rôle est de guider les ions spécifiques à la nature du système.
Figure 2-1: Canal Kv1.2 : transfert d’ions K + dans les cellules nerveuses.
Les canaux transmembranaires sont des exemples de structures biologiques de ce
type. 1 Ils permettent de réguler les concentrations en cations, ce qui est à l’origine de la
transmission des signaux nerveux ou de la libération de neurotransmetteurs dans les synapses.
Dans l’exemple de la figure 2-1, le canal spécifique aux ions potassium permet aux cellules
nerveuses de se repolariser après l’influx nerveux. Dans le cas de la vision, la lumière est le
déclencheur d’un processus chimique qui est à l’origine de signaux nerveux induits par des
variations de concentration en ion calcium via des canaux ioniques. 2
Un but majeur du projet de cette thèse est de construire un système supramoléculaire
de guidage d’ion dont le mouvement à travers un tunnel organique sera contrôlé par la
lumière. Il s’agira d’un système artificiel inspiré des phénomènes naturels précédemment
cités. Il est très difficile de reproduire des systèmes naturels à cause de leur complexité, mais
les principes photochimiques sont les mêmes. Un système supramoléculaire qui retraite la
lumière absorbée dans le temps et l’espace dans des conditions spécifiques peut permettre la
63

même fonction photochimique qu’un système naturel sans pour autant perdre en efficacité,
voire même gagner de nouvelles propriétés introduites artificiellement.
64
Pour reproduire le mouvement au sein d’un édifice supramoléculaire, il faut reproduire
le récepteur, l’unité qui déclenche le mouvement, ainsi que l’unité qui signale le mouvement.
Le choix du récepteur dans notre cas est le calixarène qui a l’avantage de posséder une cavité
π qui peut servir de tunnel guidant l’ion d’une extrémité à l’autre. Il faut ensuite s’interroger
sur les causes qui provoquent un déplacement moléculaire : la diffusion, le changement de
structure entrainant un encombrement stérique, le changement de polarité ou encore le
changement de densité électronique peuvent être à l’origine d’un mouvement moléculaire.
Exploiter une de ces causes est donc la clé pour élaborer une stratégie supramoléculaire où la
lumière va provoquer une modification qui elle-même provoquera le mouvement moléculaire.
Les calixarènes sont très connus pour leurs propriétés complexantes. Différents
systèmes de fluoroionophores reposant sur les calixarènes ont été imaginés. Ces molécules
sont très populaires car très polyvalentes dans la reconnaissance de cations. Leur taille
adaptable ainsi que les très nombreuses possibilités de substitution offrent des possibilités de
création de systèmes supramoléculaires infinies et répondant à des contraintes comme la
solubilité dans l’eau (figure 2-2) pour la reconnaissance de métaux lourds dans
l’environnement. 3,4,5
+ Na - O 3S
O
O
O
O O
N a
O - -
SO3 SO3
O
+ Na +
O
Figure 2-2 : Exemple de fluoroionophore de calixarène soluble dans l’eau et sélectif aux
ions césium.
Si l’on veut utiliser le calixarène comme un tunnel, il faut considérer les exemples de
calixarènes dont les deux bords sont adaptés à la reconnaissance d’un cation et capables de
O
O O
O
O
O O
O
SO3 - Na
2-1

signaler sa présence. Dans les travaux de Jong Seung Kim publiés en 2006 6 décrits figure 2-3,
le fluoroionophore étudié présente trois sites de reconnaissance. Chacun est spécifique à un
cation grâce à l’optimisation de la taille des cavités ou grâce aux différences des caractères
dur/mou des atomes entrant en jeu dans la complexation. La présence du cation est signalée
par la fluorescence des groupements pyrène qui dépend de la nature du cation et donc du site
où celui-ci sera complexé.
Figure 2-3 : Exemple de fluoroionophore adapté à la reconnaissance de trois cations.
Lorsque la molécule est seule, les bras portant les pyrènes leur permettent de former et
de défaire des excimères dynamiques. L’introduction de cations de plomb dans le milieu et sa
complexation par les groupements carbonyles fige les bras dans une position qui est
défavorable à la formation d’excimères. Si c’est des cations de cuivre qui sont introduits, leur
complexation par les azotes va figer les bras portant les pyrènes à une distance permettant la
formation d’excimères statiques. La présence de cations de potassium quant à elle permet
d’observer une formation favorisée d’excimères car les cations sont complexés par la
couronne supérieure de la molécule. Un échange de cations de plomb par des cations de
potassium est également observé.
O
O
O O
O
O O
HN O
Pb
O NH
2+
K +
Pb 2+
Pb 2+
O O
O
O
HN
O
O
O
O
O
NH
O K O +
O
O
HN
O
O
O
O
O
NH
2-2
Cu 2+
O O
O
O
O
O
O
O
O
H N Cu N H 2+
Excimère défavorisé Excimère dynamique
Excimère statique
65

66
Un autre exemple peut être cité : d’autres travaux de Jong Seung Kim publiés en 2003 7
montrent un déplacement d’un cation d’argent à travers la cavité du calixarène induit par la
répulsion électrostatique induite par une protonation (figure 2-4).
O
2-3
O O
Figure 2-4 : Exemple de fluoroionophore à mouvement d’ion.
La complexation du cation d’argent dans l’aza-couronne 2-3 inhibe le transfert
d’électron photoinduit (PET) dû à l’azote car son doublet non liant est impliqué dans la
complexation, ce qui abaisse le niveau de sa HOMO. Lorsque 10 équivalents d’acide sont
introduits dans le milieu, l’azote est alors protoné, ce qui inhibe davantage le PET et exalte
d’autant plus la fluorescence et de plus, le cation est repoussé de l’autre côté de la cavité du
calixarène par répulsion électrostatique.
Cet effet de répulsion à travers le tunnel calixarène a déjà été démontré par RMN par
Shinkai dans ce qu’il appelle le design d’un mime de piston moléculaire (figure 2-5). 8 Le
mouvement à travers la cavité est réversible : la déprotonation à l’aide d’une base permet de
retrouver le cation d’argent du côté de l’aza-couronne 2-4.
O O
O
O
O
O
N
O
O
O
R
N
O
O O
O
O
2-4
Ag +
Ag +
O O
O
O O
O
O
O
O
O
Ag +
N
O
O
R
N
Ag +
Figure 2-5 : Piston moléculaire de Shinkai.
O
O O
O
O
CF 3COOH
H+
O O
O
R
N
H
O O
O
O
O
O
Ag +
H
N
O
O
O
O
Ag +
O O
O
O

Dans cette thèse, le principe repose sur le piston : le mouvement d’un ion est induit
d’un côté du calixarène vers l’autre par répulsion électrostatique obtenue par protonation.
Le moyen d’induction du mouvement de choix est la lumière car c’est un moyen non
invasif permettant d’achever une transformation ciblée et limitée dans l’espace et dans le
temps. 9 Il s’agit donc d’élaborer un fluoroionophore en greffant un motif sur le calixarène non
seulement sensible à la lumière mais également capable d’induire un déplacement au sein de
la cavité. Dans le cas du piston 2-4 de Shinkai, c’est la protonation de l’azote au sommet de
l’aza-couronne qui provoque le déplacement. Or les spiropyranes sont des molécules sensibles
à plusieurs stimuli dont la lumière et l’acidité (figure 2-6).
Figure 2-6 : Les trois états réversibles d’un spiropyrane.
La différence entre la forme fermée d’un spiropyrane et sa forme ouverte offre
plusieurs possibilités : la forme fermée est peu polaire et est un peu basique. La forme ouverte
est très polaire et très basique. La forme ouverte protonée est acide si l’on irradie la molécule
dans le visible, comme décrit par Raymo. 10 On peut donc imaginer un système où l’irradiation
dans le visible de la partie spiropyrane permet de relarguer un proton dans le milieu tel un
interrupteur acide sensible à la lumière qui viendra protoner une autre partie reliée au
calixarène provocant le déplacement d’un ion à travers le tunnel de ce dernier grâce à la
répulsion électrostatique.
L’introduction de fluorophores pour compléter le système supramoléculaire de type
fluoroionophore est la dernière étape de l’élaboration, ils vont signaler les modifications
provoquées par le mouvement moléculaire au sein du système. Plusieurs choix sont possibles
et seront discutés.
N
R
O NO2
Lumière
visible
Acide
Lumière UV
Lumière visible
ou obscurité
N
R
HO
NO 2
Acide
N
R
Base
O
NO
67

68
Comment créer la molécule ? Le calixarène possède deux bords sur lesquels on peut
travailler : on peut envisager un spiropyrane et des fluorophores de part et d’autre de la cavité
calixarène (figure 2-7).
Figure 2-7 : Schématisation des fonctions du système supramoléculaire.
Le système ainsi imaginé allie les propriétés de reconnaissance des calixarènes à la
possibilité de photo-contrôler les événements qui se déroulent au sein de ce système. Plusieurs
stratégies de synthèse de ce système peuvent être proposées et utilisées. L’idéal pour
caractériser les cinétiques et l’efficacité est un système supramoléculaire où une molécule
unique regroupe toutes les fonctions.
2.2. Stratégie mono-moléculaire 1
2.2.1. Construction à partir du spiropyrane
La construction de la supramolécule unique comprenant un calixarène et un
spiropyrane nécessite de tenir compte de certaines contraintes : si on veut créer un
mouvement, il faut une structure favorable. L’exemple du piston de Shinkai est parlant : la
protonation d’un azote sur un des bords du calixarène entraine la migration de l’ion complexé
vers l’autre bord par répulsion électrostatique. Il faut donc un calixarène substitué de la même
manière que le piston de Shinkai tout en incluant un spiropyrane et des fluorophores (figure 2-
8).
Motif photomodulable: contrôle
Récepteur – Cavité:
guidage
Fluorophores:
signature
Spiropyrane: interrupteur
sensible à la lumière
Calixarène:
complexation
Fluorophores:
Fluorescence + modification
notable signalant le
déplacement

Motif photomodulable: contrôle
Récepteur – Cavité:
guidage
Fluorophores:
signature
O
Figure 2-8 : Proposition de structure mono-moléculaire regroupant toutes les fonctions.
Dans la figure 2-9, une structure mono-moléculaire incluant toutes les fonctions
nécessaires au fonctionnement du système est proposée. Le spiropyrane est lié à la partie de
reconnaissance par l’azote qui jouera le rôle pivot de complexation mais également de
répulsion une fois la protonation réalisée. Enfin, sur l’autre bord du calixarène, les chaînes
capables de retenir le cation sont substituées par des fluorophores sensibles à la présence du
cation par la modification de certaines de leurs propriétés photophysiques mesurables.
O
O 2 N
Figure 2-9 : Molécule cible.
O
N
N
O
Piston de Shinkai
O
R
O
N
N
O O
O
O O
O
O O
N O2
O
2-5
Spiropyrane: interrupteur
sensible à la lumière
Calixarène:
complexation
Pyrènes:
Fluorescence + apparition
d’excimère quand proches
69

70
Le fonctionnement global du système est illustré dans la figure 2-10 : lorsque la
supramolécule est mise en présence d’un cation auquel elle est spécifique, ce dernier est
complexé sur le bord supérieur du calixarène 2-5 grâce au doublet non liant de l’azote. Après
protonation et ouverture du spiropyrane, une irradiation dans le visible entraine la fermeture
du spiropyrane et donc la libération du proton dans le milieu. Si l’irradiation dans le visible
est maintenue, un équilibre acido-basique permet la protonation de l’azote intermédiaire entre
le spiropyrane et la couronne portée par la calixarène. Cette protonation entraine en fait
l’apparition d’une charge positive qui va rendre la complexation du cation défavorable à cet
endroit et provoquer la migration de ce cation à travers la cavité du calixarène comme dans
l’exemple de Shinkai. L’arrivée du cation sur le bord inférieur du calixarène va rapprocher les
deux bras (effet template) et donc les deux pyrènes. La signature de la migration du cation à
travers le tunnel organique est donc l’apparition d’excimères qui peut être facilement mesurée
en fluorescence par l’augmentation (ou apparition) de la bande l’émission des excimères et
par la diminution de la bande d’émission des monomères.
O
O 2 N
O
N
N
O
O
O2N O H
Figure 2-10 : Fonctionnement du système envisagé.
La stratégie de synthèse a été élaborée à l’aide d’Isabelle Leray de l’équipe PPSM de
l’ENS Cachan et inspirée de la littérature. 11 Cette publication montre en effet l’introduction de
demi-aza-couronnes substituées par des éléments aromatiques sensibles sur un calixarène
(figure 2-11). Cependant, il s’agit d’une synthèse symétrique, mais il est possible de
dissymétriser la synthèse en substituant d’abord un des bords du calixarène. 12
O
O
N
N
O
O 2 N
O
N
N
H
O
O O
2-5

Figure 2-11 : Stratégie de la publication. 11
La stratégie du projet est donc tout à fait similaire : sur un calixarène dont un bord est
déjà substitué avec des bras adéquats pour l’introduction de fluorophores 2-15, le bord encore
libre est dissymétrisé avec une demi-aza-couronne dont l’azote porte le spiropyrane (figure 2-
12).
H 2N
HO
HO
O
O
N
HO
HO
O
O
2-6 2-7 2-8
2-11
O
N O NO 2
F F
B
N N
O
N
O O
O
O O
N
N N
B
F F
O
O
N
O
HO
HO
O O
O
O O
O
O
O
N
O
N
O O
Figure 2-12 : Stratégie de la synthèse du système mono-moléculaire du projet.
O
N
O
O O
O
O
N
O
O
N
O
O
N O NO 2
O O
O
O O
Cl Cl
O
TsO
TsO
O
O
N
OH OH OH
R
R
R
2-12 2-13 2-14
NO2 2-5
R
O
N
O O
R
O
N
2-10
N O 2
TsO
TsO
2-16
O
O
N
2-9
O
OH O O
O
O
Cl Cl
HO
N O NO 2
2-15
HO
71

72
Il s’agit donc de synthétiser les intermédiaires clés de cette stratégie qui sont le
spiropyrane 2-12 et le calixarène 2-15 dont les synthèses sont déjà décrites dans la littérature
12, 13,14
(figure 2-13).
Figure 2-13 : Intermédiaires clés.
2.2.2. Synthèse des composants du système supramoléculaire
a) Synthèse de la partie calixarène
L’introduction d’un azote sur le spiropyrane est déjà un exemple de la littérature.
L’azote sera alkylé avec des groupements « bras » qui serviront d’ancres au niveau du
calixarène.
La synthèse commence par la préparation du calixarène sur lequel viendra se greffer le
spiropyrane avec sa pré-couronne. Le calixarène est disubstitué par des bras offrant la
possibilité d’introduire les fluorophores plus tard. La matière première est le 4-tert-
butylcalix[4]arène 2-17 commercial facilement accessible. La première étape consiste à dé-
tertbutyler ce produit. La réaction est une rétro Friedel-Craft dont la force motrice est la perte
de l’encombrement stérique. L’acide de Lewis utilisé est le chlorure d’aluminium et la
réaction se fait à TA pendant une nuit dans du toluène sec. Le calix[4]arène 2-9 est obtenu
sans purification par chromatographie sur colonne de silice avec un bon rendement de 75%
(figure 2-14).
2-17
H 2N
2-12
OH OH OH
N O NO 2
R
HO
OH OH OH
Figure 2-14 : Préparation du calix[4]arène.
Il a alors été envisagé de préparer des bras « modèles » 2-20 portant un simple phényle
et non pas un fluorophore puissant et de les substituer sur le calix[4]arène (figure 2-15).
AlCl3
Toluène
75%
OH O O
O
O
Cl Cl
HO
2-15
HO
2-9

Cl O OH
Figure 2-15 : Préparation du bras modèle 2-20.
La synthèse du bras modèle est une substitution nucléophile SN2 par l’alcoolate formé
grâce au tert-butoxyde de potassium sur le bromure de benzyle 2-19. 15 La réaction est efficace
et nous permet de procéder à une substitution similaire sur le calix[4]arène 2-9.
Figure 2-16 : Essai de préparation d’un calixarène modèle 2-21.
Cependant, tous les produits de départ sont récupérés sans trace de la molécule
attendue, ni même la molécule mono-alkylée. En fait le chlore n’est pas un assez bon groupe
partant, le tosyle étant communément utilisé pour substituer les calixarènes (figure 2-16).
Le 2-(2-chloroéthoxy)éthanol 2-18 est donc tosylé dans des condition basiques, à TA
et permet d’obtenir le produit tosylé 2-22 avec un bon rendement après purification sur
colonne. La partie tosylée servira à l’ancrage sur le calixarène 2-9 et la partie inférieure
portant les chlores servira à l’introduction de fluorophores (figure 2-17).
Br
OH OH OH HO
Cl O O
+
Cl O OH
TsCl NEt 3
CH Cl 2 2
75%
Cl O O
Cl O OTs
Figure 2-17 : Tosylation du 2-(2-chloroéthoxy)éthanol.
Vient ensuite l’étape de disubstitution du calixarène 2-9 décrite figure 2-18: la réaction
et les conditions sont moins favorables que celles décrites dans la littérature. 12 En effet, les
conditions préconisées sont le reflux dans l’acétonitrile pendant 24 heures avec obtention du
produit avec 90% de rendement. Dans le meilleur des cas, la réaction dure 48 heures et le
t-BuOK
THF
0°C à TA 20 h
2-18 2-19 2-20
+
91%
K2 CO3 N aI
Ref lux MeCN
O OH OH
2-9 2-20 2-21
2-18 2-22
O
O
O
O
O
73

endement ne dépasse pas 60%. Le seul avantage est qu’il n’y a pas de purification : le produit
2-15 est obtenu par précipitation puis filtration.
74
Figure 2-18 : Préparation du calixarène disubstitué 2-15.
Une fois le calixarène intermédiaire 2-15 obtenu, il ne restera plus qu’à fermer le bord
resté libre avec la demi-couronne portant le spiropyrane.
b) Synthèse de la partie spiropyrane
La préparation des spiropyranes est étudiée depuis 1952 quand Fischer
and Hirshberg ont découvert le photochromisme de ces molécules. 16 Parmi
toutes les méthodes proposées depuis, la méthode devenue classique est la
condensation de base méthylène (base de Fischer 2-23 dans notre cas) avec un
aldéhyde aromatique substitué par un hydroxyle dans un solvant polaire et
protique.
OH OH OH
HO
Mais ces méthylènes activés que sont les bases de Fischer ont pour point de départ la
synthèse des indoles de Fischer 17 qui permet d’introduire divers substituants sur le cycle
aromatique de la base (figure 2-19). Cette synthèse met en jeu une phénylhydrazine 2-24 et
une cétone 2-25 qui réagissent dans un milieu acide pour former l’indolénine 2-27.
R 1
OH O O
2-9 2-22
Cl Cl 2-15
NH
Phénylhydrazine
NH2
2-24 2-25
+
+
O
Cl O OTs
Figure 2-19 : Synthèse de Fischer pour la préparation d’indolénines.
L’acidité est la clé de cette réaction : si elle a lieu dans un milieu neutre protique
(éthanol), la formation de l’hydrazone 2-26 est favorisée, alors qu’un milieu acide (acide
acétique) conduit à la cyclisation désirée. Le mécanisme de cette cyclisation passe par
K2CO3
MeCN
Ref lux 48h
58%
Ethanol
Acide acétique
R 1
O
R1
O
HO
NH
N
Phénylhydrazone
N
Indolénine
2-26
2-27
R1
R2 R 3
N
R
2-23

l’intermédiaire phénylhydrazone qui subit un réarrangement sigmatropique en milieu acide
pour former l’indolénine. Dans un milieu aprotique, la réaction s’arrête au stade
phénylhydrazone. L’efficacité de la réaction dépend également du substituant R1 : plus il est
électro-attracteur, moins la molécule sera réactive et il faudra alors utiliser un acide plus fort
voire changer de méthode. 18
L’étape suivante est l’alkylation de l’azote par un halogénure d’alkyle. Il s’agit d’une
substitution nucléophile SN2 qui conduit à la formation du sel halogénure d’indoléninium. Le
traitement basique in situ du sel ainsi obtenu conduit à la formation de la base de Fischer
activée qui pourra alors réagir avec un aldéhyde aromatique pour former le spiropyrane
(figure 2-20).
R 1
Figure 2-20 : Préparation des spiropyranes à partir des halogénures d’indoléninium.
Dans le cas où l’agent alkylant est un halogénure d’éthanol, le traitement basique de
l’halogénure d’indoléninium conduit à la formation de l’oxazolidine correspondante.
R1
Figure 2-21 : Préparation des spiropyranes à partir des oxazolidines.
C’est alors l’oxazolidine qui réagit avec l’aldéhyde aromatique. La réaction de
condensation doit alors être faite dans un milieu protique car l’espère réactive reste la base de
Fischer (figures 2-21 et 2-22).
R1
R 2 R3
N
R 2 R3
N
R2 R3
N
I
O
RX Base
OH
EtOH
R 1
R1
R 1
R 2 R3
N
R
R2 R3
N
OH
X
I
R2 R3
N
O
Base
H
R 1
R 2 R3
Figure 2-22 : Formation de la base de Fischer via l’oxazolidine en milieu protique.
N
R
Intermédiaire f ormé in situ
R 1
R2 R 3
N
Oxazolidine f acile à isoler
OEt
O
O
HO
HO R4
R 4
NO2
NO 2
R 1
O N
R 1
R2 R 3
N
H
O
R1
R2 R 3
N
R
R2 R 3
O NO 2
R 4
O NO 2
OH
R4
R 1
R 2 R3
N
OH
75

76
Typiquement, la réaction de condensation entre l’aldéhyde aromatique et la base de
Fischer formée in situ à partir du sel ou de l’oxazolidine se fait dans l’éthanol et permet
d’obtenir les spiropyranes avec de très bons rendements. 7
Dans notre cas, il s’agit d’introduire un azote en position 5
sur la base de Fischer, il sera le point pivot entre le calixarène
complexant et le spiropyrane. Certaines de ces bases étant
disponibles commercialement, nous avons choisi de ne pas passer par la voie de la synthèse
des indoles de Fischer. Il aurait en effet fallu utiliser la p-nitrophénylhydrazine pour former
l’indole, or le groupement nitro défavorise la réaction de cyclisation. De ce fait, nous avons
choisi la 2-méthylène-1,3,3-triméthylindolénine 2-28 commerciale que nous avons nitrée dans
les conditions de nitration des aromatiques : la réaction se fait à basse température dans
l’acide sulfurique concentré en présence d’acide nitrique fumant. 19 La réaction dure une heure
et est quantitative. La RMN confirme par l’absence de triplet que le groupe nitro est bien en
position 5 de l’indole 2-29 (figure 2-23). 20
2-28 N
5°C 1 h
95%
N 2-29
ppm
ppm
8,6
8,4
8,180
8,172
8,150
8,143
8,2
1,08
H 2SO 4 / HNO 3
7,962
7,954
8
1,00
7,8
7,6
7,4
Figure 2-23 : Synthèse de 2-méthylène-5-nitro-1,3,3-trimethylindolénine 2-29 et RMN.
L’étape suivante est la réduction du groupement nitro en amino. De nombreuses
méthodes de réduction sont disponibles mais dans notre cas, nous ne devons pas oublier que
l’indole porte un méthylène actif qu’il serait très facile de réduire en même temps que le
groupe nitro. La méthode choisie est donc la réduction stannique qui a donc l’intérêt de ne pas
toucher au méthylène mais qui nécessite un large excès d’étain. 21 La réaction se fait donc en
milieu acide, au reflux pendant trois heures. La difficulté de cette réaction est technique et
réside dans son traitement : le passage en milieu basique provoque la précipitation des sels
7,282
1,77
7,2
7
O 2N
6,8
6,551
6,523
6,6
1,00
6,4
6,2
6
H 2 N
2-12
5 4
1 2
3
6 7 1'
3' 4'
2'
N O NO 2
R
5'
6'
8' 7'

d’étain sous forme d’un solide extrêmement fin qui rend toute filtration fastidieuse et très
longue. Malgré cela, il est quand même possible d’isoler le produit 2-30 avec un excellent
rendement (figure 2-24).
Figure 2-24 : Synthèse de 5-amino-2-méthylène-1,3,3-trimethylindolénine 2-30.
Nous avons donc à notre disposition la base de Fischer 2-30 prête à être condensée et
substituée par le groupement amino. Cependant, la condensation avec l’aldéhyde aromatique
2-31 à ce point là est risquée à cause de la présence de l’amine qui pourrait, elle aussi, réagir
avec l’aldéhyde pour former la base de Schiff (imine 2-32) correspondante (figure 2-25).
Figure 2-25 : Réaction secondaire entre l’amine et l’aldéhyde à éviter.
La protection de l’amine est donc nécessaire pour éviter toute réaction secondaire non
souhaitée. Plusieurs groupements protecteurs sont possibles, nous avons choisi d’utiliser le
tert-butyl carbamate (Boc) car les réactions de protection et ensuite de déprotection qui nous
intéressent précisément sont décrites dans la littérature. 10,11 Nous avons donc suivi la méthode
décrite dans la publication de Krongauz, méthode classique d’introduction du groupe Boc :
triéthylamine dans THF. 13 Nous avons également essayé avec de la diméthylaminopyridine.
Mais ces méthodes se sont avérées très peu efficaces dans notre cas : difficultés à isoler le
produit, faible rendement. Il a alors fallu chercher une autre façon de faire, illustrée figure 2-
26.
O 2N
H2N O
+
N
SnCl2 . 2H2O
Figure 2-26 : Protection Boc de l’amine par une méthode « chimie verte ».
H 2N
N HCl / MeOH
N
2-29 Ref lux 3 h
95%
2-30
H 2 N
N
HO
NO 2
2-30 2-31 2-32
Boc 2 O
SiO2 / HClO4
95%
2-30 2-33
O
O
O 2N
H
N
N
OH
N
N
77

78
Une méthode chimie verte sans solvant, sans pyridine ou autre base toxique décrite
dans la littérature a alors attiré notre attention. 22 La protection est catalysée par HClO4 qui est
tout d’abord adsorbé sur de la silice. La réaction consiste à déposer les deux réactifs sur la
silice activée, de mélanger vigoureusement (l’utilisation d’un mortier et d’un pilon est idéale).
La réaction est terminée quand il n’y a plus de dégagement gazeux : quelques minutes
d’agitation suffisent. Il suffit ensuite de laver la silice avec de l’éther diéthylique, de la filtrer
et d’évaporer pour obtenir le produit 2-33 avec un excellent rendement. Cette méthode peut
également être utilisée pour toute autre acétylation.
La protection achevée, les spiropyranes peuvent alors être formés. Deux dérivés ont
été synthétisés afin d’être comparés. La réaction consiste donc en la condensation du
méthylène 2-33 avec un aldéhyde aromatique portant un hydroxyle en position 2. Ce dernier
peut être substitué afin d’optimiser les propriétés du futur spiropyrane : un groupe nitro en
position 5 pour améliorer la colorabilité, un méthoxy en position 3 pour améliorer la
résistance à la fatigue, par exemple. La réaction a lieu dans l’éthanol, au reflux pendant
quelques heures. Au fur et à mesure de l’avancement de la réaction, les molécules précipitent
dans le milieu. Il suffit ensuite de filtrer, de laver et d’évaporer pour obtenir les spiropyranes
avec de bons rendements. Si tout le produit n’a pas précipité, l’évaporation du filtrat permet
d’obtenir la totalité du produit. Etant donné qu’aucune réaction secondaire n’a lieu et que la
réaction est quantitative, aucune purification n’est nécessaire et les spiropyranes peuvent être
utilisés tels quels pour la suite (figure 2-27).
2-33
O
O
H
N
N
Figure 2-27 : Formation des spiropyranes par condensation dans l’éthanol.
De la même façon, deux spiropyranes classiques sans substituant sur la partie
aromatique de l’indole ont été synthétisés afin de disposer de molécules d’étude. Les deux
benzaldéhydes 2-31 et 2-34 sont utilisés pour les obtenir (figure 2-28).
HO
HO
O
75%
O
EtOH
Reflux 6h
90%
O
2-31
NO2
2-34
NO2
O
O
O
O
H
N
H
N
N
N
O
NO 2
O NO 2
O
2-35
2-36

Figure 2-28 : Préparation des spiropyranes classiques.
Le mécanisme de la condensation est le suivant : le doublet non liant de l’azote de
l’indole permet, grâce à la délocalisation, au doublet du méthylène d’aller attaquer l’aldéhyde.
L’alcoolate qui en résulte permet de former le phénolate à son voisinage. La cyclisation par
attaque du phénolate et le départ d’une molécule d’eau permettent d’obtenir le spiropyrane
(figure 2-29).
O
O
H
N
O
2-28
O
H
N
Figure 2-29 : Mécanisme de formation d’un spiropyrane.
Quand les spiropyranes sont formés, il faut les déprotéger pour accéder à l’amine et
l’alkyler. La méthode classique de déprotection d’un groupe Boc utilise l’acide
trifluoroacétique (TFA) dilué dans le dichlorométhane. Lors de quelques essais dans des
solutions de TFA de concentrations différentes, le spiropyrane de départ a toujours été
récupéré. Il faut en fait utiliser le TFA pur pour réussir à déprotéger. Par ailleurs, une fois que
la molécule est déprotégée, il faut retourner sous forme basique, ce qui a été impossible dans
ce cas. L’amino-spiropyrane neutre 2-12 n’a donc jamais été isolé, malgré les publications
affichant clairement ce résultat (figure 2-30). 13,14
N
N
N
HO
HO
HO
O
93%
O
O NO 2
O
E tOH
Re flux 6h
99%
O
NO2
NO2
NO 2
2-31
2-34
- H 2O
N
N
O
O
O
O NO2
O
O
O
H
N
H
N
NO 2
N
HO
N
Spiro
Spiro-méthoxy
H
O
O
OH
NO 2
NO 2
79

O
O
80
H
N
Figure 2-30 : Déprotection du groupement Boc et traitement basique.
Des essais d’alkylation ont été tentés sur des sels, en utilisant le 2-(2-
chloroéthoxy)éthanol 2-18 ou le 2-(2-iodoéthoxy)éthanol 2-38 synthétisé selon une procédure
déjà décrite, l’iodure étant un meilleur groupe partant pour la réaction SN2. Les conditions
classiques d’échange d’un halogène par un iode sont l’utilisation de deux à trois équivalents
d’iodure de sodium dans l’acétone. Ces conditions n’ayant pas donné de résultat dans ce cas,
il a fallu saturer une solution d’acétone en iodure de sodium pour achever l’échange (figure 2-
31). 23
Figure 2-31 : Préparation d’un « bras » avec un meilleur groupe partant.
Les dérivés chloré et iodé ont donc été utilisés pour tenter d’alkyler les spiropyranes
salifiés 2-37, sans succès (figure 2-32).
H3N
N
O NO 2
R
OOCCF 3
N
HO
OOCCF 3
100 % TFA
Cl O OH
Figure 2-32 : Essais d’alkylation sur les spiropyranes salifiés.
Une alternative a alors été envisagée : alkyler l’amine libre de la base de Fischer 2-30
au lieu de la protéger par un Boc avant de procéder à la condensation menant à la formation
du spiropyrane. De nombreuses conditions d’alkylation ont été mises en oeuvre. Les
différentes méthodes utilisant différentes bases ont été testées 24 avec les différents solvants et
dans des conditions de température et durée différentes, ainsi que des combinaisons de ces
méthodes, mais encore une fois sans succès (figure 2-33).
NO2
R
H 3 N
OOCCF 3
N
Cl O OH
I O OH
NaI
Acétone
65%
HO
OOCCF 3
HO
HO
NO 2
R
I O OH
O
O
Traitement basique
2-36 2-37 2-12
2-37
2-18 2-38
2-18
2-38
2-13
N
N
H2 N
O NO 2
R
N
O NO 2
R

H2N
Figure 2-33 : Différents essais d’alkylation de la base de Fischer.
L’indole 2-30 s’avère impossible à alkyler avec les procédures typiquement testées. En
effet, le doublet non liant de l’azote primaire est trop impliqué dans la mésomérie de
l’aromatique qui est appauvri en électrons par l’indole et est donc beaucoup moins disponible
pour réagir.
N
I O OH
En effet, une amine aromatique non appauvrie en électrons telle que l’aniline 2-40
s’alkyle très facilement : deux jours de reflux dans l’eau en présence de carbonate de calcium
permettent d’isoler l’aniline di-alkylée 2-41 avec un bon rendement de 90%, et ce après une
purification sur colonne de silice (figure 2-34).
Figure 2-34 : Alkylation de l’aniline.
Etant dans une impasse avec les spiropyranes et la base de Fischer,
la suite de la synthèse a pour but de réaliser une molécule modèle 2-42
avec une aniline à la place du spiropyrane. La voie de synthèse reste
identique à celle envisagée précédemment.
L’étape suivante est donc la tosylation des groupements hydroxyles
de la molécule 2-6, réalisée dans les conditions classiques déjà utilisées.
Deux équivalents de chlorure de tosyle sont mis à réagir avec la molécule en présence de
triéthylamine, à température ambiante. Mais la réaction de tosylation a été très aléatoire dans
notre cas: certaines fois un rendement de 50% est obtenu, d’autres fois le produit 2-43 n’est
même pas observé. Les résultats sont en fait non reproductibles à cause d’une réaction
intramoléculaire secondaire due à la formation d’un cycle à 6 favorisé par l’excellent
caractère de groupe partant du tosyle (figure 2-35). 25
HO
HO
2-30 2-38
2-39
H2N
+
O
O
N
Cl O OH
N
CaCO3
H 2O
Relfux 48 h
90%
2-40 2-18 2-6
Base Solvant
K2CO3 H2O
Na2CO3 MeCN
Na2HPO4 DMF
CaCO3 NMP
HO
HO
O
O
N
O
O
N
O O
O
O O
O
O O
2-42
81

82
Figure 2-35 : Réaction secondaire empêchant l’obtention de la molécule 2-43.
En fait, dans le cas de la publication citée précédemment, 11 l’aniline porte un aldéhyde
en position para, ce qui désactive largement le doublet non liant de l’azote et l’empêche ainsi
de former le cycle à 6, permettant ainsi la double tosylation souhaitée.
2.2.3. Résultats de la stratégie monomoléculaire 1
L’approche choisie pour aborder la synthèse de la molécule cible par l’alkylation du
spiropyrane n’a pas abouti. Nous n’avons pas été en mesure d’accéder à notre molécule cible
à cause de difficultés de synthèse. Malgré ce qui est annoncé dans les publications, que ça soit
pour la synthèse des spiropyranes et du calixarène, nous avons souvent dû tâtonner pour
améliorer les méthodes quand nous ne nous sommes pas heurtés à des méthodes non
reproductibles. Cependant, la molécule intermédiaire clé 2-15, le calixarène disubstitué a été
obtenue.
D’autres méthodes sont tout de même à envisager, comme par exemple introduire le
spiropyrane en dernier sur un calixarène déjà entièrement construit.
2.3. Stratégie monomoléculaire 2
2.3.1. Construction à partir du calixarène
La synthèse de la molécule cible 2-5 peut être envisagée dans l’autre sens. L’azote
serait introduit sur le calixarène, puis est substitué par le spiropyrane par condensation
catalysée. L’inspiration peut être trouvée dans quelques autres publications de Kim et
Witulski par exemple.
O
O
2-6
HO
N
TsCl NEt3 TsO
N 2-43
HO
O
CH 2Cl2 TsO
O
TsO
TsO
O
O
N
Les différentes publications de Jong Seung Kim 9,26 seront très utiles car elles décrivent
les méthodes qui seront utilisées dans cette nouvelle stratégie. Le concept est de dissymétriser
TsO
O
O
N
OTs

un calixarène portant quatre bras par cyclisation d’un p-toluènesulfonamide permettant de
former le sommet d’une demi-aza-couronne. Le groupe sulfonamide peut être clivé par
plusieurs méthodes, dont une citée dans les publications. Une fois l’amine libre isolée, il
faudra procéder à un couplage catalysé avec de condenser le calixarène et le spiropyrane ou
un de ses précurseurs (figure 2-36).
O OH OH
O
Figure 2-36 : Introduction d’un azote sur la demi-couronne d’un calixarène.
La condensation catalysée au palladium 0 d’un aromatique pauvre en électrons avec
une aza-couronne a été étudiée par Witulski. 27 Le spiropyrane doit donc porter un halogène
(brome) afin de pourvoir procéder à la condensation, et il a été montré plus haut que la partie
aromatique de indole du spiropyrane est pauvre en électrons (figure 2-37).
O2N Br + H N O
Figure 2-37 : Méthode de couplage d’une aza-couronne à un halogénure aromatique.
La nouvelle stratégie de synthèse pour accéder à la molécule cible 2-5 est illustrée
dans la figure 2-38. Un bord d’un calixarène tétra-substitué 2-48 (ou disubstitué 2-15) est
fermé par cyclisation par un p-toluène sulfonamide qui est ensuite déprotégé pour former le
calixarène portant une demi aza-couronne 2-50. Celle-ci pourra être alors utilisée de
différentes façons, comme par exemple dans un couplage impliquant un spiropyrane portant
un brome 2-51 (ou un précurseur comme une base de Fischer bromée) pour former la
molécule cible ou tout autre composé utile (figure 2-38).
O
O
O
O O
Cl Cl
O
2-44 2-45 2-46 2-47
n
O
cat
O
O
O O
O
N
S O
O
O
O
O
O O
N
H
O 2N N O
O
n
Alkylation
83

84
O
Cl Cl
O O
O
O
O O
Cl Cl
O
Figure 2-38 : Stratégie alternative de synthèse de la molécule cible.
Les intermédiaires clés à synthétiser sont donc les suivants (figure 2-39): un
calixarène dont un bord est cyclisé 2-52 ou 2-49 et un composé bromé intermédiaire 2-53
dans la synthèse de spiropyrane 2-51.
O
O S O
N
O O
O
O
O O
Cl Cl
O
Figure 2-39 $ : Intermédiaires clés dans la nouvelle stratégie de synthèse.
2.3.2. Synthèse des composants du système supramoléculaire
a) Synthèse de la partie spiropyrane
La synthèse de la partie spiropyrane est directement inspirée de la méthode de
Raymo. 7 La synthèse des indoles de Fischer permet d’introduire le brome dans la structure :
l’hydrochlorure de 4-bromophénylehydrazine 2-54 commercial est mis à réagir avec la cétone
2-25 dans un milieu acide au reflux pour former l’indolénine 2-55 correspondante. La
formation du cycle est quantitative et ne nécessite pas de purification (figure 2-40).
O
O O
Figure 2-40 : Préparation de le 5-bromo-2,3,3-triméthylindolénine.
O
H
N
O
O O
Cl Cl
O
Br
N O NO 2
R
O
O O
2-48 2-49 2-50 2-51 2-5
2-52
OH O O
O
O
O
N
S O
Br
HO
O
Cl Cl
O O
O
O
O O
N
O S O
O
2-49
+
CH 3COOH Br
NHNH 2 O Ref lux 12h
98%
N
2-54 2-25
2-55
Br
Br
O
N
R
O NO2 R'
N
R
O
R
O
N
N
O
O O
O
O
NO 2
2-51
2-53

L’amine de l’indolénine est ensuite alkylée par l’iodoéthnol dans le toluène pour
former le sel d’indoléninium 2-56. Généralement, cette réaction est effectuée dans des
solvants polaires, l’avantage d’utiliser le toluène est en fait la précipitation du sel au fur et à
mesure de l’alkylation. La molécule est ainsi isolée par filtration après douze heures de reflux
(figure 2-41).
Figure 2-41: Préparation de l’iodure de d’indoléninium bromé.
L’iodoéthanol et non pas par un halogénure d’alkyle plus simple comme par exemple
l’iodométhane a été choisi pour l’alkylation afin de pouvoir bénéficier de la versatilité ainsi
créée du spiropyrane à venir.
Comme vu page 14, le sel est ensuite traité dans un milieu aqueux basique afin de
former l’oxazolidine 2-57 (figure 2-42).
Br
N Toluène
2-55
Reflux 12h
69%
OH 2-56
Figure 2-42 : Préparation de l’oxazolidine.
Malgré une très faible solubilité dans l’eau au premier abord, l’oxazolidine est très
rapidement formée. L’extraction de l’eau par de l’éther diéthylique suivie de l’évaporation
permettent d’isoler le produit sans autre purification et avec un excellent rendement. Le
mécanisme de formation de l’ènamine réactive qui conduit à la formation du spiropyrane à
partir d’une oxazolidine nécessité un solvant protique (figure 2-43).
Br
N
O
EtOH
Br
I
Figure 2-43 : Rappel du mécanisme de formation de la base de Fischer en milieu
OH
N I
KOH
H 2O
Br
N
O
2-56 OH
TA 30 min
96%
2-57
Br
N
O
H
OEt
protique.
Br
Br
N
N
I
H
O
Br
N
OH
85

86
L’oxazolidine est ensuite condensée dans les conditions classiques avec l’aldéhyde
aromatique pour former le spiropyrane bromé 2-58 (figure 2-44).
Figure 2-44 : Préparation du spiropyrane bromé 2-58.
La synthèse de la partie spiropyrane est donc achevée et nous avons à notre disposition
plusieurs synthons portant un brome susceptibles d’être utilisés dans la suite de la synthèse.
b) Synthèse de la partie calixarène
Le travail sur le calixarène vient ensuite. Il nous faut donc introduire
un azote en cyclisant deux bras chlorés sur un p-toluène sulfonamide. Nous
avons déjà à notre disposition le calixarène disubstitué 2-15, il reste à
préparer le tetra-substitué 2-48. Avoir ces deux molécules peut s’avérer
avantageux car cela nous offre plusieurs voies de synthèse.
La méthode de tetra-substitution est identique que dans la stratégie précédente, à
savoir puisée dans la publication de Kim. 12 Les conditions publiées sont 24 heures de reflux
dans l’acétonitrile et rendement de 70%. Si l’on manipule selon ces conditions, le rendement
est de 0%.
Br
OH OH OH
HO
N
+
O
HO
O
Figure 2-45 : Préparation du calixarène tetra-substitué 2-48.
En augmentant le temps de réaction, un rendement maximal de 30% est atteint après
cinq jours de reflux. Au-delà, la réaction n’évolue plus. Le produit est isolé sans purification
sur colonne de silice par trituration dans l’éther diéthylique et filtration (figure 2-45).
O
NO 2
EtOH
Ref lux 3h
98%
Cl O OTs
Br
K CO 2 3
MeCN
Ref lux 5 jours
30%
N
OH
O NO 2
2-57 2-34
2-58
O
O
Cl
O
O
O
O O
2-9 2-22
2-48
Cl Cl
Cl
O
O
OH O O
O
O
Cl Cl
2-15
HO

Dans la publication de Kim, les quatre bras du calixarène 2-48 sont alors cyclisés pour
former un calixarène portant deux demi-aza-couronnes protégées par les sulfonamides 2-59.
Dans notre cas, il ne faut fermer qu’un seul côté du calixarène : il suffit de ne mettre qu’un
équivalent de p-toluènesulfonamide et de travailler en haute dilution pour éviter tout produit
secondaire substitué autrement. Encore une fois, si l’on suit les conditions préconisées par
Kim (24 heures au reflux du DMF), le rendement de la réaction est nul : seuls quelques
milligrammes du produit symétrique fermé à ses deux bords 2-59 ont été isolés (figure 2-46).
Figure 2-46 : Résultats de cyclisation si les conditions publiées sont appliquées.
Le chauffage du DMF au reflux est en soi problématique car le DMF se décompose
facilement lorsqu’il est chauffé à haute température, 28 par ailleurs 24 heures de réaction
semblent largement insuffisantes pour former le produit.
La cyclisation sur le calixarène 2-15 portant seulement deux bras a été optimisée.
Cette molécule est en effet plus facile d’accès et permet d’économiser des atomes (figure 2-
47).
O
Cl Cl
O O
O
O
O O
Cl Cl
2-48
O
+
OH O O
O
NH 2
O S O
O
Cl Cl
1 eq
HO
K2CO3
DMF
Ref lux 24 h
+
NH2 O S O
Figure 2-47 : Conditions de cyclisation optimisées.
O
O
O S O
O
N
O
O O
O
O
N
S O
8% 0%
K 2 CO 3
NaI
MeCN
Reflux 7 jours
27%
O
2-59
OH O O
O
N
O
O S O
O
O
Cl
HO
O
O
O O
N
O S O
2-15 2-52
Cl
O
O
2-49
87

88
Les conditions optimales trouvées sont différentes de celles publiées : le DMF est à
proscrire à cause de sa décomposition, il faut utiliser l’acétonitrile. Une quantité catalytique
de NaI favorise la réaction : sans NaI, 18% de rendement sont obtenus dans le meilleur des
cas. Par ailleurs, la durée de la réaction ne doit pas être inférieure à une semaine pour
atteindre un peu moins de 30%. Au-delà d’une semaine de reflux, la réaction n’évolue plus.
Cette réaction est donc tout à fait délicate : il s’agit d’une cyclisation intramoléculaire il faut
donc travailler en haute dilution pour éviter l’oligomérisation, et on ne peut pas se permettre
de mettre plus d’un équivalent de p-toluènesulfonamide pour minimiser les disubstitutions ;
une semaine de reflux fort (et donc une semaine de réfrigération) ne permet pas de dépasser
30% de rendement.
Disposant d’un peu de matière, la déprotection des sulfonamides a été testée. La
méthode utilisée par Kim, Na(Hg) / Na2HPO4 dans dioxane/méthanol n’a pas été
reproductible, le milieu étant un amalgame impossible à traiter.
D’autres méthodes ont été appliquées, et malgré tout ce qui est publié, rien n’a
fonctionné (tableau 2-1). Plus particulièrement, l’utilisation de LiAlH4 29 a conduit à une
réaction assez propre et un produit a été isolé. Cependant il a été impossible de l’identifier,
malgré l’emploi des diverses techniques d’analyse disponibles (RMN 1 H, RMN 13 C, DEPT,
COSY, HMBC, masse). La seule conclusion qu’il a été possible d’en tirer c’est que ce n’est
pas la molécule attendue.
Conditions Résultats
Na(Hg) Traitement impossible
LiAlH4
Phénol HBr Echec
Molécule inconnue
Tableau 2-1 : Conditions testées pour la déprotection du N-tosyle.
Etant donné que les conditions de cyclisation du calixarène ont été optimisées, la
cyclisation avec différentes molécules portant un azote a été testée, en commençant par
l’aniline 2-40 qui avait été alkylée avec succès dans la première stratégie.
OH O O HO
NH 2
K2 CO 3
NaI
OH O O HO
+
O O
O O
MeCN
Reflux 7 jours
N
2-15 Cl Cl 2-40
0%
2-60
Figure 2-48 : Essai de cyclisation avec l’aniline.

Cette fois-ci, l’aniline n’est pas alkylée. Le produit mono-alkylé n’est même pas
observé (figure 2-48). Il en a été de même avec la base de Fischer 2-30 avec l’amine en
position 5, comme on pouvait s’y attendre, l’amine de la partie aromatique étant fortement
désactivée (figure 2-49).
OH O O
HO
Figure 2-49 : Essai de cyclisation avec la base de Fischer.
2.3.3. Résultats de la stratégie monomoléculaire 2
L’approche inversée de la seconde stratégie monomoléculaire n’a pas conduit à des
résultats satisfaisants. L’introduction d’un atome d’azote sur le calixarène semblait aisée
grâce aux publications offrant plusieurs méthodologies. Encore une fois, des difficultés de
synthèse qui pourtant n’auraient pas lieu d’être si les travaux publiés étaient reproductibles
ont été rencontrées. De même, l’amélioration des modes opératoires pourtant publiés et
annonçant des rendements plus que corrects s’est fait à tâtons.
Cependant les améliorations des conditions de synthèse ont permis d’obtenir certaines
molécules clés : un atome d’azote a été introduit avec succès au sommet d’une demi-couronne
portée par un calixarène donnant la molécule 2-52. Les méthodes optimisées peuvent être
utiles pour créer des molécules différentes qui pourront servir le projet. Si l’obtention d’une
molécule unique semble compromise, les briques déjà obtenues peuvent être assemblées dans
un système supramoléculaire utilisant non pas une, mais deux ou trois molécules.
2.4. Stratégie bimoléculaire
O
O
+
H 2 N
2-15 Cl Cl 2-30
0%
2-61
N
2.4.1. Stratégie calixarène + spiropyrane
N
OH O O
Puisque la molécule unique que nous avions pour cible apparaît trop coûteuse en
efforts de synthèse, il faut utiliser ce qu’on a réussi à obtenir intelligemment pour élaborer un
système bimoléculaire : allier le spiropyrane d’un côté et le calixarène en tant que
fluoroionophore de l’autre côté. Il y a certains avantages d’une telle stratégie : plusieurs
K2 CO 3
NaI
MeCN
Reflux 7 jours
O
N
O
HO
89

spiropyranes sont déjà à notre disposition, et le calixarène cyclisé peut également être
exploité : l’azote du groupement sulfonamide peut jouer le rôle pivot imaginé lors du design
du projet.
90
O
S N
O
O H
S N
O
O
O
O
O
O
O
N O
O
O
O
O
O
O
O
N O
O
O
O
O
O
NO 2
Figure 2-50 : Stratégie bimoléculaire.
Le principe du projet reste le même : un cation est complexé par la partie du calixarène
portant la demi aza-couronne N-tosylée. Un spiropyrane protoné est alors irradié dans le
visible et en se refermant, lâche son proton dans le milieu. Un équilibre acido-basique va
permettre de protoner l’azote tosylé et induire par la même la migration du cation vers l’autre
bord du calixarène où des fluorophores signaleront la présence du cation dans cette région par
une modification de leurs propriétés photophysiques (figure 2-50).
O
O
NO 2
O
O
Les deux molécules du système sont représentées dans la figure 2-51. Le travail se
synthèse n’est à faire que du côté du fluoroionophore : il faut attacher des fluorophores au
ionophore calixarène. Les pyrènes sont choisis en premier abord à cause de leur capacité à
former des excimères dont le signal est caractéristique et facile à mesurer.
H+
O
S N
O
O H
S N
O
O
O
O
O
O
O
O
N O O
H
O
O
O
N O
O
O
O
O
O
NO2
O
O
NO 2
O
O
O
O
2-62
Spiro-méthoxy

Figure 2-51 : Molécules du système.
2.4.2. Synthèse des composants du système bimoléculaire
Des spiropyranes ont déjà été obtenus lors des deux premières stratégies. Mais une
dernière molécule est synthétisée pour compléter le panel. Pour ce spiropyrane, les produits
utilisés et le mode opératoire de Raymo ont été suivis à la lettre. 7 L’iodure d’indolénimium 2-
63 étant déjà disponible au laboratoire, l’oxazolidine correspondante 2-64 a été formée en
milieu basique, puis à condensée avec le benzaldéhyde 2-31 pour obtenir l’éthanol-
spiropyrane (figure 2-52).
O O
Figure 2-52: Préparation d’un spiropyrane supplémentaire.
Il faut ensuite achever la synthèse du calixarène en introduisant des fluorophores sur le
bord libre faisant face à la demi-aza-couronne protégée. Deux méthodes sont envisageables si
l’on considère les calixarènes intermédiaires que nous avons déjà synthétisés.
La première est d’utiliser le calixarène cyclisé 2-52 et de substituer les
phénols restés libres par des bras portant les fluorophores. L’avantage de cette
voie est que l’étape principale est la substitution des phénols, si les bras sont
tosylés, cette étape ne devrait pas poser de difficultés. L’inconvénient est
l’encombrement stérique : il faut être sûr que le calixarène se retournera de sa
conformation cône en une conformation 1,3-alternée.
O
O O
O
O
O O
N
O S O
O
NO2 KO H
N
I H2O
N
O
EtO H
2-63
OH
TA 30 min
85% 2-64
Reflux 3 h
85%
R"
N
R'
O NO 2
R
2-62 Spiro
N O NO2
La seconde voie aurait pour point de départ le calixarène tétra-substitué 2-48 dont nous
disposons également. Il faudrait alors cycliser un de ses bords par le p-toluène sulfonamide en
HO
O
2-31
OH
Spiro-éthanol
OH O O
O
O
N
O S O
2-52
HO
91

utilisant les conditions optimisées, puis substituer les deux bras libres par les
fluorophores. L’avantage de cette façon de faire est que le calixarène est déjà
1,3-alterné dans ce cas, l’inconvénient est que l’on peut prévoir la faiblesse des
rendements de chaque étape de cette voie : la tétra-substitution et la cyclisation
ne dépassent pas les 30%, et il faut tenir compte de la double substitution par
les fluorophores qu’il faudra optimiser.
parallèle.
92
Disposant de ces deux produits de départ, ces deux méthodes ont été mises en route en
a) Méthode de synthèse 1
L’étape clé de cette méthode est la substitution des phénols libres
par des bras qui piégeront le cation une fois celui-ci éjecté du bord opposé
du calixarène. Pour cela, les bras doivent être des glycols, substitués d’une
part par le fluorophore, d’autre part par un tosyle qu’il est nécessaire d’avoir pour la
substitution du calixarène. La structure du bras est illustrée ci-contre.
La rétro-synthèse de ce bras est simple : le pyrène-1-ol 2-68 d’une part et le diéthylène
glycol di(p-toluènesulfonate) 2-69 d’autre part.
Le pyrène-1-ol est disponible commercialement, mais étant extrêmement coûteux, il a
été synthétisé à partir du pyrène. La première étape est la bromation oxydative. 30 Elle a lieu
dans un mélange de méthanol et d’éther diéthylique, avec comme réactifs l’acide bromique à
30% dans l’acide acétique en présence de peroxyde d’hydrogène à 30% dans l’eau. La
molécule 2-67 est isolée par précipitation et filtration (figure 2-53).
30% HBr AcOH
30% H2O2 MeOH/ Et 2O
TA24 h
2-66 2-67
Figure 2-53 : Préparation du 1-bromopyrène.
Le dérivé bromé est ensuite transformé en hydroxyle : le 1-bromopyère est d’abord
traité par du magnésium afin de former le réactif de Grignard correspondant. Cet
intermédiaire est alors mis à réagir avec le borane. L’aryl-borane ainsi obtenu est alors oxydé
par H2O2/NaOH. 31 Le pyrène-1-ol 2-68 est obtenu avec 72% de rendement après purification
chromatographique sur colonne de silice (figure 2-54).
88%
Br
O
Cl
O
O
O
O O
Cl Cl
2-48
Cl
O
O
O O OTs
2-65

Figure 2-54 : Préparation du pyrène-1-ol.
Le pyrène-1-ol est alors alkylé par le diéthylène glycol di(p-toluènesulfonate) 2-69
disponible au laboratoire, grâce à l’hydrure de sodium dans le THF. 32 Afin d’éviter la double
substitution sur le diéthylène glycol, ce dernier est mis en excès dans le milieu relativement
dilué. Le produit attendu 2-65 est isolé après 36 heures de reflux grâce à une purification
chromatographique sur colonne de silice (figure 2-55).
Figure 2-55 : Préparation du bras tosylé portant le fluorophore.
L’étape suivante est l’étape clé de cette méthode. Ce bras tosylé doit venir di-alkyler le
calixarène portant la demi-aza-couronne 2-52. S’agissant d’une substitution sur les phénols
libres du calixarène par un alkylant tosylé, la réaction a été essayée en premier lieu dans les
conditions utilisées jusque là pour l’alkylation du calixarène, à savoir K2CO3 en base au reflux
de l’acétonitrile. Après avoir effectué la purification et les analyses nécessaires, il s’est avéré
que la molécule isolée n’est pas la dialkylée attendue, mais la mono-alkylée. D’autres modes
opératoires ont alors été utilisés pour forcer la di-alkylation. Les méthodes sont résumées dans
le tableau 2-2 suivant.
-K2CO3
-MeCN
2-68
-Reflux 3 jours
O
S
O
Br
Mg
BH3.SMe2
THF
OH
O
NaOH
30% H 2O2
Ref lux 3 h
2-67 2-68
OH
72%
O O S
O
NaH, THF
Reflux 36 h
63%
-K2CO3 et calixarène
dans MeCN, agitation
-Ajout du bras après
-Reflux 3 jours
2-69
Tableau 2-2 : Conditions testées pour l’alkylation du calixarène.
O
-KOH aqueux
-THF
-Reflux 3 jours
O O OTs
2-65
-NaH
-THF
-Reflux 5 jours
Monoalkylé isolé Monoalkylé isolé Monoalkylé isolé 74% d’attendu
93

94
Les conditions qui ont finalement permis d’isoler la molécule di-substituée attendue 2-
62 sont l’utilisation d’hydrure de sodium comme base dans le THF, au reflux du THF pendant
cinq jours. Ces conditions sont beaucoup plus fortes que celles envisagées précédemment,
elles sont cependant visiblement nécessaires pour contre-balancer l’encombrement stérique de
molécules mises en jeu, ou pour forcer la déprotonation du phénol restant une fois la première
alkylation effectuée (figure 2-56).
OH O O
O
O
O
N
S O
Figure 2-56 : Conditions finales de préparation du fluoroionophore de la méthode 1.
Finalement, la molécule attendue est isolée avec un excellent rendement compte tenu
des difficultés rencontrées tout au long de ces synthèses de calixarènes. La structure a été
validée par RMN et par masse (MALDI).
HO
O O OTs
+ NaH
b) Méthode de synthèse 2
THF
Reflux 5 jours
La seconde méthode consiste à partir du calixarène portant quatre bras simples 2-48,
fermé sur un bord la demi-aza-couronne protégée par le sulfonamide, puis faire une
substitution sur les deux chlores par deux hydroxypyrènes.
La première étape de cette méthode est la cyclisation d’un des bords du calixarène
tétra-substitué. Les conditions de cyclisation pour le calixarène étant optimisées, elles ont été
appliquées dans ce cas là. Le calixarène et un équivalent de p-toluène sulfonamide sont mis à
réagir en présence de la base K2CO3, d’une quantité catalytique de NaI, au reflux de
l’acétonitrile pendant une semaine, l’ensemble dilué à 10 -3 mol/L pour minimiser la formation
de produits secondaires. Cette fois-ci, les conditions ont été efficaces et la molécule a été
obtenue avec le rendement attendu de 24% (figure 2-57).
O O
O
O O
N
2-52 2-65 O S O 2-62
74%
O
O
O O
O

2-48
Figure 2-57 : Préparation du calixarène.
La seconde et dernière étape est la substitution des chlores par les pyrène-1-ol 2-68.
Etant donné la similitude de cette étape avec l’étape précédente, les mêmes conditions ont été
utilisées : les pyrène-1-ol sont mis en présence de la base K2CO3 dans l’acétonitrile, puis le
calixarène et une quantité catalytique de NaI sont ajoutés. L’ensemble est agité au reflux de
l’acétonitrile pendant quatre jours (figure 2-58).
2-49
O
O
Cl Cl
O O
O
O
O O
Cl Cl
Cl Cl
O O
O
O
O O
O
N
S O
O
Figure 2-58 : Conditions finales de préparation du fluoroionophore de la méthode 2.
La molécule 2-62 est obtenue avec un excellent rendement. Les analyses de RMN et
de masse concordent avec celles de la molécule obtenue par la méthode 1.
Il est difficile de conclure quelle méthode entre les deux est la meilleure. Dans la
figure 2-59, les deux méthodes sont confrontées. La méthode 1 semble avantageuse de part les
meilleurs rendements obtenus, mais requiert plus de travail de synthèse car il ne faut pas
oublier que les bras portant les pyrènes doivent être synthétisés.
O
+
+
NH 2
O S O
2-68
OH
K CO 2 3
NaI
MeCN
Ref lux 7 jours
24%
K2CO 3
NaI
MeCN
Ref lux 4 jours
76%
O
O
Cl
O
O
O O
N
O S O
O
O
Cl
O
O O
O
O
O O
O O
N
O S O
O
2-49
2-62
95

96
OH OH OH
2-9
Figure 2-59 : Méthodes 1 et 2.
Le calixarène cible de cette stratégie a donc été synthétisé avec succès selon deux
approches différentes. La suite du chapitre traitera des études du système bimoléculaires.
2.4.3. Résultats des études spectroscopiques avec différents cations
Etant donné que les réactions de synthèse des calixarènes durent très longtemps, ce
temps a été utilisé pour étudier les spiropyranes partenaires du système bimoléculaire.
figure 2-60.
HO
58%
OH O O
O
O
Cl C l
OH OH OH HO
30% O O
2-9
Mét hode 1
Mét hode 2
O
Cl C l
O O
C l Cl
HO
O O
O
OH O O
a) Etudes spectroscopiques des spiropyranes
Nous disposons de trois spiropyranes, dont les différentes structures sont données
N O NO 2
OH
Spiro-éthanol
2-15
2-48
Figure 2-60: Les trois spiropyranes étudiés.
O
27% N
O
Cl
O
O S O
O
O
HO
O O
O
74%
24% O O
76%
N O NO 2
N
O S O
C l
2-52
2-49
O O
O
O
O
O O
O
O
O O
N
O S O
O O
O
O
O O
O
N
S O
N O NO 2
Spiro Spiro-méthoxy
O
O
O
O
2-62

Il s’agit de les comparer entre eux, pour éventuellement déterminer le meilleur
spiropyrane à utiliser dans le système bimoléculaire pour accompagner le calixarène. Toutes
les mesures sont faites dans l’acétonitrile.
Dans un premier temps, les mesures du coefficient d’extinction molaire sont effectuées
par enregistrement des spectres d’absorption et dilutions successives, puis ils sont calculés
grâce à une régression linéaire (figure 2-61).
Abs
1,0
0,5
0,0
200 300 400 500 600
Longueur d'onde (nm)
A = ε.l.c ε = A / l.c
Figure 2-61 : 1) Spectres dans l’acétonitrile d’absorbance normalisée ; 2) coefficients
d’extinction molaire des trois spiropyranes.
Les spiropyranes s’ouvrent un peu dans les solvants polaires tels que l’acétonitrile, de
plus ils prennent très facilement la lumière. 33 Les spectres d’absorbance peuvent donc montrer
de petites bandes au delà de 450 nm, et c’est pour cette raison que les coefficients d’extinction
molaire ne sont pas calculés au-delà de cette valeur.
Les constantes de vitesse de retour thermique ont ensuite été mesurées. Pour rappel, un
spiropyrane irradié dans l’ultra-violet s’ouvre, après l’arrêt de l’irradiation, la molécule
revient spontanément dans sa forme fermée initiale (figure 2-62).
N
R'
O
Spiro-éthanol
Spiro
Spiro-méthoxy
NO 2
R
Epsilon (L.mol -1 .cm -1 )
Noir
200 250 300 350 400 450
N O NO 2
R'
R
Forme ouverte Forme fermée
FO FF
Figure 2-62 : Fermeture thermique des spiropyranes ouverts.
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
1) 2)
0
Longueur d'onde (nm)
Spiro-éthanol
Spiro
Spiro-méthoxy
97

98
Les molécules sont irradiées pendant 15 min à 365 nm, puis l’absorbance est mesurée
à des intervalles réguliers.
Abs
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
Figure 2-63 : Fermeture thermique des spiropyranes dans l’acétonitrile : 1) mesures de
l’absorbance à intervalles réguliers ; 2) décroissance des absorbances normalisées.
Les spectres 1) de la figure 2-63 ont été mesurés avec la molécule spiro-éthanol. Les
déclins d’absorbance ont été mesurés à la longueur d’onde où l’absorbance de la forme
ouverte est maximale. Le spiro-méthoxy se referme très vite : il a été impossible d’enregistrer
les spectres d’absorption sur la totalité de la fenêtre spectrale. En effet, le temps que le
spectromètre enregistre un spectre, une diminution non négligeable de l’absorbance a lieu.
Les mesures ont donc été faites dans un intervalle de 20 nm (entre 590 et 570 nm) avec des
écarts dans le temps de 30 secs. Pour les deux autres spiropyranes, les mesures ont pu être
effectuées sur la totalité de la fenêtre spectrale avec des écarts entre de mesures de deux
minutes. Chaque déclin est mesuré à température constante, afin de pouvoir calculer les
constantes de vitesse de fermeture des spiropyranes.
Les décroissances des absorptions peuvent être ajustées à l’aide d’une équation
exponentielle, solution de l’équation différentielle de l’équation cinétique de la réaction de
fermeture des spiropyranes. La démonstration des équations permettant le calcul de la
constante de vitesse de retour suit :
-d[FO] / dt = k[FO]
200 300 400 500 600 700 800
Longueur d'onde (nm)
-d[FO] / [FO] = k.dt (1)
0 s
240 s
480 s
720 s
1320 s
1920 s
3120 s
1) 2)
N
R'
O
NO 2
R
Abs
Noir
1,0
0,5
0,0
0 1000 2000 3000
Temps (s)
N O NO 2
R'
R
Forme ouverte Forme fermée
FO FF
Spiro-éthanol
Spiro
Spiro-méthoxy

-ln [FO] + c = k.t
ln [FO] = - k.t + c conditions initiales : t = 0 => c = ln [FO]0
[FO] = exp (-k.t + ln [FO]0) = exp (-k.t) * exp (ln [FO]0)
[FO] = [FO]0 * exp (-k.t) (2)
At = AO + AF
εt [C] = εFO [FO] + εFF [FF] à t : [FO] + [FF] = [C]
εt [C] = εFO [FO] + εFF ( [C] - [FO])
εt [C] = [FO]( εFO - εFF ) + εFF [C] εFO - εFF = ∆ε
εt [C] = ∆ε [O] + εFF [C]
[O] = (εt [C] - εFF [C]) / ∆ε εFF [C] = A∞
[O] = (At - A∞ ) / ∆ε (3)
(2) et (3) => (At - A∞) / ∆ε = (A0 - A∞) / ∆ε * exp (-k.t)
At = (A0 - A∞) exp (-k.t) - A∞
(4)
Une régression exponentielle des courbes de décroissance obtenues
expérimentalement permet de sortir la constante de vitesse de retour à la forme fermée dans le
noir.
Enfin, la protonation des spiropyranes a été étudiée : un équivalent d’acide
trifluoroacétique est ajouté dans le milieu, puis des mesures régulières de l’absorbance à la
longueur d’onde où la bande de protonation apparait sont effectuées. Dans la partie 1) de la
figure 2-64, les spectres sont été mesurés avec la molécule spiro simple. L’augmentation de
l’absorbance est lente, les mesures sont effectuées toutes les 10 minutes et durent jusqu’à 12
heures (le spectromètre est programmé pour toute une nuit).
99

Figure 2-64 : Protonation des spiropyranes dans l’acétonitrile : 1) mesures à intervalles
100
Abs
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
réguliers ; 2) croissance des absorbances normalisées.
Le spiro-méthoxy se protone très rapidement comparé aux deux autres espèces :
l’absorbance maximale est atteinte en moins de quatre heures, alors que pour les deux autres
spiropyranes, des mesures effectuées 12 heures après le début de l’expérience ne permettent
pas encore d’atteindre ce palier.
Le tableau 2-3 résume toutes les données collectées sur les trois spiropyranes
candidats au système bimoléculaires : les coefficients d’extinction molaire, les longueurs
d’onde des bandes caractéristiques des formes ouvertes, les constantes de vitesse de fermeture
thermique, les vitesses relatives de protonation ainsi que les longueurs d’onde des bandes
caractéristiques des formes protonées.
Spiropyrane ε
N O NO 2
OH
Spiro-éthanol
N O NO 2
Spiro
N O NO 2
O
Spiro-méthoxy
200 300 400 500 600
Longueur d'onde (nm)
(L.mol -1 .cm -1 )
à 342 nm :
ε = 8 800
à 341 nm :
ε = 9 000
à 358 nm :
ε = 10 000
0 s
50 s
100 s
200 s
300 s
600 s
800 s
980 s
0 10000 20000 30000 40000
Tableau 2-3 : Résumé des données sur les spiropyranes.
Abs
1) 2)
λabs.max
forme
ouverte
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
k retour FO vers
FF
563 nm k = 19,8.10 -4 s -1
Rapide
557 nm k = 15,3.10 -4 s -1
Rapide
581 nm k = 13,1.10 -3 s -1
Très rapide
Temps (s)
Spiro-éthanol
Spiro
Spiro-méthoxy
Protonation λabs.max
Très lente
(plus de 12h)
Lente
(plus de 12h)
Rapide
(finie après
4h)
forme
protonée
401 nm
400 nm
418 nm

Les ordres de grandeur des constantes de vitesses sont cohérents avec la littérature. 34
Le spiro-méthoxy est un cas à part, il se referme très rapidement dans le noir et s’ouvre très
facilement en présence d’acide. Cependant, grâce à la présence du substituant méthoxy
donneur, la forme ouverte devrait être stabilisée et donc perdurer plus longtemps dans le
noir. 35
Il faut remarquer que globalement, la protonation des spiropyranes est très longue. Il
est donc peu probable que dans le système envisagé, l’introduction d’un proton dans le milieu
permette la protonation du spiropyrane au détriment du calixarène (figure 2-65).
O
S
Figure 2-65 : Protonation du spiropyrane versus calixarène.
Si l’on veut protoner le spiropyrane, il faut protoner sa forme ouverte. En effet, lors de
l’ouverture par irradiation dans l’ultra-violet, un phénolate est créé et sa protonation est
instantanée (figure 2-66). 7
O
N
O
O
Abs
Figure 2-66 : Spectres des formes fermée, ouverte et protonée du spiropyrane dans
l’acétonitrile.
Alors, ce n’est pas un équivalent d’acide qu’il faudra injecter dans le milieu, mais un
équivalent de spiropyrane déjà ouvert et protoné.
O
O
N O
1,0
0,5
0,0
O
O
O
O
O
NO 2
O
O
H+
O H
S N
200 300 400 500 600 700 800
Longueur d'onde (nm)
O
Spiro
Spiro irradié 10min UV
Spiro irradié protoné
O
O
O
O
O
O
NO 2
N O O
H
O
O
O
O
2-62
101

102
b) Etudes spectroscopiques du calixarène
En tout premier lieu, il faut avoir une idée de la protonation de l’azote tosylé que porte
de le calixarène 2-52. Un dosage RMN a donc été réalisé : le précurseur sans pyrène a été
dosé par 1, 2, 5, 10 et 20 équivalents d’acide trifluoroacétique dans le chloroforme deutéré, à
200 MHz. La tendance est montrée dans la figure 2-67. Le pic caractéristique du CH2 portant
l’azote protoné est suivi, il subit le plus important déblindage entre tous les autres pics.
20 eq TFA
10 eq
5 eq
2 eq
1 eq
0 eq
Figure 2-67 : Dosage RMN de 2-52 par TFA dans CDCl3.
Si l’on trace la variation du déplacement chimique en fonction du nombre
d’équivalents d’acide ajoutés, la courbe obtenue est une exponentielle qu’il est possible
d’ajuster à l’aide d’un logiciel (figure 2-68). Dans ce cas, l’ajustement exponentiel est très
bon avec r² = 0,999.
Déplacement chimique (ppm)
3,49
3,48
3,47
3,46
3,45
3,44
Déplacement chimique
ExpDec1 of Déplacement chimique
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,99935
0 5 10 15 20
Equivalents TFA
Value Standard Error
Déplacement chimique y0 3,48459 6,57779E-4
Déplacement chimique A1 -0,04551 6,3845E-4
Déplacement chimique t1 6,94353 0,2691
Figure 2-68 : Variation du déplacement chimique en fonction des équivalents de TFA.
OH O O
O O
N
O S O
HO
2-52

La constante exponentielle ainsi déterminée permet de dire qu’il faut environ 7
équivalents d’acide pour protoner la moitié du calixarène titré.
Par ailleurs, la constante de protonation a été déterminée grâce au logiciel
WinEqNMR2 qui utilise les données expérimentales directement issues des mesures en RMN
pour les calculs nécessaires (figure 2-69). 36
OH O O
O
O
O
N
S O
HO
+ H +
OH O O
Figure 2-69 : Protonation du calixarène 2-52 et constante d’association dans CDCl3.
Une fois la molécule finale 2-62 obtenue, nous avons réalisé les mêmes expériences de
dosage par l’acide trifluoroacétique en RMN dans le chloroforme deutéré. Les spectres ont été
enregistrés avec 0, 1, 2, 3, 5, 10 et 15 équivalents d’acide (figure 2-70). Il est à noter que ce
même dosage a été également réalisé dans l’acétonitrile deutéré, sans pour autant que l’on soit
capable de voir le moindre effet de blindage des pics caractéristiques.
K a
2-52 2-52-H
15 eq TFA
10 eq
5 eq
3 eq
2 eq
1 eq
0 eq
Figure 2-70 : Dosage RMN de 2-62 par TFA dans CDCl3.
O
H
N
O
O S O
HO
C + H + = CH +
Ka = [CH + ] / [C][H + ]
Ka = 10 3,7
O
O O
O O
O O
O O
N
O S O
O
2-62
103

104
Ensuite, la variation du déplacement chimique du pic caractéristique du CH2 portant
l’azote protoné est tracée en fonction du nombre d’équivalents d’acide dans la figure 2-71.
Cette variation est exponentielle, elle a été ajustée par un logiciel. Cette fois-ci, l’ajustement
exponentiel est légèrement moins bon, r² = 0,995.
Figure 2-71 : Variation du déplacement chimique en fonction du nombre d’équivalents
de TFA.
Les résultats de l’ajustement permettent de dire que la moitié des molécules du
calixarène sont protonées après l’ajout de 4 équivalents d’acide contre 7 dans l’exemple
précédent.
WinEqNMR2.
Enfin, la constante d’association de protonation (figure 2-72) a été calculée avec
O
O O
Figure 2-72 : Protonation du calixarène 2-62 et constante d’association dans CDCl3.
On note que cette constante est nettement plus élevée que celle qui décrit l’association
du calixarène simple 2-52 avec un proton.
Déplacement chimique (ppm)
O O
O
O
O O
O
3,50
3,48
3,46
3,44
3,42
3,40
3,38
3,36
3,34
Déplacement chimique
ExpDec1 of Déplacement chimique
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,99552
Déplacement c
himique
Déplacement c
himique
Déplacement c
himique
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
+ H +
K a
Equivalents TFA
N
2-62 2-62-H
O S O
Value Standard Error
y0 3,47965 0,00291
A1 -0,13709 0,00377
t1 3,2174 0,21921
O
O O
O O
O
O
O O
O
H
N
S O
O
C + H + = CH +
Ka = [CH + ] / [C][H + ]
Ka = 10 4,27

Les études du calixarène 2-62 se poursuivent par la détermination du coefficient
d’extinction molaire, calculé grâce à la mesure des absorbances de solutions successivement
diluées. Tous les spectres sont enregistrés dans l’acétonitrile.
Epsilon (L.mol -1 .cm -1 )
120000
100000
Figure 2-73 : 1) coefficient d’extinction molaire en fonction de la longueur d’onde du
calixarène 2-62 ; 2) spectre d’émission λex des pyrènes à 355 nm dans l’acétonitrile.
Dans la zone d’absorption des pyrènes, le coefficient d’extinction molaire maximal est
de 40 000 L.mol -1 .cm -1 à λ = 347 nm (figure 2-73, 1)).
Différents dosages de la molécule cible 2-62 par cinq sels de cations susceptibles
d’être complexés (NaBF4, KClO4, Ba(ClO4)2, AgCF3SO3, Cu(OAc)2, Mg(ClO4)2,
Zn(CF3SO3)2), puis par l’acide trifluoroacétique ont ensuite été réalisés. Chaque dosage est
réalisé avec 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, et 20 équivalents de sel, puis par le même nombre
d’équivalents d’acide. Toutes les mesures sont effectuées dans l’acétonitrile. Le spectromètre
est réglé pour exciter les pyrènes à 355 nm et enregistre entre 370 et 550 nm.
Les dosages par NaBF4, KClO4, Ba(ClO4)2, AgCF3SO3, Mg(ClO4)2, Zn(CF3SO3)2 puis
par TFA sont très similaires (exemple du dosage par NaBF4 dans la figure 2-74, 1)). Mais le
dosage par Cu(OAc)2 montre une différence à partir du moment où le dosage par TFA
commence (figure 2-75, 2)). On observe effectivement que la zone entre 450 et 520 nm
montre une très légère augmentation en fluorescence, surtout si elle est comparée aux autres
spectres.
80000
60000
40000
20000
0
200 250 300 350 400 450
Longueur d'onde (nm)
Epsilon
Intensité de fluorescence
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
1) 2)
0
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Longueur d'onde (nm)
105

Intensité de fluorescence
106
3500000
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Figure 2-74 : 1) dosages par NaBF4 puis TFA ; 2) dosage par Cu(OAc)2 puis TFA,
acétonitrile, λex = 355 nm.
Pour y voir plus clair, la figure 2-75 montre la superposition de toutes les courbes de
dosage en fluorescence, l’intensité de fluorescence prise à λ = 383 nm en fonction du nombre
d’équivalents de sel puis de TFA.
Intensité de fluorescence (Suivie à 383 nm)
Longueur d'onde (nm)
3000000
2900000
2800000
2700000
2600000
2500000
2400000
2300000
2200000
0 eq
1 eq NaBF4
2 eq NaBF4
3 eq NaBF4
4 eq NaBF4
5 eq NaBF4
10 eq NaBF4
15 eq NaBF4
20 eq NaBF4
+1 eq TFA
+2 eq TFA
+3 eq TFA
+4 eq TFA
+5 eq TFA
+10 eq TFA
+15 eq TFA
+20 eq TFA
Dosage par les sels
Dosage par NaBF4
KClO4
Ba(ClO4)2
AgCF3SO3
Cu(OAc)2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Equivalents sel et TFA
Dosage par TFA
Figure : 2-75 : Courbes de dosage du calixarène par différents sels et par le TFA.
Ceci permet de clairement identifier la différence dans le dosage par Cu(OAc)2. Il
apparait que l’ajout de TFA entraine une baisse de l’intensité de fluorescence des pyrènes.
Intensité de fluorescence
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Pour aller plus loin dans cette direction, de nouveaux dosages ont été réalisés, mais
cette fois-ci en introduisant directement 5 équivalents de sel puis en allant beaucoup plus loin
dans la quantité de TFA ajoutée : 10, 20, 30, jusqu’à 100 équivalents puis une goutte de TFA
pur sont introduits. Les mesures sont enregistrées dans les mêmes conditions, sauf lors du
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
1) 2)
0
Longueur d'onde (nm)
0 eq
1 eq CuOAc2
2 eq CuOAc2
3 eq CuOAc2
4 eq CuOAc2
5 eq CuOAc2
10 eq CuOAc2
15 eq CuOAc2
20 eq CuOAc2
+1 eq TFA
+2 eq TFA
+3 eq TFA
+4 eq TFA
+5 eq TFA
+10 eq TFA
+15 eq TFA
+20 eq TFA

Intensité de fluorescence
dosage par Cu(OAc)2 où le dosage par l’acide se poursuit jusqu’à 200 équivalents (figure 2-
76).
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Longueur d'onde (nm)
0 eq NaBF4
5 eq NaBF4
+10 eq TFA
+20 eq TFA
+30 eq TFA
+40 eq TFA
+50 eq TFA
+60 eq TFA
+70 eq TFA
+80 eq TFA
+90 eq TFA
+100 eq TFA
+10000 eq TFA
Figure 2-76 : 1) ajout de 5 eq NaBF4 puis dosage par TFA ; 2) ajout de 5 eq Cu(OAc)2
puis dosage TFA, acétonitrile, λex = 355 nm.
Comme lors des premiers dosages, l’ajout de 5 équivalents de NaBF4, KClO4,
Ba(ClO4)2, AgCF3SO3, Mg(ClO4)2, Zn(CF3SO3)2 puis le dosage plus lointain par TFA
donnent des résultats très similaires (exemple du cas NaBF4 dans la figure 2-76, 1)).
Par contre, l’ajout de quantités de TFA beaucoup plus importantes après l’introduction
de 5 équivalents de Cu(OAc)2 a pour conséquence l’apparition d’une très large bande en
fluorescence due à la formation d’excimères de pyrènes, accompagnée de la diminution de
l’intensité des bandes des pyrènes (figure 2-75, 2)).
Par ailleurs, l’apparition de la bande d’excimères n’est pas instantanée après
l’introduction d’acide dans le milieu. Des expériences de cinétique supplémentaires ont donc
été réalisées. Nous nous sommes d’abord assurés que la simple introduction 5 équivalents de
Cu(OAc)2 ne permet pas l’apparition d’excimères (figure 2-77).
Intensité de fluorescence
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Figure 2-77 : Introduction de 5 eq de Cu(OAc)2, mesures à intervalles réguliers.
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
1) 2)
Intensité de fluorescence
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Longueur d'onde (nm)
0
0eq
+5eq Cu(OAc)2
après 60 sec
90 sec
120 sec
150 sec
180 sec
210 sec
240 sec
270 sec
Longueur d'onde (nm)
0 eq Cu(OAc)2
5 eq Cu(OAc)2
+10 eq TFA
+20 eq TFA
+30 eq TFA
+40 eq TFA
+50 eq TFA
+60 eq TFA
+70 eq TFA
+80 eq TFA
+90 eq TFA
+100 eq TFA
+110 eq TFA
+120 eq TFA
+130 eq TFA
+140 eq TFA
+150 eq TFA
+160 eq TFA
+170 eq TFA
+180 eq TFA
+190 eq TFA
+200 eq TFA
107

108
Ensuite, 100 équivalents d’acide trifluoroacétique sont introduits, et le spectromètre
est programmé pour enregistrer un spectre d’émission toutes les 30 secs (figure 2-78, 1)). La
figure 2-78, 2) montre l’apparition progressive des excimères en fonction du temps.
Intensité de fluorescence
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Figure : 2-78 : 1) Mesures de la fluorescence à intervalles réguliers ; 2) apparition des
excimères au cours du temps après ajout de 100 eq de TFA, acétonitrile, λex = 355 nm.
La courbe obtenue en traçant l’intensité de fluorescence à λ = 480 nm en fonction du
temps est ajustée à l’aide d’un logiciel en une équation exponentielle (r² = 0,993). Ceci permet
de dire qu’au bout d’environ 4 minutes, la moitié des excimères a été formée, c’est-à-dire que
la moitié des calixarènes a été protonée, ou encore que la moitié des cuivres complexés a été
repoussée par le changement de charge de l’azote. Cependant, nous n’avons pas la preuve que
le cuivre traverse la cavité du calixarène pour se retrouver sur l’autre bord et permettre la
formation des excimères.
Longueur d'onde (nm)
Des expériences de RMN ont été tentées avec et sans cuivre afin de démontrer la
complexation puis la migration, sans succès à cause de problèmes de solubilité. Les
concentrations requises pour les expériences de RMN sont en effet largement supérieures à
celles utilisées en spectroscopie de fluorescence. Cependant, le complexe calixarène : cuivre
est observé en masse grâce au MALDI (figure 2-79). Un échantillon avec TFA a également
été analysé, mais cette fois-ci le complexe n’est pas observé. Encore une fois, les
concentrations des échantillons pour les analyses en MALDI sont beaucoup plus élevées
qu’en spectrométrie de fluorescence, l’ajout d’une trop grande quantité de TFA a
certainement été nocive aux molécules.
Intensité de fluorescence (suivie à 470 nm)
1200000
1100000
1000000
900000
800000
700000
600000
500000
400000
300000
200000
Apparition d'excimères
ExpDec1 of Intensité de fluorescence
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Squar 0,99335
Intensité de fl
uorescence
Intensité de fl
uorescence
Intensité de fl
uorescence
y0 978642,8841
9
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Temps (sec)
1) 2)
A1 -715000,722
71
Value Standard Erro
2615,23567
8635,03472
t1 247,79258 5,6203

Figure 2-79 : Spectre de masse MALDI du complexe calixarène+cuivre.
Il a été montré qu’il est possible de former des excimères en ajoutant de l’acide. Par la
suite, la réversibilité du système a été testée en faisant l’inverse, en ajoutant de la base.
Ainsi, un dosage d’une solution de calixarène protoné 2-62-H par une base a été
réalisé. Une solution dont l’émission de fluorescence des excimères est maximale (ajout de 5
équivalents de Cu(OAc)2 puis de 200 équivalents de TFA) est donc dosée par de la
triéthylamine (TEA). La figure 2-80 montre les résultats.
Intensité de fluorescence
2000000
1800000
1600000
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
+10 eq TEA
+20 eq TEA
30 eq TEA
+40 eq TEA
+50 eq TEA
+60 eq TEA
+70 eq TEA
+80 eq TEA
+90 eq TEA
+100 eq TEA
+110 eq TEA
+120 eq TEA
+130 eq TEA
+140 eq TEA
+150 eq TEA
+160 eq TEA
+170 eq TEA
+180 eq TEA
+190 eq TEA
+200 eq TEA
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Longueur d'onde (nm)
Figure 2-80 : 1) Dosage par 200 eq de TEA ; 2) Comparaison des trois espèces.
Acétonitrile, λex = 355 nm.
[M+Na]
[M+Cu]
Toutes les solutions sont laissées au repos pendant 5 minutes avant de procéder aux
mesures afin de s’assurer que les processus, s’ils ont lieu, aient le temps d’avoir lieu. Dans la
Intensité de fluorescence
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
1) 2)
0
0 eq Cu(OAc)2
+ 5 eq Cu(OAc)2 + 200 eq TFA
+ 5 eq Cu(OAc)2 + 200 eq TFA + 200 eq TEA
360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560
Longueur d'onde (nm)
109

Intensité de fluorescence
figure 2-80, 2), les trois espèces mises en jeu sont représentées : le calixarène seul, le
calixarène en présence de 5 équivalents de Cu(OAc)2 et de 200 équivalents de TFA, et enfin
tout cet ensemble dosé par la triéthylamine. On ne peut conclure quant à l’action de cette
base, car même si elle déprotonait l’azote, la persistance de la bande caractéristique des
excimères à λ = 480 nm suggère que les cations de cuivre restent sur le bord du calixarène
portant les fluorophores. L’expérience a été renouvelée avec LiOH en tant que base, sans plus
de succès (persistance des excimères).
110
Etant donné que les dérivés de l’acétate de cuivre (II) ont tendance à former des
dimères à l’état solide comme en solution, 37 la validation de la formation d’excimères lors
d’ajout d’acide nécessite de refaire les mesures en utilisant le cuivre sous une autre forme.
Pour ce faire, le triflate de cuivre a été choisi.
En premier lieu, le calixarènecible 2-62 est dosé par 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 et 20
équivalents d’une solution de Cu(CF3SO3)2 puis par le même nombre d’équivalents d’acide
trifluoroacétique. Toutes les mesures sont effectuées dans l’acétonitrile. Le fluorimètre est
réglé pour exciter les pyrènes à 355 nm et enregistre entre 370 et 550 nm.
3500000
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
350 400 450 500 550
Longueur d'onde (nm)
Figure 2-81 : 1) Dosage par 1-20 équivalents de Cu(CF3SO3)2 puis par 1-20 équivalents
de TFA ; 2) Variation de l’intensité de fluorescence en fonction du nombre d’équivalents
additionés. Acétonitrile, λex = 355 nm.
Sont observées trois tendances données figure 2-81 : premièrement, la bande
caractéristique des excimères apparait dès l’ajout d’un équivalent de Cu(CF3SO3)2, ensuite, si
plus de deux équivalents de sel sont introduits, les excimères commencent à disparaître, et
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
enfin, l’ajout d’acide trifluoroacétique ne permet pas de les faire réapparaître.
500000
1) 2)
Intensité de fluorescence
0
0 10 20 30 40
Equivalents
383 nm
470 nm

Intensité de fluorescence (384 nm)
Il y a alors deux possibilités à envisager : soit le cuivre est complexé sur le bord aza-
couronne de 2-62, puis au fur et à mesure de l’addition d’équivalents supplémentaires, il est
aussi complexé par les glycols portant les pyrènes. Ou alors, le cuivre est directement
complexé par les glycols.
Pour vérifier laquelle de ces deux hypothèses est vraie, trois expériences de
florescence ont été effectuées : le calixarène 2-62 est mis en présence de 0,5 équivalent de
Cu(CF3SO3)2 puis est dosé par de l’acide trifluoroacétique. L’expérience est répétée à
l’identique mais en introduisant 0,75 équivalent de Cu(CF3SO3)2 et enfin en introduisant 1
équivalent. Les résultats sont donnés figure 2-82.
3400000
3200000
3000000
2800000
2600000
2400000
2200000
2000000
1800000
Figure 2-82 : 1) Variation de l’intensité de fluorescence en fonction du nombre
d’équivalents à λ = 384nm (disparition des pyrènes) ; 2) à λ = 470 nm (apparition des
excimères). Acétonitrile, λex = 355 nm.
Ces expériences montrent qu’à l’ajout d’une petite quantité de cuivre et sans ajout
d’acide, les excimères se forment (figure 2-82 2)). L’ajout d’acide ne permet pas de faire
augmenter visiblement la bande caractéristique des excimères. Cela veut donc dire que le
cuivre est directement complexé dans les glycols du calixarène, sans passer d’abord par l’aza-
couronne.
0 50 100 150 200
Equivalents
0,5 eq Cu(CF3SO3)2
0,75 eq Cu(CF3SO3)2
1 eq Cu(CF3SO3)2
De ce fait, les observations faites avec l’acétate de cuivre sont compromises : la
formation d’excimères observée est en fait due à la destruction des dimères par l’ajout d’acide
trifluoroacétique dans le milieu puis à sa complexation directe dans les glycols, et non pas à la
migration du cuivre d’un site complexant à un autre. De même, la cinétique d’apparition des
1150000
1100000
1050000
1000000
excimères est en fait la cinétique de destruction des dimères de cuivre acétate.
950000
900000
850000
800000
750000
700000
650000
600000
550000
500000
450000
400000
1) 2)
Intensité de fluorescence (470 nm)
0 50 100 150 200
Equivalents
0,5 eq Cu(CF3SO3)2
0,75 eq Cu(CF3SO3)2
1 eq Cu(CF3SO3)2
111

112
Il faut par ailleurs souligner une dernière observation faite lors de la mise en présence
du calixarène 2-62 avec un spiropyrane ouvert et protoné. Dans le système envisagé, étant
donné que le rôle du spiropyrane aurait été de délivrer les protons, un spiropyrane donnant un
proton, il aurait fallu introduire plusieurs équivalents de spiropyrane ouvert et protoné.
L’irradiation dans le visible permet de fermer les spiropyranes qui de ce fait libèrent
les protons dans le milieu. Si l’on choisit 5 comme nombre d’équivalents de spiropyrane à
injecter, un problème majeur apparait à la superposition des spectres d’absorption des trois
espèces mises en jeu dans le système. Il faut donc être en mesure de faire un spectre
d’émission en excitant dans la zone d’absorption des pyrènes, qui s’avère également être la
zone d’absorption des spiropyranes (figure 2-83).
Abs
3
2
1
0
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
Spiro ouvert et protoné
Spiro fermé
Calixarène
Figure 2-83 : Superposition des spectres d’absorption des trois espèces mises en jeu dans
l’acétonitrile avec cinq fois plus de spiropyrane que de calixarène.
Expérimentalement, lors de l’enregistrement des spectres d’émission, cela se traduit
par la coloration de la solution : la longueur d’onde d’excitation est également une longueur
d’onde d’ouverture du spiropyrane. L’intensité de fluorescence des pyrènes diminue, mais
non pas à cause de la formation d’excimères, mais parce que la lumière censée les exciter est
absorbée par les spiropyranes cinq fois plus nombreux dans la solution. La présence d’un
filtre interne ne permet pas de faire des mesures convenables des spectres de fluorescence des
pyrènes. L’efficacité du mouvement du cation dans le système est donc impossible à mesurer.

2.5. Conclusion générale et perspectives
Dans ce chapitre, plusieurs approches ont été présentées et décrites afin de créer un
nouveau système de type fluoroionophore de relais d’ions photoinduit à travers un tunnel
calixarène.
L’approche monomoléculaire consistait à développer une molécule unique comprenant
toutes les briques nécessaires au fonctionnement du système, à savoir un spiropyrane
déclencheur photosensible, un calixarène pour le guidage et une partie fluorophore pour
signaler les processus. Deux stratégies de synthèse ont été imaginées, inspirées d’exemples
publiés dans la littérature et mises en route. La molécule cible n’a pas été obtenue, mais les
efforts de synthèse ont permis d’accéder à des intermédiaires clés de calixarènes et de mettre
en évidence le caractère difficilement reproductible des méthodes précédemment décrites.
Une approche bi-moléculaire a également été envisagée, séparant le spiropyrane
déclencheur photosensible d’une part, et le calixarène fluoroionophore d’autre part. Les
intermédiaires dont la synthèse a été optimisée précédemment ont été exploités et, malgré
toutes les difficultés rencontrées au fil de la synthèse principalement dues au manque de
fiabilité des publications, un nouveau fluoroionophore reposant sur un calixarène portant deux
pyrènes a été obtenu avec succès.
Des études en RMN ont été effectuées et ont montré la protonation effective de l’azote
du calixarène. Cela a permis de commencer les dosages par différents sels puis par de l’acide.
Le cation cuivre a été un cation de choix : il a semblé permettre l’apparition d’excimères de
pyrènes après l’ajout d’acide. Enfin, afin de confirmer ou d’infirmer les conséquences de la
présence de cuivre dans le milieu, une autre espèce de cuivre a été utilisée, le triflate de
cuivre. En effet, les acétates sont connus pour former des dimères à l’état solide et en solution.
Et il s’est avéré que le cuivre du triflate permet de former les excimères directement, sans
aucun ajout d’acide, c’est-à-dire que le cuivre est complexé par les glycols sans passer par
l’aza-couronne. Pour résumer les études avec les sels, aucun cation n’a permis d’observer la
formation d’excimères au sein du calixarène 2-62 lors de l’ajout d’acide trifluoroacétique.
Enfin, l’étude du système complet a montré que le spiropyrane présent dans le milieu
est non seulement l’espèce photosensible délivrant les protons, mais également un filtre
interne empêchant les mesures en spectrométrie de fluorescence permettant d’identifier et
d’étudier correctement la formation des excimères. La longueur d’onde d’excitation des
pyrènes se trouve être une longueur d’onde d’ouverture du spiropyrane.
113

114
Un changement de fluorophore et/ou un changement d’acide photosensible pourrait
permettre de résoudre le problème de filtre interne. Il faut ajuster les fenêtres d’absorption des
deux entités afin qu’elles ne se superposent pas, ou très peu. Par exemple, les fluorophores
BODIPY qui sont des molécules qui absorbent au-delà de 500 nm pourraient être étudiés pour
prendre la place des pyrènes. Il faut tout de même être certain que les nouveaux fluorophores
soient capables de signaler de deux façons différentes l’absence puis la présence d’un cation
dans leur entourage.

Références
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116

117

118

Chapitre 3 : Communication photocontrôlée entre un récepteur
photosensible et une sonde moléculaire PET
119

120

Chapitre 3 : Communication photocontrôlée entre un récepteur photosensible et une
sonde moléculaire PET
3.1. Introduction : Système bimoléculaire photocontrôlé
Contrairement au chapitre précédent où le but premier était la synthèse et l’étude d’une
molécule unique représentant par elle-même tout le système supramoléculaire, ce chapitre
décrit la conception et l’étude d’un système multi-composant où le transfert d’ion photoinduit
se fait entre plusieurs molécules.
De même, la conception de systèmes reposant sur des calixarènes ayant été étudié dans
le chapitre précédent, ce chapitre-ci va traiter de systèmes utilisant les éthers couronnes
comme récepteurs principaux des fluoroionophores.
Les éthers couronnes sont des composés très utilisés et étudiés depuis leur découverte
en 1967 1 grâce à leur polyvalence et leurs propriétés de complexation, celles-ci pouvant être
modulées selon les besoins en varient la taille de la cavité. La recherche et le développement
des macrocyles dans la chimie supramoléculaire ont même valu un Prix Nobel en Chimie à
Charles J. Pedersen 2 , Donald J. Cram 3 et à Jean-Marie Lehn 4 en 1987.
Plus particulièrement, l’introduction de fluorophores sur les structures de ces
récepteurs permet d’avoir accès à des systèmes supramoléculaires d’intérêt dans de nombreux
domaines de recherche.
Ce nouveau système repose sur deux centres complexants dont l’efficacité de
complexation est modulée par la lumière. Le principe est de créer un échange réversible du
premier récepteur vers le second et vice versa, le tout contrôlé par un stimulus lumineux. Le
premier récepteur sera un fluoroionophore qui permettra de suivre l’évolution du système en
spectroscopie de fluorescence. Le second récepteur concurrent au premier portera le
spiropyrane déclencheur du processus. Selon la forme fermée ou ouverte du spiropyrane,
l’équilibre de complexation sera plutôt déplacé vers le premier récepteur ou vers le second.
Ainsi, étant donné que c’est la lumière qui contrôle la forme du spiropyrane, c’est également
la lumière qui contrôle la complexation.
3.1.1. Récepteur fluorescent : sonde moléculaire PET
Le premier récepteur couronne doit donc porter un fluorophore qui puisse indiquer la
présence ou l’absence de cation au sein du récepteur par la modification d’une ou de plusieurs
121

de ses propriétés photophysiques mesurables par spectroscopie. L’exploitation d’un
mécanisme photoinduit adéquat est donc nécessaire, comme par exemple le transfert
d’électron photoinduit PET dont le mécanisme est schématisé figure 3-1.
122
Figure 3-1 : Mécanisme PET réductif.
Il existe de nombreux exemples dans la littérature concernant ce mécanisme et sa mise
en œuvre. 5 En particulier, la molécule 3-1 que nous voulons utiliser est décrite, ainsi que des
études du mécanisme dans différentes conditions. 6,7
LUMO
HOMO
e-
Transfert d’électron réductif:
pas de fluorescence
N
anthracène
excité
D D
O
O
O
O
benzo-courone
réductrice
O
3-1
Pas de transfert d’électron réductif:
fluorescence
Figure 3-2 : Fluoroionphore 3-1 et mécanisme PET.
La molécule 3-1 est un anthracène substitué dans la position 9 par une benzo-couronne
et dans la position 10 par un groupement cyano (figure 3-2). La présence du groupement
électro-attracteur cyano sur la molécule 3-1 facilite le transfert d’électron photoinduit en
l’absence de cation en abaissant les niveaux énergétiques des orbitales frontières du
fluorophore anthracène et permet ainsi de diminuer beaucoup l’intensité de fluorescence de la
molécule. Une fois le cation complexé dans la cavité de la couronne, les niveaux énergétiques
des orbitales frontières du récepteur benzo-couronne sont considérablement abaissés, en
N
anthracène
excité
O
O
O
O
O
benzo-couronne
réductrice

dessous des niveaux énergétiques des orbitales frontières de l’anthracène. Le transfert
d’électron ne peut donc plus avoir lieu, et l’intensité de fluorescence de la molécule 3-1
augmente. L’échange de cation entre les deux récepteurs est donc signalé par la variation de
l’intensité de fluorescence du récepteur portant l’anthracène : une intensité de fluorescence
relative élevée traduit la présence du cation dans le récepteur 3-1, une intensité relative basse
traduit la présence du cation dans l’autre récepteur.
Par ailleurs, l’avantage de la molécule 3-1 est sa relative insensibilité à la protonation,
ce qui est nécessaire compte tenu du second récepteur qui porte un spiropyrane que nous
voulons utiliser dans ce système bimoléculaire.
3.1.2. Récepteur moléculaire photosensible : déclencheur
Comme dans le chapitre précédent, le fonctionnement du système repose sur la
capacité des spiropyranes à être sensibles à plusieurs stimuli : la lumière et la présence d’acide
(figure 3-3). 8
N
R
O NO2
Lumière
visible
Acide
Lumière UV
Lumière visible
ou obscurité
N
R
Figure 3-3 : Les trois états réversibles d’un spiropyrane.
Il a été démontré précédemment qu’un spiropyrane s’ouvre très lentement en présence
d’acide, mais que la forme ouverte photochimiquement capte un proton instantanément. De
même, l’irradiation de la forme ouverte et protonée par de la lumière visible permet de
relarguer le proton dans le milieu. Le système décrit dans le chapitre 2 captait ce proton grâce
à la présence d’un atome d’azote sur le récepteur, modifiant par là sa capacité à complexer le
cation présent, qui migrait alors sur l’autre bord du récepteur. Dans ce chapitre, nous voulons
que la photo-libération du proton permette la protonation d’un récepteur indépendant de
l’autre, et qu’elle provoque un échange moléculaire entre ces deux récepteurs indépendants.
HO
NO2
Acide
N
R
Base
O
NO2
123

124
Le second récepteur doit donc porter, en plus du spiropyrane, une couronne
susceptible d’être protonée lorsque les spiropyranes libèrent les protons dans le milieu. Plus
simplement, il faut allier un spiropyrane avec une aza-couronne.
O
O
O
O
O
Le principe de fonctionnement de ce système bimoléculaire est décrit figure 3-4 :
N
O
O
O
N
O
n
N HO R2 3-1 3-2-H
R1 UV
O
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
NO 2
PET
N
PET
O
O
O
O
H
N
O
O
O
O
N
n N
R1 HO
N
R 1
O NO 2
R2
Figure 3-4 : Principe de fonctionnement du système d’échange moléculaire
multicomposant photocontrôlé.
Les récepteurs 3-1 et 3-2-H sont mis en présence d’un cation qui est préférentiellement
complexé par l’aza-couronne de 3-2 : les équilibres de complexation sont déplacés vers la
formation du complexe [3-2-H cation] + . Le système est éteint : l’intensité de fluorescence est
faible à cause du transfert d’électron photoinduit qui a lieu au sein du récepteur 3-1. Lorsque
le système est irradié dans le visible, le spiropyrane ouvert et protoné se referme, relarguant
un proton dans le milieu. S’établit alors un équilibre acido-basique de protonation de l’aza-
couronne, permettant de déplacer l’équilibre de complexation du cation vers la formation du
complexe [3-1 cation] + . La présence du cation dans la cavité de 3-1 permet d’inhiber le
transfert d’électron et donc d’augmenter l’intensité de fluorescence observée. Si le système est
ensuite irradié la lumière de longueur d’onde provoquant l’ouverture du spiropyrane, les
NO 2
R 2
O
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
N
O
O
O
H
N
O
O
O
O
N
R 1
n
O
N
O NO 2
R2
Vis
N
R
1
HO
NO 2
R 2

équilibres acido-basiques et de complexation peuvent être déplacés à leurs positions initiales,
faisant de ce système un système réversible.
Etant donné les nombreux équilibres mis en jeu, il faut s’attendre à ce que les mesures
d’intensité de fluorescence ne soient pas « tout ou rien » : ce sont les variations relatives des
intensités de fluorescences qui indiqueront où en est le système au fur et à mesure des étapes
d’irradiation. Il est également possible de jouer sur la stœchiométrie pour ajuster le
comportement du système.
3.2. Synthèse des deux récepteurs
Il faut donc synthétiser deux récepteurs. Le premier est le dérivé de l’anthracène 3-1
dont la synthèse est déjà décrite dans la littérature. 5 Le second récepteur envisagé est la
molécule 3-2, où une aza-couronne est directement greffée sur un spiropyrane (figure 3-5).
O
O
O
O
O
N
n
N O NO2
3-1
R1
R 2 3-2
Figure 3-5 : Récepteurs à synthétiser.
La synthèse du spiropyrane va reposer sur une idée évoquée dans le chapitre 2 : un
couplage pallado-catalysé peut être utilisé afin de condenser une aza-couronne avec un
bromure aromatique pauvre en électrons (figure 3-6). 9 Nous avons en effet déjà à notre
disposition un spiropyrane portant un brome en position 5 synthétisé dans le chapitre 2.
O2N Br + H N O
Figure 3-6 : Méthode de couplage d’une aza-couronne à un halogénure aromatique.
3.2.1. Synthèse du récepteur portant l’anthracène
La synthèse commence par la molécule 3-1. Il s’agit d’un anthracène
n
O
O
O
cat
O
N
O 2N N O
n
O
O
O
O
O
3-3
125

di substitué aux positions 9 et 10 et elle est facilitée par la disponibilité d’un précurseur
majeur 3-3 dans le laboratoire dont la synthèse est décrite dans la littérature. 5 La première
étape est la formylation de l’anthracène 3-3 en position 10 par la méthode de Vilsmeier : le
trichlorure de phosphoryle et le diméthylformamide sont utilisés dans le dichlorobenzène, à
100°C pendant 2 heures (figure 3-7). 10 Le produit est obtenu après recristallisation dans
l’isopropanol avec un rendement moyen de 32%.
126
Figure 3-7 : Formylation de l’anthracène.
L’étape suivante est la préparation de l’oxime correspondante : la molécule 3-4 est
mise à réagir avec l’hydrochlorure d’hydroxylamine en présence de dihydrate d’acétate de
lithium pendant une heure à 100°C. 11 Le produit 3-5 est obtenu avec un bon rendement de
77% après recristallisation dans l’éthanol (figure 3-8).
O
O
O
O
O
O
Figure 3-8 : Préparation de l’oxime.
Vient enfin l’étape de déshydratation de l’oxime : le produit 3-5 est simplement mis à
réagir dans de l’anhydride acétique à 120°C pendant 30 min (figure 3-9). 12 Contrairement aux
fois précédentes où les molécules étaient purifiées par recristallisation, le récepteur 3-1 est
isolé après purification par HPLC sur colonne préparative en phase inverse. En effet, vu la
similitude entre leurs structures, la recristallisation ne permet pas d’isoler 3-1 seul, car la
molécule 3-5 cristallise en même temps. Après la purification par HPLC, le récepteur final est
isolé sous forme de cristaux aiguilles jaune vif avec un rendement moyen de 25%.
POCl 3
DMF
Dichlorobenz ène
100°C2 h
32%
3-3 3-4
O
O
O
O
O
NH2OH.HCl
LiOAc.2H2O
EtOH-H 2 O
100°C 1h
77%
3-4 3-5
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
OH

Figure 3-9 : Préparation du récepteur 3-1.
Ainsi s’achève la synthèse du récepteur fluorophore 3-1 du système multicomposants.
Il faut encore parvenir à synthétiser le récepteur concurrent alliant un spiropyrane à une aza-
couronne.
3.2.2. Synthèse du récepteur portant un spiropyrane
a) Couplage pallado-catalysé direct
La stratégie de conception du récepteur photosensible
débute avec la synthèse du récepteur 3-2 où l’aza-couronne est
directement liée au spiropyrane par l’azote. Dans un premier
temps, la molécule choisie comporte n = 2 (1-Aza-18-crown-6 3-6
disponible au laboratoire), R1 = -CH2-CH2-OH et R2 = -O-CH3 de part la disponibilité du
spiropyrane correspondant 2-58 et de ses précurseurs dans le laboratoire suite aux synthèses
du chapitre 2. La rétrosynthèse est décrite dans la figure 3-10.
O
O
O
O
O
N
N O NO2
O
OH
O
O
O
O
O
N
OH
Anhydride acétique
120°C 30 min
25%
3-5 3-1
O
O
O
O
O
HN
+
B r
Figure 3-10 : Rétrosynthèse du récepteur 3-2.
La méthode décrite dans la publication de Witulski a donc été mise en oeuvre. 8 Il
s’agit d’un couplage pallado-catalysé entre une aza-couronne et un aromatique. Plus cet
aromatique est appauvri en électrons, plus le couplage est efficace. Dans ce cas, les
précurseurs tels que l’indolénine 2-55 ou l’oxazolidine 2-57 tout comme le spiropyrane 2-58
O
O
N O NO 2
O
OH
O
O
O
N
Br
O
O
O
N
n
O
N
O
N
R1 O NO2
R 2
3-2 3-6
2-58
2-57
2-55
Br
3-2
N
127

lui-même pourraient être utilisés pour la condensation car il a été montré que la partie
aromatique de ce genre d’indoles est appauvrie en électrons dans le chapitre précédent.
128
Les différentes condensations ont donc été tentées selon les conditions publiées, à
savoir 1 équivalent d’agent bromé, 1,2 équivalents d’aza-couronne, 3% molaires de catalyseur
acétate de palladium Pd(OAc)2, 6% de triphénylphosphine (deux phosphines pour un
palladium) et 1,3 équivalents de base séchée NaO t Bu, le tout est dégazé quatre fois par cycles
gel(azote liquide)/pompe/dégel afin d’éviter la présence d’oxygène, désactivateur du
catalyseur. Les réactions ont lieu dans le toluène à 100°C pendant deux jours (figure 3-11).
O
O
O
O
3-6
O
HN
Figure 3-11 : Essais de couplage pallado-catalysé.
Ces réactions n’ont cependant donné aucune modification, les réactifs ayant été
récupérés à chaque fois. D’autres conditions de couplage ont alors été essayées : Cu2O dans
NMP 13 , Pd2(dba)3 (tris(dibenzylidène acetone)dipalladium) en présence d’une phosphine très
réactive P t Bu3, BF4, et CuI en présence de K3PO4 et de 2,6-diméthylphénol 14 . Les tentatives et
leurs résultats sont résumés dans le tableau 3-1.
Conditions Pd(OAc)2
+
Br
2-58
2-57
2-55
PPh3
Br
B r
NaO t Bu
Toluène
N O NO2
O
OH
N
N
O
Cu2O
NaO t Bu
NMP
Pd(OAc) 2
PPh 3
NaO t Bu
Toluène
100°C 48h
Pd2(dba)3
P t Bu3, BF4
NaO t Bu
Toluène
Rendement 0% 0% 0% 0%
Tableau 3-1 : Conditions de couplage et résultats.
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
O
O
O
N
O
N
N O NO 2
O
OH
N
N
CuI
O
K3PO4
OH
Toluène
3-2
3-7
3-8

Aucun couplage n’a fonctionné. Il est probable que l’agent bromé utilisé ici ne soit pas
suffisamment appauvri en électrons pour que cette réaction soit efficace.
b) Couplage pallado-catalysé de Buchwald
Etant donné que le couplage direct ne donne pas le produit
attendu, d’autres méthodes de formation de structures de type 3-9 qui est
l’intermédiaire clé dans la synthèse des spiropyranes sont envisagées.
Une méthode particulière a paru intéressante : utilisée dans les
travaux de De Cola 15 en 2006 pour la synthèse de spiropyranes substitués par des complexes
de type bispyridine, inspirée des travaux de Belser en 2003 16 , lui-même utilisant les
protocoles de synthèse développés par Buchwald à partir de 1998 17 , elle est décrite dans la
figure 3-12.
R
Br
R
H
N N
Figure 3-12 : Préparation de spiropyrane grâce à la méthode de Buchwald.
Dans ses travaux publiés en 1999, Buchwald développe une méthode pallado-
catalysée pour la préparation d’indoles via la synthèse des indoles de Fischer, employant des
aromatiques de toutes espèces, riches ou pauvres en électrons. 16-b)
R
La première étape de son protocole est un couplage pallado-catalysé entre la
benzophénone hydrazone et un aromatique bromé. Deux modes opératoires sont décrits, le
premier (i) emploie 1 à 2,5% molaires de catalyseur Pd(OAc)2 accompagné de (±)BINAP et
de NaO t Bu dans le toluène ; le second (ii) emploie 0,1% molaire de catalyseur Pd(OAc)2
accompagné de la bis-phosphine Xantphos, NaO t Bu dans le toluène. Cette seconde méthode
est décrite comme bien plus efficace, outre le fait qu’elle nécessite moins de catalyseur.
R
N
N O NO2
R
R
O
O
O
n
N
O
N
N
I
3-9
N
129

130
Figure 3-13 : Couplage entre la benzophénone hydrazone et un bromure d’aryle.
Dans le cas de bromures d’aryle enrichis en électrons, la réaction marche globalement
moins bien, mais ceci peut-être compensé par une quantité de catalyseur légèrement
augmentée (jusqu’à 5% molaires de Pd(OAc)2).
La seconde étape du protocole est la cyclisation de Fischer. Pour y parvenir, il faut
d’abord cliver l’hydrazone pour arriver à l’hydrazine d’aryle qui pourra alors réagir avec une
cétone et ainsi former l’indole en milieu acide, ici l’acide p-toluènesulfonique monohydrate
qui apporte suffisamment d’eau pour permettre l’hydrolyse de l’hydrazone. Buchwald
propose de faire tout cela « one pot », sans avoir besoin d’isoler l’hydrazine d’aryle (figure 3-
14).
N NH 2
+
O
R
Br
N NH
i. 1-2, 5 mol % Pd(OAc)2 / BINAP
Na O t B u, toluène, 80-100°C
ii. 0,1 mol % Pd(OAc)2 / Xantphos
NaO t Bu, toluène 80°C
Figure 3-14 : Clivage de l’hydrazone et cyclisation de Fischer en milieu acide.
Dans le cas où la cétone est la 3-méthyl-2-butanone, l’indole formé est l’indolénine
intermédiaire dans la formation des spiropyranes (figure 3-15).
R 1
+
R 1
NH
H2N
R 2
R 1 O
N NH
N NH
Figure 3-15 : Formation de l’indolénine précurseur des spiropyranes.
O
R 3
TsOH . H 2O
E tOH, refl ux
R 2
O
TsOH . H 2O
E tOH, reflux
R 3
R 1
R 1
R 2
R1
N
H
R 3
NH
N
N
R 3
R 2
R

La fin de la synthèse passe par l’alkylation de l’azote pour former un sel
d’indoléninium. Le passage en forme basique donne la base de Fischer réactive, permettant de
former un spiropyrane lors d’une réaction avec un benzaldéhyde. 14,15
La formations du récepteur 3-2 (n = 1, R1 = -CH3 et R2 = H) par cette méthode a donc
été mise en route. La rétrosynthèse est présentée figure 3-16.
O
O
O
O
N
Figure 3-16 : Rétrosynthèse du récepteur 3-2 via la méthode de Buchwald.
Dans ce cas, le bromure d’aryle est l’intermédiaire 3-11, obtenu à partir de l’aniline. Il
est mis à réagir avec la benzophénone hydrazone pour donner la molécule 3-10 qui est ensuite
cyclisée en indolénine 3-9 en présence d’acide p-toluènesulfonique monohydrate.
L’alkylation de l’azote suivie du passage à la base de Fischer permettre de procéder au
couplage avec le benzaldéhyde.
La synthèse commence donc à partir de l’aniline : elle est alkylée avec le chloroéhanol
dans l’eau en présence de CaCO3 en tant que base. La molécule 3-12 est obtenue après 12
heures de reflux et après une purification sur colonne de silice avec un bon rendement de 78%
(figure 3-17).
N O NO2
HO
O
3-2 3-9
H 2N
+
NO2
C l OH
+
O
O
O
O
Figure 3-17 : Préparation de la molécule 3-12.
O
O
O
N
O
N
N
N
H
N
3-10 3-11
CaCO 3
H2O
Ref lux12 h
78%
HO
HO
N
3-12
O
O
O
O
N
Br
131

132
La molécule 3-12 est ensuite bromée par le N-bromosuccinimide dans le DMF, à
froid. A la fin de la réaction, le succinimide libéré est séparé du milieu par précipitation dans
l’éther diéthylique, et le produit attendu 3-13 est obtenu sans autre purification avec un
rendement quantitatif (figure 3-18). 18 Des essais ont également été tentés pour obtenir la
molécule 3-13 en di-alkylant la 4-bromoaniline par le chloroéthanol, mais sans succès car seul
le produit mono-alkylé a pu être isolé.
Figure 3-18 : Préparation de la molécule 3-13.
Ensuite, la molécule 3-13 est cyclisée à l’aide du tri(éthylèneglycol) di-p-
toluènesulfonate 3-14 disponible au laboratoire. La réaction a lieu dans un milieu très dilué
afin d’éviter toute réaction non souhaitée de di-substitution. La molécule 3-13 est d’abord
mise en présence d’hydrure de sodium, puis la molécule 3-14 est introduite dans le milieu. 19
L’intermédiaire clé 3-11 est isolé après purification sur colonne de silice avec un rendement
de 46%.
HO
HO
N
HO
HO
Br
HO
NB S
N
N
DMF
5°C 2 h HO
3-12 100%
3-13
+
O
Figure 3-19 : Préparation de l’intermédiaire clé 3-11.
La procédure de Buchwald a ensuite été mise en œuvre pour
coupler la molécule 3-11 à la benzophénone hydrazone. Premièrement,
la méthode (i) a été mise en œuvre de part la disponibilité de (±)BINAP
au laboratoire. Les solutions ont toujours été précautionneusement
dégazées par cycles gel(azote liquide)/pompe/dégel. Cependant, la
réaction n’a donné aucun produit. La quantité de catalyseur a été
augmentée jusqu’à 5%, au cas où l’amine soit un groupement trop
O
O O
Ts Ts
NaH
THF
40°C 3jours
3-13 3-14 3-11
46%
O
Br
O
O
O
N
Br
O
P
P
(±)BINAP
P P
Xantphos

R
N
donneur, encore une fois sans succès. La méthode (ii) avec comme bis-phosphine le Xantphos
a alors été tentée. Quelque soit la quantité de catalyseur, aucun résultat n’a été obtenu (figure
3-20).
Figure 3-20 : Couplage pallado-catalysé entre 3-11 et la benzophénone hydrazone.
L’azote doit être beaucoup trop donneur pour que le couplage fonctionne. Parmi tous
les exemples de bromures d’aryle riches en électrons cités par Buchwald, il n’y a
effectivement aucune amine.
Alors, pourquoi ne pas introduire l’amine après avoir formé l’indolénine : dans ce cas,
l’azote ne sera pas porté par le spiropyrane, mais fera quand même partie du récepteur si l’on
construit une aza-couronne sur l’indolénine. En particulier, si l’on veut que cette aza-
couronne fasse partie intégrante du spiropyrane, on peut la concevoir comme une benzo-
couronne (figure 3-21).
O
O
N NH2
O
O
Figure 3-21 : Alternative utilisant la méthode de Buchwald.
Dans cette stratégie, la première étape est la protection du catéchol. L’un des exemples
de Buchwald est la molécule 4-bromo-1,2-diméthoxybenzène, mais un groupement plus facile
à déprotéger, le benzyle, a été choisi. Par ailleurs, la molécule 3-15 est déjà disponible au
laboratoire, facilement accessible par substitution nucléophile du catéchol par le bromure de
benzyle dans l’acétone.
N
+
i. 1-2, 5mol % Pd(OAc) 2 / B INAP
NaO
O
O
tB u, toluène, 80-100°C
ii . 0,1 mol % Pd(OAc) 2 / Xantphos
Na Ot O
O
O
O
N
B u, toluène 80°C
3-11
B r
3-10
HO
HO
N
R O
R O
Pour la suite, le catéchol protégé 3-15 a été bromé dans les mêmes conditions que
celles évoquées plus haut, à savoir que la bromation est effectuée par le N-bromosuccinimide
dans le DMF à froid. La réaction dure 12 heures, et après recristallisation dans l’éthanol
absolu, la molécule bromée 3-16 est obtenue avec un bon rendement de 79% (figure 3-22).
N
R O
R O
O
N
N
H
O
N
N
N
H
RO
RO
133
B r

134
Figure 3-22 : Préparation du bromure d’aryle intermédiaire.
Vient ensuite le couplage de Buchwald. La méthode (ii) est choisie car elle est censée
être plus efficace. La molécule 3-16 est donc mise à réagir avec la benzophénone hydrazone
en présence de 5% molaires de catalyseur Pd(OAc)2, 5,6% de Xantphos, de NaO t Bu dans le
toluène après trois dégazages par gel(azote liquide)/pompe.dégel. Après 18 heures à 80°C, la
réaction est quantitative (figure 3-23).
O
O
Figure 3-23 : Préparation de l’hydrazone intermédiaire par couplage pallado-catalysé.
La synthèse est poursuivie avec l’étape de cyclisation. La molécule 3-17 est engagée
avec la 3-méthyl-2-butanone en présence d’acide p-toluènesulfonique monohydrate. La
réaction dure trois jours au reflux de l’éthanol, et le produit 3-18 est obtenu avec seulement
30% de rendement.
Br
+
O
NB S
O
DMF
5°C 12 h
O
3-15 79%
3-16
N NH 2
5mol % Pd(OAc)2 /Xantphos
NaO t B u
T oluène
80°C 18 h
100%
3-16 3-17
O
O
N
N
H
Figure 3-24 : Préparation de l’indolénine
L’étape suivante est l’alkylation de l’azote. La méthylation a été choisie afin d’accéder
à un spiropyrane simple. L’agent alkylant est donc le iodométhane, la réaction a lieu dans le
toluène à 60°C pendant une nuit. Une purification étant nécessaire à la fin de la réaction, les
conditions d’élution ont été optimisées à CH2Cl2/méthanol/triéthylamine : 99/1/1 (volume).
O
TsOH . H 2 O
Et OH, re flux 3j ours
3-17 30%
3-18
O
B r
O
O
O
O
N
N
N
H

En effet, ayant affaire à un sel, l’utilisation de la triéthylamine était le seul moyen d’éluer
efficacement les produits. Lors des analyses, il est apparu que c’est la base de Fischer 3-20
qui a été isolée à l’issue de la purification car c’est en fait la triéthylamine de l’éluant qui a
achevé la réaction. En toute fin du processus, la molécule 3-20 est obtenue avec un rendement
de 20%. Il est très probable que tout le sel intermédiaire 3-19 n’ait pas été transformé lors de
la purification (figure 3-25).
3-18
Figure 3-25 : Préparation de la base de Fischer réactive 3-20 en une étape.
La base de Fischer obtenue, nous avons pu procéder au couplage permettant la
formation du spiropyrane. La molécule 3-20 est mise à réagir avec le benzaldéhyde habituel,
le 5-nitrosalicylaldéhyde dans l’éthanol. Après 6 heures de reflux, le milieu réactionnel est
purifié par chromatographie sur colonne de silice pour donner le spiropyrane 3-21 avec un
relativement bon rendement de 48% (figure 3-26).
O
O
O
O
CH 3I
Toluè ne
60°C 12 h
N
N
HO
O
1) C H 3I
T oluène
60°C 12 h
2) Et 3N
O
O
EtOH, ref lux6 h
48%
20%
NO 2
3-19
3-20 3-21
Figure 3-26 : Préparation du spiropyrane protégé 3-21.
Vient ensuite l’étape de déprotection des benzyles portés par le spiropyrane. La
méthode classique de clivage des groupements benzyle est l’hydrogénation hétérogène
catalysée par du palladium sur charbon. Le risque de l’utiliser dans ce cas est l’hydrogénation
N
I
O
Et 3N
O
O
3-20
O N O NO2
N
135

de la double liaison du cycle pyrane et du groupe nitro. 20 Pour cette raison, une autre méthode
a été appliquée afin de procéder à la débenzylation (figure 3-27).
136
Figure 3-27 : Essai de débenzylation avec AlCl3.
Il s’agit en fait d’employer AlCl3 comme agent clivant. 21 Ce mode opératoire a été
utilisé pour cliver un pont méthyle établi entre les deux alcools d’un catéchol. La réaction a
lieu à température ambiante pendant 24 heures. Un produit a été isolé, les analyses RMN et
masse sont données figure 3-28.
O
O N O NO 2
AlCl 3
CH 2Cl 2
TA 24 h
3-21 3-22
HO
HO N O NO2
3-22
Figure 3-28 : Analyses RMN et masse de la molécule 3-22.
Deux problèmes sont révélés par ces analyses : premièrement, l’attribution des signaux
RMN donne des déplacements chimiques très blindés pour les protons portés par la partie
aromatique de l’indole (par exemple δ 5,55 pour le proton en position 4’). Ensuite, l’analyse
de masse indique que la masse trouvée est [M+H] = 353,1157 soit M = 352. Or la masse de la
HO
HO
N O NO2

molécule attendue est de 354. Il est donc impossible de conclure quant à l’obtention du
spiropyrane diol. Des essais d’ouverture par irradiation à 365 nm ont par ailleurs montré que
le produit obtenu n’est pas photochrome. Une autre façon de déprotéger a été alors tentée,
employant BBr3 dans le dichlorométhane à -78°C, 22 sans résultat.
Le couplage pallado-catalysé a donc été exploité dans de
nombreuses variantes, avec plus ou moins de succès dans la construction
d’une aza-couronne portée par l’indole du spiropyrane. Mais il est
envisageable que cette couronne soit portée par une autre partie du
spiropyrane. En particulier, la molécule « spiro-éthanol » 3-23 présente
un site réactif directement accessible : l’alcool.
c) Couplage par estérification
La molécule 3-23 étant directement disponible au laboratoire grâce aux synthèses
précédentes, il est possible de procéder à un couplage par estérification. Reste à définir quoi
greffer : un acide doit être combiné à une une aza-couronne. Une autre molécule, 2-6, est
également disponible dans le laboratoire, et elle est le précurseur d’un intermédiaire
susceptible d’être utile dans la synthèse de l’aza-couronne : la rétrosynthèse est donnée figure
3-29.
HO
O
O
3-24
O
O N
O
O
O
Figure 3-29 : Rétrosynthèse de la molécule combinant acide et aza-couronne.
La molécule 2-6 est transformée en 2-8 en deux étapes déjà décrites. 23 Il suffira alors
de coupler la molécule 3-24 au spiro-éthanol par estérification.
N
O
O
2-8
OT s
OTs
N O NO 2
La première étape est donc la formylation de la molécule 2-6. Cette étape est
nécessaire car l’introduction de l’aldéhyde va permettre d’appauvrir l’amine et donc de
tosyler efficacement les alcools, sans réactions secondaires (voir chapitre 2). La réaction a lieu
en présence de hexaméthylènetetramine et d’un mélange 1:1 d’acide acétique et d’acide
O
N
O
O
2-7
OH
OH
N
OH
O
O
2-6
3-23
OH
OH
137

formique 24 et après 4 heures de reflux, le produit est isolé après une chromatographie sur
colonne de silice avec un rendement de 14% (figure 3-30).
138
Figure 3-30 : Préparation de l’intermédiaire formylé.
L’étape suivant est la tosylation des alcools, réalisée dans les conditions classiques : la
molécule 2-7 est mise à réagir en présence de chlorure de tosyle et de triéthylamine pendant
trois jours à température ambiante. Après purification sur colonne de silice, le produit di-
tosylé est obtenu avec 65% de rendement (figure 3-31).
Figure 3-31 : Préparation de l’intermédiaire tosylé.
En parallèle, l’acide complémentaire a été synthétisé. Après un essai infructueux de
couplage entre les molécules 2-8 et 3-25, il s’est avéré que la protection de l’acide était
nécessaire afin de garantir l’efficacité de la construction de l’aza-couronne. L’acide 3,4-
dihydroxybenzoïque 3-25 a donc été estérifié en 3,4-dihydroxybenzoate d’éthyle 3-26 dans
l’éthanol en présence d’acide sulfurique concentré. 25 Après une semaine d’agitation à
température ambiante, l’ester est obtenu par précipitation dans le dichlorométhane avec un
rendement de 68% (figure 3-32).
O
N
O
O
OH
OH
He xa méthylènete tramine
AcOH /HCOOH
HCl
EtOH
Ref lux4 h
14%
2-6 2-7
N
O
2-7
HO
O
O
OH
OH
OH
OH
Hexaméthylènetétramine
T sCl
NEt 3
CH 2Cl 2
TA 72 h
65%
H 2SO 4
EtOH
T A 7jours
Figure 3-32 : Protection de l’acide.
O
O
O
O
OH
68%
3-25 3-26
N
N
O
2-8
OH
O
O
O
OH
OH
OTs
OT s

L’étape de formation de la couronne est réalisée selon un mode opératoire classique de
substitution d’alcools à l’aide de groupements partants tosylés 26 : le diol 3-26 est mis en
présence de K2CO3 dans l’acétonitrile à chaud pendant 30 minutes. Le di-tosylé 2-8 est
ensuite additionné et l’ensemble est agité au reflux pendant 48 heures. Après une purification
sur colonne de silice, le produit cyclisé 3-27 est isolé avec 46% de rendement (figure 3-34).
O
Figure 3-34 : Formation de la couronne protégée.
L’aldéhyde de la molécule 3-27 a ensuite été protégé par acétalisation pour former le
1,3-dioxane 3-28 correspondant. La réaction a lieu en présence de 2,2-diméthyl-1,3-
propandiol et de quantité catalytique d’acide p-toluènesulfonique au reflux du toluène pendant
une nuit. Après purification sur colonne de silice, le produit est obtenu avec 28% de
rendement (figure 3-35).
N
O
O
OTs
OT s
+
O
O
OH
Figure 3-35 : Protection de l’aldéhyde.
O N
Par ailleurs, l’ester de la molécule 3-27 est saponifié afin de pouvoir procéder à
l’estérification avec le spiro-éthanol. Pour ce faire, elle est mise à réagir avec 6 équivalents
d’hydroxyde de potassium dans un mélange eau-éthanol au reflux, pendant 12 heures. 27 A
l’issue de la réaction, après un traitement acide, le produit obtenu est lavé avec de grandes
quantités d’eau afin d’éviter toute présence d’acide pour la suite des opérations. La
saponification permet de récupérer l’acide avec un bon rendement de 81% (figure 3-36).
OH
K 2 CO 3
MeCN
Re flux 48 h
2-8 3-26
3-27
O
O
O
O
O N
O
OH OH
APTS
Toluène
46%
R eflux 15 h
O
3-27 28%
3-28
O
O
O
O
O
O N
O
O
O
O
O
O
O
O
139

140
Figure 3-36 : Saponification du benzoate d’éthyle.
La molécule 3-29 obtenue, le couplage par estérification avec le spiro-éthanol 3-23 a
pu être tenté. Des conditions classiques ont été mises en œuvre : les molécules 3-23 et 3-29
ont été mises en présence à 0°C de N,N’-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) et de 4-
diméthylaminopyridine (DMAP) dans le dichlorométhane. 28 Après 15 heures d’agitation à
température ambiante, le produit estérifié 3-30 est obtenu après deux purifications sur colonne
de silice avec un rendement plutôt bon de 41% compte tenu des deux colonnes (figure 3-37).
Figure 3-37 : Préparation de l’ester 3-30.
L’aldéhyde de l’ester ainsi obtenu a été à son tour protégé par acétalisation pour
former le 1,3-dioxane 3-31 correspondant. La réaction a lieu en présence de 2,2-diméthyl-1,3-
propanediol et de quantité catalytique d’acide p-toluènesulfonique au reflux du toluène
pendant une nuit. Après purification sur colonne de silice, le produit est obtenu avec 35% de
rendement (figure 3-38).
O
O
O
N O NO 2
O
O N
+
O
HO
O
O
O
O
KOH
H 2O / Et OH
R efl ux 12 h
O
81%
O N
Figure 3-38 : Protection de l’aldéhyde de la molécule issue du couplage.
HO
DC C
DMAP
O
O
O
O
O
N O NO 2
OH
O N
CH Cl
2 2
TA 15 h
41%
O
O
O
3-23 3-29
O
O N
3-30
N O NO 2
O
3-27 3-29
O
O
O
O N
O
O
OH OH
APTS
Toluène
R eflux 12h
35%
O
O
N O NO 2
3-30 3-31
O
O
O
O
O N
O
O
O
O

La synthèse est ainsi achevée : quatre molécules ont été obtenues, deux spiropyranes
couplés à des aza-couronnes ainsi que leurs précurseurs dépourvus de spiropyranes, qui
peuvent servir de molécules modèles dans les études (figure 3-39). Par ailleurs, l’aldéhyde
porté par l’aza-couronne pourra être étudié sous sa forme propre ou acétalisée, afin de
mesurer son impact sur l’efficacité de complexation de la couronne. Il est en effet probable
que la couronne portant l’aldéhyde libre très électro-attracteur soit moins efficace à cause de
la forte délocalisation du doublet non-liant de l’amine causée par l’aldéhyde.
O
Figure 3-39 : Molécules complexantes concurrentes au récepteur-anthracène.
3.3. Etudes spectroscopiques des deux récepteurs
3.3.1. Etude modèle : simulation sans spiropyrane
En premier lieu, les molécules ne portant pas de spiropyrane ont été étudiées afin de
déterminer la faisabilité du projet de communication moléculaire photoinduite multi-
composants vis-à-vis de leurs constantes de complexation respectives.
Les coefficients d’extinction molaire
des composants ont été déterminés par
enregistrement des spectres d’absorption par
dilutions successives et régression linéaire. Les
résultats sont répertoriés dans le tableau 3-2 et
ci-contre.
O
O
O
O N
O
O
N O NO 2
O
O
O
O
O N
O
O
O
O
O
O N
3-27 3-30
3-28
O
Epsilon (L.mol -1 .cm -1 )
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
O
O
O
N O NO 2
O
O
O
O
O N
O
3-31
200 250 300 350 400 450
Longueur d'onde (nm)
O
O
3-1
3-27
3-28
141

ε
142
(L.mol -1 .cm -1 )
Tableau 3-2 : Coefficients d’extinction molaire des composés 3-1, 3-27 et 3-28.
a) Etude du récepteur anthracène
La suite des études se poursuit avec des dosages de la molécule 3-1. Les dosages sont
réalisés avec différents sels, dans l’acétonitrile, afin de déterminer quel cation sera le plus
efficace dans la communication moléculaire qui doit être mise en place.
Les dosages sont réalisés avec NaB(Ph)4, NaClO4, NaBF4, AgBF4, AgCF3SO3,
Ba(ClO4)2, acide trifluoroacétique, ainsi qu’un dosage blanc comme référence. A chaque fois,
sont introduits 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 et 20 équivalents de sel. Le suivi est effectué en
spectroscopie UV/visible et fluorescence. Les variations en UV/visible étant trop faibles, ne
sont rapportées ici que les données de spectroscopie de fluorescence. Le fluorimètre est réglé
pour exciter l’anthracène à 370 nm dans la bande de la transition S1 S0 et enregistre
l’émission entre 390 et 650 nm. Toutes les mesures sont effectuées dans l’acétonitrile.
L’exemple du dosage de la molécule 3-1 par NaBF4 est donné dans la figure 3-40.
Intensité de fluorescence
à 390 nm :
ε = 11 400
1000000
800000
600000
400000
200000
0
O
O
O
O
O
N
3-1
à 336 nm :
ε = 33 700
à 263 nm :
ε = 34 800
Figure 3-40 : Dosage de 3-1 par NaBF4 dans l’acétonitrile, λex = 370 nm.
O
O
O
O
O N
O
O
O
O
O
O
O N
3-27 3-28
350 400 450 500 550 600 650
Longueur d'onde (nm)
0 eq NaBF4
1 eq
2 eq
3 eq
4 eq
5 eq
10 eq
15 eq
20 eq
O
O
O

Le tracé de la variation de l’intensité de fluorescence en fonction du nombre
d’équivalents de sel ajoutés permet d’avoir une vision de l’évolution de l’inhibition de l’effet
de transfert d’électron photoinduit par l’ajout de sodium. La figure 3-41 illustre ce tracé et
donne l’ajustement exponentiel de la courbe ainsi obtenue. Il faut cinq équivalents de sel de
sodium afin d’inhiber le transfert d’électron photoinduit de 80%.
Figure 3-41 : Variation de l’intensité de fluorescence en fonction du nombre
d’équivalents de NaBF4. Acétonitrile, λex = 370 nm.
Les résultats des autres dosages sont résumés de la même façon dans la figure 3-42 :
Intensité de fluorescence à 449 nm
Intensité de fluorescence à 449 nm
1000000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
800000
600000
400000
200000
0
0
Intensité de fluorescence à 449 nm
ExpDec1 of Intensité de fluorescence à 449 nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,99642
Intensité de fluores
cence à 449 nm
Intensité de fluores
cence à 449 nm
Intensité de fluores
cence à 449 nm
0 5 10 15 20
Equivalents NaBF4
Value Standard Error
y0 982728,19871 12087,81411
A1 -917486,69108 19479,29591
t1 2,92812 0,1363
0 5 10 15 20 25 30
Equivalents
Dosage par NaB(Ph)4
Dosage blanc
Dosage par NaClO4
Dosage par NaBF4
Dosage par AgBF4
Dosage par AgCF3SO3
Dosage par Ba(ClO4)2
Dosage par TFA
Dosage par KClO4
Figure 3-42 : Résumé de tous les dosages de 3-1 par les sels. Acétonitrile, λex = 370 nm.
Le dosage par Ba(ClO4)2 est un cas un peu à part car l’augmentation de l’intensité de
fluorescence a été beaucoup plus forte que dans le cas des sels de sodium. Les réglages de
143

Intensité de fluorescence
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
l’appareil qui étaient adaptés à la majeure partie des dosages ne l’étaient plus Ba(ClO4)2 : il a
fallu fermer les fentes d’excitation et d’enregistrement de 3 nm pour le sodium à 1 nm pour le
barium afin de ne pas endommager l’appareil. Les fentes fermées à 1 nm ne permettent pas
d’observer les variations de la fluorescence lors des autres dosages. La superposition de toutes
les courbes permet donc juste de comparer les tendances générales.
144
Tous les sels de sodium permettent d’observer le même comportement dans
l’inhibition du transfert d’électron photoinduit. L’utilisation du logiciel Letagrop a permis de
déterminer la constante de complexation de la molécule 3-1 avec le sodium dans l’acétonitrile
à log Ka = 4,4 (figure 3-43). Il est à noter que cette valeur est de 3,0 dans le méthanol. 5
O
O
O
O
O
N
Na +
Figure 3-43 : Complexation du sodium avec le récepteur 3-1 dans l’acétonitrile.
L’utilisation d’acide trifluoroacétique permet également d’observer une inhibition du
transfert d’électron photoinduit, bien qu’inférieur à l’effet du sodium (figure 3-44).
0
3-1
Ka
350 400 450 500 550 600 650
Longueur d'onde (nm)
0 eq TFA
1 eq
2 eq
3 eq
4 eq
5 eq
10 eq
15 eq
20 eq
O
Na
O
O
+
Figure 3-44 : 1) dosage de 3-1 par TFA ; 2) variation de l’intensité de fluorescence en
fonction du nombre d’équivalents de TFA. Acétonitrile, λex = 370 nm.
O
O
N
450000
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
1) 2)
Intensité de fluorescence à 449 nm
0
3-1 + Na + = [3-1 Na] +
Ka = [[3-1 Na] + ] / [3-1][Na + ]
Ka = 10 4,4
Intensité de fluorescence à 449 nm
ExpDec1 of Intensité de fluorescence à 449 nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,96678
Intensité de fluo
rescence à 449
nm
Intensité de fluo
rescence à 449
nm
Intensité de fluo
rescence à 449
nm
0 5 10 15 20
Equivalents TFA
Value Standard Error
y0 373652,13662 19570,01993
A1 -310314,6114 21025,24493
t1 5,65257 1,05853

Pareillement, la constante d’association du récepteur 3-1 avec le proton a été
déterminée grâce au logiciel Letagrop. La valeur trouvée est de log K = 4,68. Cette valeur a
également été calculée à l’aide du logiciel WinEqNMR2 dont l’utilisation requiert de refaire
le dosage par l’acide trifluoroacétique en RMN (figure 3-45).
Figure 3-45 : Dosage du récepteur 3-1 par l’acide trifluoroacétique dans CD3CN en
RMN.
Selon le pic choisi pour le suivi du dosage, WinEqNMR2 donne des valeurs de log K
allant de 5,07 à 3,87, la valeur moyenne étant de 4,16. L’écart entre la valeur obtenue par
fluorimétrie et par RMN est certainement dû à la sensibilité de chaque technique de
spectroscopie et dont les ordres de grandeur vont de 10 -6 mol/L pour la fluorescence à 10 -2 -10 -
3 mol/L en RMN.
O
O
3-1
15 eq TFA
10 eq
5 eq
4 eq
3 eq
2 eq
1 eq
0 eq
O
O
O
N
H +
Ka
O
Figure 3-46 : Protonation du récepteur 3-1 dans l’acétonitrile.
O
H +
O
O
O
N
O
O
O
O
O
N
3-1
3-1 + H + = [3-1 H] +
Ka = [[3-1 H] + ] / [3-1][H + ]
Ka = 10 4,68
145

Intensité de fluorescence
Intensité de fluorescence
146
Dans la littérature, le récepteur 3-1 a été rapporté comme une molécule faiblement
influencée par l’acide. 5 Les études du cas présent sont réalisées dans l’acétonitrile, alors que
les travaux des publications sont menés dans le méthanol ou le propanol, solvants protiques.
Enfin, dans le cas du barium, si le dosage est fait dans les mêmes conditions que
précédemment, à savoir en allant de 1 à 20 équivalents de sel, l’augmentation de l’intensité de
fluorescence par inhibition du transfert d’électron photoinduit est très rapide (figure 3-47).
800000
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
350 400 450 500 550 600 650
Longueur d'onde (nm)
0 eq Ba(ClO4)2
1 eq
2 eq
3 eq
4 eq
5 eq
10 eq
15 eq
20 eq
0 5 10 15 20
Figure 3-47 : 1) dosage par Ba(ClO4)2 ; 2) variation de l’intensité de fluorescence en
fonction du nombre d’équivalents de Ba(ClO4)2. Acétonitrile, λex = 370 nm.
Il est donc nécessaire de procéder à un dosage plus fin car les données précédentes
n’ont pas permis de déterminer de constante de complexation à l’aide du logiciel Letagrop.
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
350 400 450 500 550 600 650
Longueur d'onde (nm)
Figure 3-48 : 1) dosage plus fin par Ba(ClO4)2 ; 2) variation de l’intensité de fluorescence
en fonction du nombre d’équivalents de Ba(ClO4)2. Acétonitrile, λex = 370 nm.
Intensité de fluorescence à 449 nm
900000
800000
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
1) 2)
0 eq Ba(ClO4)2
0,1 eq
0,2 eq
0,3 eq
0,4 eq
0,5 eq
0,6 eq
0,7 eq
0,8 eq
0,9 eq
1 eq
Intensité de fluorescence à 449 nm
900000
800000
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
0
Intensité de fluorescence à 449 nm
ExpDec1 of Intensité de fluorescence à 449 nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,99014
Equivalents Ba(ClO4)2
Value Standard Error
Intensité de fluor y0
escence à 449 n
m
708227,64762 9150,55599
Intensité de fluor A1
escence à 449 n
m
-685536,02577 24161,77887
Intensité de fluor t1
escence à 449 n
m
0,60655 0,0662
Intensité de fluorescence à 449 nm
ExpDec1 of Intensité de fluorescence à 449 nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,98309
1) 2)
0 2 4 6 8 10
Equivalents Ba(ClO4)2
Value Standard Error
Intensité de fluo y0
rescence à 449 n
m
702909,36112 15616,79371
Intensité de fluo A1
rescence à 449 n
m
-745326,92534 27514,99092
Intensité de fluo t1
rescence à 449 n
m
0,45733 0,03528

Intensité de fluorescence
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
Malgré la finesse de ces résultats, le logiciel n’a pas été en mesure de donner une
valeur de constante. L’inhibition du transfert d’électrons photinduit est quasi linéaire au début
du dosage. Il est également envisageable que la complexation du récepteur soit double vis-à-
vis du cation : de part sa taille, le barium est susceptible de complexer deux ligands (figure 3-
49). 29 Mais même dans le cas d’un complexe 2:1, Letagrop n’a pu donner de valeur.
O
O
O
N O O
O Ba O
O
O
O
2+
3-1
Figure 3-49 : Complexe « sandwich » du barium et de deux récepteurs 3-1.
Le complexe « sandwich » peut expliquer pourquoi l’augmentation de l’intensité de
fluorescence est si importante et ce dès les premiers cations introduits dans le milieu : un
cation inhibe deux transferts contre un seul transfert dans le cas du sodium, par exemple.
Un dernier dosage a été réalisé pour compléter le panel des sels testés. L’utilisation de
KClO4 permet des variations de l’intensité de fluorescence suffisamment importantes pour
permettre la détermination de la constante de complexation.
0
350 400 450 500 550 600 650
Longueur d'onde (nm)
0 eq KClO4
1 eq
2 eq
3 eq
4 eq
5 eq
10 eq
15 eq
20 eq
Figure 3-50 : 1) dosage par KClO4 ; 2) variation de l’intensité de fluorescence en
fonction du nombre d’équivalents de KClO4. Acétonitrile, λex = 370 nm.
Le logiciel Letagrop a pu déterminer la valeur de la constate de complexation bien que
les variations de l’intensité de fluorescence soient nettement inférieures dans ce cas-ci (figure
65000
60000
55000
50000
45000
40000
35000
1) 2)
Intensité de fluorescence à 449 nm
N
Intensité de fluorescence à 449 nm
ExpDec1 of Intensité de fluorescence à 449 nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,98204
Intensité de fluo
rescence à 449
nm
Intensité de fluo
rescence à 449
nm
Intensité de fluo
rescence à 449
nm
0 5 10 15 20
Equivalents KClO4
Value Standard Error
y0 64609,51165 1361,34016
A1 -25110,70878 1327,98247
t1 6,58347 0,99503
147

3-51). La valeur de la constante est de log K = 3,8. Il y a un ordre de grandeur de différence
entre cette valeur et celles déterminées plus haut.
148
Intensité de fluorescence à 449 nm
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
Figure 3-51 : Comparaison des quatre dosages : NaBF4, TFA, Ba(ClO4)2 et KClO4.
Acétonitrile, λex = 370 nm.
A la vue de la comparaison des quatre dosages offrant des variations d’intensité de
fluorescence observables, les sels de sodium et de barium sont retenus pour les futures études.
Il faudra également tenir compte de la quantité d’acide dans le milieu de part son influence
non négligeable sur la fluorescence du récepteur 3-1.
b) Etude des récepteurs concurrents
Les récepteurs concurrents du récepteur 3-1 sont les molécules
qui doivent mieux complexer les cations choisis que 3-1, ce qui doit
favoriser le transfert d’électron photoinduit, et qui doivent être
protonables. Cette protonation les rendra moins complexantes que 3-1.
Les équilibres de complexation seront alors déplacés vers la formation
de complexes incluant 3-1 qui verra alors un retour de l’inhibition du
transfert d’électron photoinduit.
0
Dosage par NaBF4
Dosage par KClO4
Dosage par TFA
Dosgae par Ba(ClO4)2
0 5 10 15 20
Equivalents
Les dosages ont été réalisés avec les deux récepteurs modèles
concurrents 3-27 et 3-28. Les dosages ont été suivis par spectroscopie
UV/visible et fluorescence. Mais ces deux molécules n’étant pas
fluorescentes, les dosages en fluorescence n’ont pas toujours été
O
O
O
O
O
O
O N
3-27
O
O
O N
3-28
O
O
O
O
O

Abs
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
concluants. Les sels précédemment utilisés (sodium, barium et TFA) ont été réemployés, les
spectres sont toujours enregistrés dans l’acétonitrile.
La molécule 3-27 est étudiée en premier lieu. En particulier, il est important de savoir
si la présence de l’aldéhyde n’affecte pas la capacité du doublet non liant de l’azote à
complexer et à être protoné.
Le premier dosage est effectué avec NaBF4. Comme précédemment, le récepteur 3-27
est dosé avec 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 et 20 équivalents de sel. Le dosage suivi en spectroscopie
UV/visible est représenté figure 3-52 1) : l’absorbance diminue de plus en plus à l’ajout de sel
dans la cellule de mesure.
200 250 300 350 400 450 500
Figure 3-52 : 1) dosage de 3-27 par NaBF4 dans l’acétonitrile ; 2) variation de
l’absorbance à λ = 336 nm en fonction du nombre d’équivalents de NaBF4.
Figure 3-52 2), est donnée la variation de l’absorbance à λ = 336 nm en fonction du
nombre d’équivalents de NaBF4 introduits dans le milieu. La diminution de l’absorbance est
linéaire, et est en fait due à la dilution du milieu, comme le confirme le dosage blanc réalisé
en introduisant les volumes d’acétonitrile correspondant aux volumes de solution dosante de
NaBF4.
0 eq NaBF4
1 eq
2 eq
3 eq
0,66
4 eq
5 eq
0,60
10 eq
15 eq
20 eq
0,54
329 336 343
Abs
Longueur d'onde (nm)
Longueur d'onde (nm)
1) 2)
Il s’est avéré que tous les dosages réalisés par la suite donnent le même résultat : seule
la dilution du milieu est observée lors des ajouts de sel dans le milieu. Même l’influence de
l’acide trifluoroacétique n’est pas mesurée (figure 3-53).
Abs à 336 nm
0,66
0,65
0,64
0,63
0,62
0,61
0 5 10 15 20
Equivalents NaBF4
3-27
Blanc
149

150
Figure 3-53 : Variation de l’absorbance de 3-27 dans l’acétonitrile à λ = 336 nm en
fonction du nombre d’équivalents de sels ajoutés.
En ce qui concerne le récepteur 3-28, les mêmes observations de dilution ont été faites,
à l’exception du dosage par l’acide trifluoacétique (figure 3-54).
Abs
Figure 3-54 : Variation de l’absorbance de 3-28 dans l’acétonitrile à λ = 263 nm en
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
Abs
Abs
0,67
0,66
0,65
0,64
0,63
0,62
0,61
0,60
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0 5 10 15 20
Equivalents
336 nm dosage NaB(Ph)4
336 nm dosage blanc
336 nm dosage NaBF4
336 nm dosage NaClO4
336 nm dosage Ba(ClO4)2
336 nm dosage TFA
336 nm dosage KClO4
fonction du nombre d’équivalents de sels ajoutés.
200 250 300 350 400
Longueur d'onde (nm)
0 5 10 15 20
0 eq TFA
1 eq
2 eq
3 eq
4 eq
5 eq
10 eq
15 eq
20 eq
Equivalents
0 5 10 15 20
1) 2)
Figure 3-55 : 1) dosage par TFA de 3-28 dans l’acétonitrile; 2) variation de l’absorbance
à λ = 263 nm en fonction du nombre d’équivalents de TFA.
Abs à 263 nm
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
263 nm dosage blanc MeCN
263 nm dosage NaBF4
263 nm dosage NaClO4
263 nm dosage Ba(ClO4)2
263 nm dosage TFA
O
O
O
Equivalents TFA
3-28
ExpDec1 of Abs à 263 nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
O
O
O
Adj. R-Square 0,98664
O N
Value Standard Error
Abs à 263 nm y0 0,31865 0,01526
Abs à 263 nm A1 0,37455 0,0161
Abs à 263 nm t1 5,80049 0,69467
O
O N
3-27
O
3-28
O
O
O
O
O

La figure 3-55 illustre les observations faites lors du dosage du récepteur 3-28 par
l’acide trifluoroacétique : l’absorbance diminue fortement au fur et à mesure de l’ajout
d’acide. L’ajustement exponentiel de cette diminution est donné en 2).
Les variations semblant suffisamment importantes, des essais de calcul de constante de
complexation ont été fait avec le logiciel Letagrop, mais sans succès.
Toutes ces mesures et dosages des récepteurs 3-1, 3-27 et 3-28 ont été reconduits dans
le chloroforme et le dichlorométhane afin d’avoir une comparaison avec des études dans ces
solvants moins polaires que l’acétonitrile. Dans le chloroforme, le récepteur 3-28 se
décompose en récepteur 3-27 par déprotection, certainement à cause des additifs acides
présents dans le chloroforme qui a été utilisé tel quel. Dans le dichlorométhane, les sels de
sodium et de barium choisis ne sont pas tous solubles, donc les résultats ne sont pas du tout
comparables.
c) Etudes avec 3-1 et récepteurs concurrents ensemble : cas du sodium
Bien que peu d’informations aient été obtenues sur les récepteurs concurrents, les
études ont été poussées plus loin pour voir quelles interactions pouvaient avoir lieu lorsque 3-
1 est mis en présence de sel puis d’un des deux récepteurs concurrents.
Le principe des expériences à suivre est de mesurer les variations de l’intensité de
fluorescence du récepteur 3-1 alors que dans un premier temps, il est seul dans le milieu, puis
en présence de sel, puis lors d’un dosage par un des récepteurs concurrents non fluorescents
afin de voir s’ils complexent préférentiellement le cation présent, et enfin lorsque de l’acide
est ajouté. Le but est de déterminer combien d’équivalents de récepteur concurrent il faut
introduire pour abaisser significativement l’intensité de fluorescence de 3-1, et ensuite
combien d’équivalents d’acide il faut introduire pour voir l’intensité de fluorescence de 3-1
ré-augmenter. Il faudra ensuite faire un compromis entre ces deux valeurs, car le but est
d’étudier les récepteurs couplés aux spiropyranes qui imposeront un rapport 1:1 entre la
quantité de récepteur concurrent et la quantité d’acide photo-libérable.
Dans un premier temps, le récepteur 3-1 a été étudié avec le récepteur 3-27. Pour
commencer, l’intensité de fluorescence de 3-1 seul est enregistrée. Sont ajoutés alors cinq
équivalents de NaBF4 afin d’inhiber d’environ 80% le transfert d’électron photoinduit qui a
lieu au sein du récepteur 3-1. L’intensité de fluorescence mesurée augmente
151

considérablement, le récepteur 3-1 est « allumé ». Ensuite, au fur et à mesure du dosage par 1,
2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 équivalents d’une solution de 3-27, l’intensité de fluorescence mesurée
de l’anthracène diminue : l’introduction du récepteur concurrent 3-27 dans le milieu déplace
les équilibres de complexation vers la formation du complexe [3-27 Na] + préférentiellement
au complexe [3-1 Na] + . Ainsi, l’inhibition du transfert d’électron photoinduit est moins
importante, ce qui a pour conséquence une extinction partielle de la fluorescence mesurée.
Vient ensuite le dosage par 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 et 1000 équivalents d’acide
trifluoroacétique : il protone le récepteur 3-27 ce qui permet de re-déplacer les équilibres de
complexation vers le point initial où le récepteur 3-1 est allumé, la fluorescence continue
d’augmenter à l’ajout d’acide (jusqu’à une goutte d’acide pur) comme montré lors des
dosages individuels. Tout cela a pu être mesuré en suivant la fluorescence de l’anthracène du
récepteur 3-1 dans la figure 3-56.
152
Intensité de fluorescence à 449 nm
600000
500000
400000
300000
200000
100000
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
N
2
3
3-1 1
O
O
O
O
O N
O
3-27
-50 0 50 100 150 200
Equivalents
Figure 3-56 : Variation de l’intensité de fluorescence de l’anthracène : 1) 3-1 seul ; 2)
ajout de cinq équivalents de NaBF4 ; 3) dosage par 3-27 ; 4) dosage par TFA.
Acétonitrile, λex = 370 nm.
Le récepteur 3-27 semble donc être capable de suffisamment concurrencer le récepteur
3-1 dans la complexation du sodium : les variations de l’intensité de fluorescence sont
O
4
O
O
O
O
O
N
O
O
O
O
O
H
O N
3-27-H
O

mesurables et vont dans le sens attendu. Cinq équivalents de 3-27 permettent de déjà obtenir
une baisse significative.
Exactement la même expérience a été répétée en utilisant le récepteur 3-28 : mêmes
concentrations et nombres d’équivalents. L’intensité de fluorescence de 3-1 seul est d’abord
enregistrée. Sont ajoutés alors cinq équivalents de NaBF4 afin d’inhiber d’environ 80% le
transfert d’électron photoinduit qui a lieu au sein du récepteur 3-1. La solution de complexe
allumé est ensuite dosée par le récepteur 3-28 : l’intensité de fluorescence mesurée
diminue grâce à l’introduction du récepteur concurrent 3-28 dans le milieu qui déplace les
équilibres de complexation vers la formation du complexe [3-28 Na] + préférentiellement au
complexe [3-1 Na] + . Ainsi, l’inhibition du transfert d’électron photoinduit est moins
importante, ce qui a pour conséquence une extinction partielle de la fluorescence mesurée. Le
dosage par l’acide trifluoroacétique permet de protoner le récepteur 3-28 ce qui re-déplace les
équilibres de complexation vers le point initial où le récepteur 3-1 est allumé. Tout cela a pu
être mesuré en suivant la fluorescence de l’anthracène du récepteur 3-1 dans la figure 3-57.
Intensité de fluorescence à 449 nm
600000
500000
400000
300000
200000
100000
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
2
3
3-1 N 1
O
O
O
O
O N
O
O
O
3-28
-50 0 50 100 150 200
Equivalents
Figure 3-57 : Variation de l’intensité de fluorescence de l’anthracène : 1) 3-1 seul ; 2)
ajout de cinq équivalents de NaBF4 ; 3) dosage par 3-28 ; 4) dosage par TFA.
4
Acétonitrile, λex = 370 nm.
O
O
O
O
O
N
O
O
O
O
O
H
O N
O
3-28-H
O
153

154
Le récepteur 3-28 suit la même tendance que celle observée avec 3-27 : il concurrence
suffisamment le récepteur 3-1 pour que les variations d’intensité de fluorescence soient
mesurables. Cependant, comme l’illustre la figure 3-58, les effets produits par le récepteur 3-
28 sont plus faibles que ceux de 3-27.
Figure 3-58 : Comparaison entre les effets des deux récepteurs concurrents 3-27 et 3-28
sur l’intensité de fluorescence de 3-1. Acétonitrile, λex = 370 nm.
Contrairement à ce qui avait pu être prévu, le récepteur 3-27 portant l’aldéhyde a une
action bien plus nette que le récepteur protégé 3-28, tant au niveau du retour du transfert
d’électron photoinduit de 3-1 que de la protonation. L’effet de concurrence est environ deux
fois supérieur dans le cas de 3-27.
L’ajout d’acide trifluoroacétique sur 3-27 permet de voir l’intensité de fluorescence ré-
augmenter d’également environ deux fois par rapport à la même expérience réalisée avec 3-
28. Ceci peut-être expliqué par le fait que ce n’est pas l’amine qui est protonée, mais l’énolate
mésomère de l’aldéhyde (figure 3-59).
O
O
O
Intensité de fluorescence à 449 nm
3-27
O
600000
500000
400000
300000
200000
100000
O N
O
Intensité de fluorescence à 449 nm
600000
550000
500000
450000
400000
0 25 50 75
0 50 100 150 200
O
O
O
O
Equivalents
O
O N
Equivalents
Avec 3-27
Avec 3-28
Avec 3-27
Avec 3-28
Figure 3-59 : Protonation facilitée du récepteur 3-27.
O
O
TFA
O
O
O
O
O N
O
OH

d) Etudes avec 3-1 et récepteurs concurrents ensemble : cas du barium
Exactement les mêmes expériences ont été répétées en utilisant Ba(ClO4)2 au lieu de
NaBF4 avec les mêmes concentrations et nombres d’équivalents. L’intensité de fluorescence
de 3-1 seul est d’abord enregistrée. Sont ajoutés alors deux équivalents de Ba(ClO4)2 afin
d’inhiber d’environ 80% le transfert d’électron photoinduit qui a lieu au sein du récepteur 3-1.
Sont ensuite réalisés les dosages par les récepteurs concurrents 3-27 et 3-28, l’intensité de
fluorescence observée diminue, comme attendu. Cependant, lors des dosages par l’acide
trifluoroacétique, l’intensité de fluorescence continue à diminuer alors qu’une augmentation
est attendue. Les mesures effectuées sont résumées figure 3-60.
Intensité de fluorescence à 449 nm
800000
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
O
O
O
O
3-1
O
O
O
O
O
O
N
N
2
1
3
O
O
O
O
O N
O
4
Figure 3-60 : Variation de l’intensité de fluorescence de l’anthracène : 1) 3-1 seul ; 2)
ajout de deux équivalents de Ba(ClO4)2 ; 3) dosage par 3-27 et 3-28 ; 4) dosage par TFA.
Acétonitrile, λex = 370 nm.
L’ajout d’acide trifluroacétique est censé permettre, par la protonation des récepteurs
concurrents 3-27 et 3-28, le déplacement des équilibres de complexation vers la formation
préférentielle de [3-1 Na] + , ce qui augmente l’inhibition du transfert d’électron photoinduit et
donc l’intensité de fluorescence de l’anthracène. Les observations vont dans le sens inverse :
O
O
3-28
O
O
O
O
O
N
O
O
O
O
O
H
O N
-25 0 25 50 75 100 125
Equivalents
3-27
3-28
O
3-28-H
O
155

dès les premiers ajouts d’acide trifluoroacétique, l’intensité de fluorescence diminue, plus ou
moins fort selon le récepteur concurrent employé. L’acide trifluoroacétique permet en fait la
formation de trifluoroacétate de barium Ba(TFA)2 qui est très stable. 30 Le fait que l’intensité
de fluorescence diminue fortement dans le cas 3-28 et bien moins dans le cas 3-27 peut être
expliqué par les études avec le sodium qui ont permis de montrer que le récepteur 3-27 est un
meilleur complexant concurrent que le récepteur 3-28.
156
Le sel de sodium est donc à privilégier pour les études avec le spiropyrane pour
effectuer des mesures qui pourront traduire ce qui se passe lors des différentes étapes.
3.3.2. Etudes avec spiropyrane
Les récepteurs concurrents portant un spiropyrane 3-30 et 3-31 (figure 3-61) sont
étudiés pour être comparés et confrontés, mais également pour être comparés à leurs
récepteurs modèles étudiés dans la partie précédente. La particularité de ces récepteurs est
qu’ils imposent un rapport stœchiométrique 1:1 entre le récepteur lui-même et la quantité
d’acide potentiellement photo-libérable. Ainsi, dans le cas des études préliminaires avec
spiropyrane où les récepteurs 3-1, 3-27 ou 3-28 sont mis en présence d’un spiropyrane simple
ouvert et protoné, il faudra introduire les mêmes quantités de récepteur 3-27 ou 3-28 que de
spiropyrane ouvert et protoné afin de maintenir le rapport récepteur concurrent / acide à 1:1.
Figure 3-61 : Les deux récepteurs cibles.
Dans un premier temps, les coefficients d’extinction molaire des récepteurs finaux
sont déterminés par enregistrement de spectres d’absorption et dilutions successives, avec
l’aide d’une régression linéaire (figure 3-62). Toutes les mesures sont effectuées dans
l’acétonitrile.
3-30
N O NO2
O
O
O
O
O N
O
O
N O NO 2
O
O
O
O
O N
O
O
3-31
O

Figure 3-62 : Coefficients d’extinction molaire des récepteurs 3-30 et 3-31. Acétonitrile.
Sont ensuite calculées les constantes de vitesse de retour thermique de la forme
ouverte (FO) à la forme fermée (FF). La fermeture est spontanée dès la fin de l’irradiation
dans l’ultraviolet (figure 3-63).
Figure 3-63 : Fermeture thermique du spiropyrane ouvert.
Les deux molécules sont irradiées pendant 15 minutes à 365 nm, puis l’absorbance est
mesurée à intervalles réguliers (figures 3-64 et 3-65).
Abs
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
Epsilon (L.mol -1 .cm -1 )
N
O
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
O
3-30
FO
0
O
200 250 300 350 400 450
O
O
NO2
O N
200 300 400 500 600 700 800
Longueur d'onde (nm)
O
0 s
300 s
600 s
900 s
1200 s
1800 s
5700 s
O
Longueur d'onde (nm)
Figure 3-64 : Décroissance de l’absorbance de 3-30: 1) mesures de l’absorbance à
intervalles réguliers ; 2) décroissance de l’absorbance en fonction du temps à 570 nm.
Abs à 570nm
3-30
3-31
N O NO 2
O
O
3-30
FF
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
O
O
O N
O
O
3-30
ExpDec1 of Abs à 570nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,99983
1) 2)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Temps (s)
Value Standard Error
Abs à 570nm y0 0,00844 3,79618E-4
Abs à 570nm A1 0,38843 0,00122
Abs à 570nm t1 617,60051 3,93369
157

Abs
0,75
0,50
0,25
0,00
Abs
158
2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
200 300 400 500 600 700 800
Longueur d'onde (nm)
0 s
120 s
240 s
360 s
480 s
720 s
2400 s
Abs à 570nm
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
3-31
ExpDec1 of Abs à 570nm
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Square 0,99998
0 500 1000 1500 2000 2500
Temps (s)
Value Standard Error
Abs à 570nm y0 0,01058 4,11805E-4
Abs à 570nm A1 1,26946 0,0013
Abs à 570nm t1 256,14776 0,53173
Figure 3-65 : Décroissance de l’absorbance de 3-31: 1) spectres d’absorbance à
intervalles réguliers ; 2) décroissance de l’absorbance en fonction du temps à 570 nm.
Les régressions exponentielles des courbes de décroissance en fonction du temps
obtenues permettent de calculer les constantes de vitesse de retour à la forme fermée dans le
noir.
Ensuite, la protonation des deux composés est étudiée : un équivalent d’acide
trifluoroacétique est ajouté dans le milieu, puis des mesures régulières de l’absorbance sont
effectuées (figure 3-66).
Abs
200 300 400 500
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0,00
Longueur d'onde (nm)
1) 2)
375 400 425 450 475
Longueur d'onde (nm)
Figure 3-66 : Variation de l’absorbance par protonation de 1) 3-30 et 2) 3-31 dans
l’acétonitrile.
Les deux molécules s’ouvrent par protonation de façon très comparable. Cependant le
spiropyrane du récepteur 3-30 s’ouvre un peu plus lentement, probablement à cause de la
protonation de l’énolate mésomère de l’aldéhyde (figure 3-67).
0 min
10 min
20 min
30 min
60 min
90 min
140 min
190 min
290 min
790 min
1) 2)
Abs
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
Abs
0,150
0,125
0,100
0,075
0,050
0,025
0,000
200 300 400 500 600
Longueur d'onde (nm)
375 400 425 450 475 500
Longueur d'onde (nm)
0 min
10 min
20 min
30 min
60 min
90 min
140 min
190 min
290 min
790 min

Abs
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
0 200 400 600 800
Figure 3-67 : Augmentation de l’absorbance à 410 nm pour 3-30 et à 425 nm pour 3-31
dans l’acétonitrile en fonction du temps.
Le tableau 3-3 résume toutes les données obtenues sur les deux récepteurs portant les
spiropyranes : les coefficients d’extinction molaire, les longueurs d’onde des bandes
caractéristiques des formes ouvertes, les constantes de vitesse de fermeture thermique ainsi
que les longueurs d’onde des bandes caractéristiques des formes protonées.
Spiropyrane ε
N O NO2
O
O
3-30
O
O
O N
O
N O NO2
O
O
3-31
O
O
O N
O
O
O
O
(L.mol -1 .cm -1 )
à 336 nm :
ε = 36 000
à 337 nm :
ε = 9 000
Temps (min)
λabs.max
forme
ouverte
3-30 Abs à 410 nm
3-31 Abs à 425 nm
k retour FO
vers FF
570 nm à 16°C :
16,2.10 -4 s -1
570 nm à 22°C :
39.10 -4 s -1
λabs.max
forme
protonée
410 nm
425 nm
Tableau 3-3 : Résumé des données sur les récepteurs spiropyranes.
Les constantes de vitesse de retour thermiques sont cohérentes avec les données
obtenues dans le chapitre 2 et avec les données de la littérature. 31 La figure 3-68 représente le
tracé expérimental de la loi d’Arrhénius utilisant les constantes pour le spiropyrane 3-23
publiées dans la littérature et les données calculées pour les deux récepteurs synthétisés ici.
159

160
ln k
Figure 3-68 : Tracé de la loi d’Arrhénius.
Compte tenu des approximations expérimentales (tous les spiropyranes commencent à
se refermer pendant le laps de temps séparant la fin de l’irradiation et le début des mesures)
les deux récepteurs 3-30 et 3-31 suivent bien la même tendance que le spiropyrane 3-23 de
référence.
-4,0
-4,5
-5,0
-5,5
-6,0
-6,5
-7,0
-7,5
-8,0
N O NO2
Les études des récepteurs 3-30 et 3-31 se poursuivent en réalisant les dosages par les
sels employés jusqu’ici. Même si les récepteurs en tant que tels ont déjà été étudiés et que le
récepteur portant l’aldéhyde 3-27 semble être le meilleur lorsque tout le système est combiné
en présence de sel de sodium, il est important de s’assurer que les récepteurs finaux ont le
même comportement, et que le greffage d’une longue chaine portant un spiropyrane
n’influence pas ou très peu la complexation.
OH
ln k
Linear Fit of ln k
Equation y = a + b*x
Adj. R-Square 0,99165
N O NO 2
Value Standard Error
ln k Intercept 32,46846 1,5817
ln k Slope -11256,19199 461,51395
0,0033 0,0034 0,0035 0,0036
1/T (T en K)
En premier lieu, la molécule 3-30 a été dosée par 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 et 20 équivalents
de solutions de NaBF4, KClO4, AgBF4, Ba(ClO4)2 et d’acide trifluoroacétique. Un dosage
blanc a également été réalisé en introduisant les mêmes volumes d’acétonitrile que les
volumes de solutions précédemment introduites. Les résultats des dosages sont donnés figure
3-69 et comme attendu, aucun effet n’est observé à part la dilution.
OH
N O NO2
O
O
O
O
O N
O
O
O
N O NO 2
OH
3-31
N O NO2
O
O
O
O
O N
O
3-30
O
N O NO 2
OH
3-23

Abs à 263 nm
Figure 3-69 : Variation de l’absorbance de 3-30 à λ = 336 nm en fonction du nombre
d’équivalents de sels ajoutés dans l’acétonitrile.
Dans le cas de l’acide trifluoroacétique, une légère augmentation de l’absorbance est
observée, mais c’est l’influence du spiropyrane qui commence à être protoné qui est visible
ici.
De même, le récepteur 3-31 est dosé dans les mêmes conditions. Et comme dans le cas
du récepteur 3-28, seul l’acide trifluoroacétique a une influence sur l’absorbance (figure 3-
70).
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Dosage par AgBF4
KClO4
Blanc
NaBF4
Ba(ClO4)2
TFA
Abs à 336 nm
0,250
0,245
0,240
0,235
0,230
0,225
0,220
0,215
0 5 10 15 20
Equivalents
0 5 10 15 20
Equivalents
Dosage par NaBF4
KClO4
Blanc
Ba(ClO4)2
AgBF4
TFA
Figure 3-70 : 1) variation de l’absorbance de 3-31 en fonction du nombre d’équivalents
de sels ajoutés ; variation de l’absorbance en fonction du nombre d’équivalents de TFA.
La comparaison des variations des absorbances normalisées lors des dosages de 3-31
et de 3-28 sont données figure 3-71 : les variations ne sont pas causées par la présence du
spiropyrane sur le récepteur 3-31, mais bien par la protonation de la partie complexante.
Abs à 263 nm
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
TFA
ExpDec1 of Abs à 263 nm
1) 2)
Equation y = A1*exp(-x/t1) + y0
Adj. R-Squar 0,99841
0 5 10 15 20 25
Equivalents
Value Standard Erro
Abs à 263 n y0 0,5718 0,00716
Abs à 263 n A1 0,4199 0,00679
Abs à 263 n t1 6,9431 0,32184
161

162
Figure 3-71 : Comparaison des dosages de 3-31 et de 3-28 par TFA, absorbance
normalisée à λ = 263 nm dans l’acétonitrile.
Avant de procéder aux expériences étudiant 3-1 et 3-30 ou 3-31, des études modèles
doivent être réalisées où 3-1 est mis en présence de 3-27 ou 3-28 puis d’un spiropyrane
simple, ouvert et protoné, qui sera irradié dans le visible pour relarguer un proton. Ceci
permet également d’accéder à un système tri-moléculaire en plus du système bimoléculaire
prévu (figure 3-72).
N
O
O
HO
O
O
NO2
O
O
O
O
O
O
Abs à 263 nm
O
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
3-30
O N
N 3-1
O
UV
O
O
O
O
O
N
O
0 5 10 15 20
O
O
PET
O
N
PET
N
O
Equivalents TFA
O
N O NO2
O
O
O
O
Figure 3-72 : Transfert d’ion séquentiel photoinduit dans un système bimoléculaire : 1)
O N
3-28
3-31
largage de proton photinduit ; 2) largage d’ion proton-induit.
O
H
O N
HO
O
O
NO2
O
O
O
N O NO2
O
O
1
O
O
O
O
O
O
H
O N
O
O
O
N
O
O
O
O
O
N
O
O
2
N
HO
O
O
NO2
O N
Vis
O
O

Le principe des études est le même que précédemment : le récepteur 3-1 est allumé
avec cinq équivalents de NaBF4, puis est ajouté un nombre d’équivalents de récepteur
concurrent 3-27 ou 3-28 suffisant pour que l’intensité de fluorescence de l’anthracène de 3-1
diminue significativement. Alors, le même nombre d’équivalents de spiropyrane ouvert et
protoné est introduit, et après une irradiation dans le visible qui permet la fermeture de ce
dernier, les protons ainsi relargués vont théoriquement permettre, par la protonation des
récepteurs concurrents, de faire remonter l’intensité de fluorescence mesurée (figure 3-73).
O
O
O
O
O
O
UV
O
O
O N
O
3-1 3-27
N
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
PET
O
O
O
O
O
N
PET
O
O
O
H
O N
O
O
N O NO2
Figure 3-73 : Principe du système de transfert d’ion séquentiel tri-moléculaire avec un
spiropyrane simple : 1) largage de proton photinduit ; 2) largage d’ion proton-induit.
Les mesures sont effectuées de façon suivante : pour commencer, l’intensité de
fluorescence de 3-1 seul est enregistrée. Sont ajoutés alors cinq équivalents de NaBF4 afin
d’inhiber d’environ 80% le transfert d’électron photoinduit qui a lieu au sein du récepteur 3-1.
L’intensité de fluorescence mesurée augmente considérablement, le récepteur 3-1 est
« allumé ». Ensuite, quatre équivalents de 3-27 sont introduits dans le milieu pour
concurrencer 3-1, l’intensité de fluorescence mesurée de l’anthracène diminue car les
équilibres de complexation sont déplacés vers la formation du complexe [3-27 Na] +
préférentiellement au complexe [3-1 Na] + . Ainsi, l’inhibition du transfert d’électron
O
O
O N
O
O
O
O
O
O
O
O
1
N
O
O
O
2
N HO
O
H
O N
Vis
O
NO 2
O
Spiro
+ H +
163

photoinduit est moins importante, ce qui a pour conséquence une extinction partielle de la
fluorescence mesurée. Alors, sont introduits cinq équivalents de spiropyrane simple « spiro »,
préalablement ouvert par irradiation à 365 nm et protoné par de l’acide trifluoroacétique.
L’intensité de fluorescence mesurée diminue très fortement. Le milieu ensuite est irradié
pendant cinq minutes dans le visible pour refermer le spiropyrane et relarguer des protons
dans le milieu. Une augmentation légère de l’intensité de fluorescence est observée. Ces
tendances sont données figure 3-74.
Intensité de fluorescence à 448 nm
164
Figure 3-74 : Variation de l’intensité de fluorescence de l’anthracène : 1) 3-1 seul ; 2)
ajout de 5 équivalents de NaBF4 ; 3) ajout de 4 équivalents de 3-27 ; 4) ajout de spiro
ouvert et protoné ; 5) irradiation dans le visible 1, 2, 3, 4, 5 et 10 minutes. λex = 370 nm.
Deux choses sont à souligner : l’importance de la diminution de l’intensité de
fluorescence à l’ajout de spiropyrane ouvert et protoné due au fait que ce spiropyrane absorbe
en fait dans la zone d’excitation de l’anthracène ; à l’étape 5, expérimentalement, une
coloration de la solution est observée après un enregistrement de spectre de fluorescence.
Dans la figure 3-75, sont donnés les spectres d’absorption du milieu au cours des
différentes étapes évoquées plus haut, sachant que l’excitation de l’anthracène se fait à 370
nm.
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
1
O
O
O
O
O
O
N
O
2
O
O
O
N
3-1
O
3
4
O
O
O N
N HO
-5 0 5 10 15 20 25 30
O
O
Spiro
3-27
O
NO 2
hν vis
5
N O NO 2

Abs
1,5
1,0
0,5
0,0
Figure 3-75 : Evolution de l’absorbance du milieu au fur et à mesure de l’étude.
L’absorbance à 370 nm n’est pas influencée par l’ajout de 4 équivalents de NaBF4 et
de 4 équivalents de 3-27. L’introduction de 4 équivalents de spiro ouvert et protoné provoque
une très forte augmentation de l’absorbance à 370 nm. Ainsi, lors de l’enregistrement d’un
spectre de fluorescence, la majeure partie du rayonnement d’excitation est absorbé par le
spiropyrane et n’est pas utilisé pour l’excitation de l’anthracène, d’où la chute de l’intensité de
fluorescence au point 4 de la figure 3-74. Par la suite, l’irradiation du milieu dans le visible
provoquant la fermeture du spiropyrane protoné permet de faire disparaitre la bande
d’absorption caractéristique de ce dernier, mais fait place aux bandes d’absorption du
spiropyrane fermé, qui visiblement se superposent avec les bandes d’absorption de
l’anthracène. L’influence du spiropyrane fermé est bien plus faible que celle du spiropyrane
ouvert sur l’absorbance, ainsi lors des mesures de fluorescence, l’intensité de fluorescence va
légèrement remonter, mais le spiropyrane va encore une fois absorber un peu de rayonnement
d’excitation et s’ouvrir, d’où la coloration observée dans la cellule. L’excitation de
l’anthracène a été tentée à d’autres longueurs d’onde (400 et 410 nm), sans succès. De même,
un nombre d’équivalents de produits autres que 3-1 inférieur à 4 a été testé, laissant toujours
paraître l’absorption concurrente du spiropyrane.
Comme dans le chapitre précédent, la présence du filtre interne qu’est le spiropyrane
empêche de faire des mesures de fluorescence concluantes. Le relarguage de proton, la
protonation du récepteur concurrent, l’inhibition du transfert d’électron photoinduit ont peut-
être bien lieu, mais c’est impossible à observer.
Malgré tout, ces expériences ont été poursuivies avec 3-30 et 3-31 suivant le même
mode opératoire (figure 3-76).
3-1 0eq NaBF4
3-1 5eq NaBF4
3-1 5eq NaBF4 4eq 3-27
3-1 5eq NaBF4 4eq 3-27 4eq spiro ouvert protoné
3-1 5eq NaBF4 4eq 3-27 4eq spiro ouvert protoné irr vis 10min
350 375 400 425 450
Longueur d'onde (nm)
165

Intensité de fluorescence à 448 nm
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
166
Intensité de fluorescence à 448 nm
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
O
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
N
-5 0 5 10 15
Figure 3-76 : Variation de l’intensité de fluorescence de l’anthracène : 1) 3-1 seul ; 2)
ajout de 5 équivalents de NaBF4 ; 3) ajout de 5 équivalents de 3-30 ; 4) irradiation dans
le visible 1, 2, 3, 4, 5 et 10 minutes. λex = 370 nm.
Que le nombre d’équivalents de récepteur concurrent 3-30 ou 3-31 soit de 5, 2 ou
même 1, l’effet de filtre interne est toujours présent (figure 3-77).
-5 0 5 10
Etat
2
3
3-1
1eq 3-30
2eq 3-30
5eq 3-30
N
O
O
1) 2)
Figure 3-77 : 1) Introduction de 1, 2 ou 5 équivalents de 3-30 ouvert et protoné dans une
solution de 3-1 puis irradiation dans le visible ; 2) idem avec 3-31. Intensité normalisée.
HO
O N
Etat
λex = 370 nm.
O
Intensité de fluorescence à 448 nm
O
NO 2
O
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
O
3-30
4
hν vis
3-30
3-31
hν vis hν vis
-5 0 5 10
Etat
1eq 3-31
2eq 3-31
5eq 3-31

Il semble donc que l’utilisation d’un spiropyrane comme photoéjecteur de protons soit
incompatible avec l’utilisation de l’anthracène comme fluorophore permettant d’observer le
système. Il faut donc trouver des molécules qui ont des zones d’absorbance / excitation bien
distinctes afin de pouvoir faire fonctionner un système moléculaire multicomposants comme
décrit ici.
3.4. Détecteurs moléculaires d’ions alternatifs
Les alternatives envisageables pouvant prendre différentes formes, le choix a été fait
de travailler le groupement fluorophore. Le but est de trouver un (ou plusieurs)
fluoroionophore dont la fluorescence soit affectée par la présence ou l’absence d’un cation
métallique et qui absorbe la lumière ailleurs que le spiropyrane, protoné ou fermé. Idéalement,
l’absorption et donc l’excitation devraient se faire au-delà de 450 nm.
Des composants connus pour leur absorbance bien au-delà de 450 nm sont les BF2-
dipyrrométhènes, appelés communément BODIPY. La littérature offre également des
exemples d’utilisation de BODIPY dans des sondes fluorescentes mettant en jeu des
mécanismes photophysiques liés à la complexation de cations métalliques. 32,33,34 Plus
précisément, le BODIPY 3-32 dont la structure est particulièrement intéressante pour le projet
est déjà disponible au laboratoire et a déjà été étudié dans la littérature, donnant des résultats
adaptés aux nécessités du projet de ce chapitre. 35 Cette molécule présente tous les avantages
dont le système a théoriquement besoin pour fonctionner : absorption au-delà de 450 nm,
transfert de charge inhibé par la complexation de cations, azote éventuellement protonable.
Deux autres alternatives peuvent également être envisagées : un BODIPY sans azote
3-33 ainsi qu’un dérivé de quinoline 3-34 qui est un chromophore connu pour un
comportement en UV/visible sensible à la présence de cations métalliques par un mécanisme
de transfert de charge photoinduit (figure 3-78). 36,37
O
O
N
N B N
F F
3-32
O
O
O
O
O
O
O
N B N
F F
3-33 3-34
Figure 3-78 : Trois fluoroionophores pour remplacer 3-1.
O
O
O
O
O
N
I
167

168
3.4.1. Synthèse des récepteurs alternatifs
Le récepteur 3-32 est déjà disponible au sein du laboratoire, les deux autres ont été
synthétisés selon des procédés décrits dans la littérature.
La synthèse du récepteur 3-33 commence par la formylation de la benzo-15-couronne-
5 3-35 en présence de hexaméthylènetetramine dans l’acide trifluoroacétique. 38 La réaction
dure 20 heures à température ambiante et le produit 3-36 est isolé sans purification avec un
rendement de 78% (figure 3-79).
Figure 3-79 : Préparation de 4-formyl-benzo-15-couronne-5.
L’étape suivante est la dernière et permet d’obtenir le récepteur 3-33 dans des
conditions classiques de préparation des BODIPY. L’intermédiaire 3-36 est mis à réagir avec
le kryptopyrrol en présence d’acide trifluoroacétique dans le dichlorométhane jusqu’à
disparition de l’adéhyde. Sont ensuite additionnés la tetrachloro-1,4-benzoquinone et la
diisopropyléthylamine. Enfin, le diéthyléther de trifluoroborane est introduit. 39 Après
purification sur colonne de silice, le récepteur 3-33 est obtenu avec 59% de rendement (figure
3-80).
O
O
O
O
O
O
O
O
Hexaméthylènetétramine
He xamé thylène tet ramine
TFA
TA 20h
78%
3-35 3-36
O
O
O
iii.
Cl
Cl
i. i. TFA
T FA
N
H
ii. DIPEA
O
O
O
BF3 C H 2 C l 2
59%
Figure 3-80 : Préparation du récepteur 3-33.
Cl
Cl
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N B N
F F
3-36 3-33
O

La synthèse du récepteur 3-34 ne nécessite également que deux étapes. La première est
la méthylation de la lépidine : une fois dissoute dans l’acétonitrile, la température du milieu
est abaissée à 0°C, puis l’iodométhane est introduit. 40 Après 35 heures d’agitation à
température ambiante, le produit est isolé par filtration avec un rendement de 83% (figure 3-
81).
Figure 3-81 : Préparation de l’intermédiaire méthylé.
La seconde et dernière étape de synthèse est le couplage des molécules 3-38 et 3-36 :
elles sont mises à réagir en présence de pipéridine dans l’éthanol, au reflux pendant 6 heures,
puis 15 heures à température ambiante. 41 Le récepteur 3-34 est obtenu après filtration et
recristallisation dans l’éthanol absolu avec un rendement de 35% (figure 3-82).
Figure 3-83 : Préparation du récepteur 3-34.
3.4.2. Etudes spectroscopiques des trois composés alternatifs
Les études des trois nouveaux composés vont suivre le même cours que toutes les
études précédentes : après avoir déterminé les coefficients d’extinction molaire, les récepteurs
seront dosés par les différents sels utilisés jusqu’ici, puis seront étudiés en compagnie des
récepteurs concurrents 3-27 et 3-28 et d’acide trifluoroacétique, avant d’être mis en présence
de spiropyrane ouvert et protoné.
N
Me CN
Les études commencent avec la détermination des coefficients d’extinction molaire
par enregistrement des spectres d’absorption et dilutions successives, puis à l’aide d’une
régression linéaire (figure 3-84). Toutes les mesures sont effectuées dans l’acétonitrile.
C H3I
TA 35 h
3-37 83% 3-38
O O
O O
O
N
I
+
O
O
O
N
H
EtOH
R eflux 6 h
TA 15h
3-38 3-36
O
35%
N
I
3-34
N
O
I
O
169

170
ε
Figure 3-84 : Coefficients d’extinction molaire des trois nouveaux récepteurs.
(L.mol -1 .cm -1 )
Epsilon (L.mol -1 .cm -1 )
80000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
Tableau 3-4 : Coefficients d’extinction molaire des trois récepteurs.
Comme attendu, les bandes où l’absorption est la plus forte se situent au-delà de 440
nm pour chaque récepteur (tableau 3-4).
Chaque molécule est ensuite dosée avec 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 et 20 équivalents de
NaBF4, Ba(ClO4)2 et d’acide trifluoroacétique. Un dosage blanc est également effectué pour
référence. Les dosages sont suivis en spectroscopie UV/visible et fluorescence.
Pour le récepteur 3-32, le spectromètre de fluorescence est réglé pour exciter à 475 nm
et enregistrer l’émission entre 485 et 650 nm ; pour le récepteur 3-33, excitation à 485 nm,
enregistrement de l’émission entre 500 et 650 nm ; pour le récepteur 3-34, les mesures se font
en UV/visible, cependant, il est possible d’observer la fluorescence en excitant à 440 nm et en
enregistrant l’émission entre 460 et 750 nm.
0
3-32
3-33
3-34
250 300 350 400 450 500 550 600 650
O
O
N
N B N
F F
à 496 nm :
ε = 69 000
O
O
Longueur d'onde (nm)
à 525 nm :
ε = 76 000
à 440 nm :
ε = 2 000
En premier lieu, c’est le récepteur 3-32 qui est étudié. Les résultats des dosages
effectués sont donnés figure 3-85. Le récepteur donne, comme décrit dans la littérature, des
résultats montrant une augmentation de l’intensité de fluorescence à l’ajout de sels. L’effet du
O
O
O
O
O
N B N
F F
N
I
3-32 3-33 3-34
O
O
O
O
O

arium est plus important que l’effet du sodium. Mais c’est surtout l’ajout d’acide
trifluoroacétique qui permet l’augmentation de l’intensité la plus importante.
Intensité de fluorescence à 508 nm
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0 5 10 15 20
Figure 3-85 : 1) variation de l’intensité de fluorescence de 3-32 lors des dosages par Na
et Ba; 2) idem avec TFA. Acétonitrile, λex = 475 nm.
Des essais de compétition sont alors réalisés : le récepteur 3-32 est allumé avec cinq
équivalents de sel NaBF4 ou Ba(ClO4)2, puis un dosage par 1, 2, 3, 4, 5, 1, 15 et 20
équivalents du récepteur concurrent 3-27 est effectué. Enfin, un dosage identique employant
l’acide trifluoroacétique est fait. Les résultats sont donnés figure 3-86.
Intensité de fluorescence à 508 nm
Dosage par NaBF4
Ba(ClO4)2
Blanc
700000
600000
500000
400000
300000
200000
100000
0
3-32
O
O
1
N
N B N
F F
Equivalents
O
O
0 5 10 15 20
Figure 3-86 : Variation de l’intensité de fluorescence à 508 nm : 1) 3-32 seul ; 2) ajout de
5 équivalents de Na ou de Ba ; 3) dosage par 3-27 ; 4) dosage par TFA. λex = 475 nm.
Intensité de fluorescence à 508 nm
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Dosage par NaBF4
Ba(ClO4)2
Blanc
TFA
1) 2)
3-32 + NaBF4 + 3-27 + TFA
3-32 + Ba(ClO4)2 + 3-27 + TFA
O
O
N
N B N
F F
O
O
2
O
O
O
3
O
O N
O
3-27
O
Equivalents
0 10 20 30 40 50
Equivalents
4
171

172
Le système semble particulièrement peu sensible aux évènements des différentes
étapes mises en jeu. L’addition de cations a une très faible influence sur l’intensité de
fluorescence, de même que l’ajout du récepteur concurrent qui ne semble pas concurrencer
efficacement la complexation de part la présence d’un azote au sein de la couronne du
BODIPY. Seul l’ajout d’acide permet de voir une différence significative. Le récepteur 3-32
ne permet donc pas d’atteindre les objectifs fixés.
Sont alors effectués les dosages du récepteur 3-33 par les sels NaBF4, Ba(ClO4)2,
CaCl2, TFA et dosage blanc. Les résultats de ces dosages sont donnés figure 3-87.
Figure 3-87 : Variation de l’intensité de fluorescence de 3-33 en fonction du nombre
d’équivalents de sels ajoutés. Acétonitrile, λex = 485 nm.
Le récepteur 3-33 ne présente pas de mécanismes photoinduits qui pourraient être
inhibés en présence de cations. Il n’est donc également pas adapté au système.
Il ne reste que le récepteur 3-34 à étudier. Il est dosé par les sels habituels toujours
dans les mêmes conditions.
Abs
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Intensité de fluorescence à 534 nm
1540000
1520000
1500000
1480000
1460000
1440000
1420000
300 400 500 600
Longueur d'onde (nm)
0 5 10 15 20
0 eq Ba(ClO4)2
1 eq Ba(ClO4)2
2 eq Ba(ClO4)2
3 eq Ba(ClO4)2
4 eq Ba(ClO4)2
5 eq Ba(ClO4)2
10 eq Ba(ClO4)2
15 eq Ba(ClO4)2
20 eq Ba(ClO4)2
Equivalents
Dosage par NaBF4
Ba(ClO4)2
TFA
Blanc
CaCl2
0 5 10 15 20
Figure 3-88 : 1) dosage de 3-34 par Ba(ClO4)2 dans l’acétonitrile ; 2) variation de
l’absorbance à 440 nm en fonction du nombre d’équivalents de sel ajoutés.
Abs à 440 nm
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
Dosage par NaBF4
Ba(ClO4)2
KClO4
Blanc
TFA
Equivalents
1) 2)

L’ajout de sel dans l’environnement de 3-34 permet de voir une modification dans les
spectres d’absorbance du récepteur : la bande caractéristique à λabs.max = 440 nm se déplace
vers les basses longueurs d’onde (ou vers les hautes énergies : déplacement hypsochrome)
tout en diminuant. La complexation de cations tels que le sodium et le barium permet de
perturber l’état photochimiquement excité en faisant diminuer le moment dipolaire entre la
partie donneur D de la molécule qui devient moins donneur après la complexation et la partie
accepteur A. La conséquence est un déplacement hypsochrome (figure 3-89).
LUMO
A π
Figure 3-89 : Transfert de charge photoinduit au sein du récepteur 3-34.
Des modifications sont également visibles en spectroscopie de fluorescence. Les
résultats des dosages sont donnés figure 3-90 et permettent de distinguer le sodium, le barium
et le potassium par leurs effets non négligeables.
D
A π
Figure 3-90 : Variation de l’intensité de fluorescence en fonction du nombre
d’équivalents de sel ajoutés. Acétonitrile, λex = 440 nm.
D
diminution du
moment
dipolaire
déplacement
hypsochrome
HOMO 3-34
Intensité de fluorescence à 575 nm
350000
300000
250000
200000
150000
Dosage par NaBF4
Ba(ClO4)2
KClO4
Blanc
TFA
0 5 10 15 20
Equivalents
O
O
O
A
O
O
N
D
I
173

Abs
174
Les résultats obtenus en UV/visible et fluorescence permettent de dire deux choses : le
récepteur 3-34 traduit de façon suffisamment importante les changements provoqués par la
complexation en spectrométrie ; l’acide n’a pas d’influence visible sur les spectres.
Pour aller plus loin, sont réalisés les dosages de concurrence : sont enregistrés les
spectres de 3-34 seul, de 3-34 avec deux équivalents de NaBF4, puis l’ensemble est dosé par
1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 et 20 équivalents de récepteur concurrent 3-27, enfin, le tout est dosé par
le même nombre d’équivalents d’acide trifluoroacétique. Les résultats sont donnés figure 3-
91 : l’ajout de récepteur concurrent ne permet pas de revenir au même niveau d’absorbance
que le niveau initial, au contraire, l’absorbance continue de diminuer. De même, l’ajout
d’acide provoque une diminution de l’absorbance.
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
250 300 350 400 450 500 550 600
Longueur d'onde (nm)
3-34 seul
3-34 + 2eq NaBF4
+20eq 3-27
+20eq TFA
0,145
-10 0 10 20 30 40
Figure 3-91 : 1) Absorbance au cours de l’expérience ; 2) variation de l’absorbance à
440 nm en fonction du nombre d’équivalents ajoutés 1) 3-34 seul ; 2) ; 3-34 et 2
équivalents de NaBF4 ; 3) dosage par 3-27 ; 4) dosage par TFA. Acétonitrile.
Les variations de l’intensité de fluorescence vont dans le même sens : l’intensité
diminue à l’ajout du récepteur concurrent 3-27, et diminue encore à l’ajout d’acide.
Malgré tout, pour aller jusqu’au bout, les expériences sont recommencées, avec cette
fois-ci l’introduction d’un spiropyrane ouvert et protoné. Comme précédemment, les spectres
sont enregistrés dans l’ordre suivant : 3-34 seul, puis 3-34 avec deux équivalents de NaBF4,
puis sont ajoutés cinq équivalents de récepteur concurrent 3-27. Alors, cinq équivalents de
spiropyrane simple ouvert et protoné sont introduits dans le milieu. Il absorbe fortement dans
la zone autour de 440 nm. Enfin, le milieu est irradié dans le visible, et un spectre est
Abs
0,180
0,175
0,170
0,165
0,160
0,155
0,150
1) 2)
1
2
3
Etat
4

enregistré toutes les 1, 2, 3, 4, 5 et 10 minutes. L’absorbance diminue car le spiropyrane se
ferme et n’absorbe plus dans le visible (figure 3-92).
Abs à 440 nm
0,28
0,26
0,24
0,22
0,20
0,18
0,16
Figure 3-92 : Variation de l’absorbance à 440 nm au cours de l’expérience : 1) 3-34
seul ; 2) avec 2 équivalents de NaBF4 ; 3) ajout de 5 équivalents de récepteur concurrent
3-27 ; 4) ajout de 5 équivalents de spiropyrane ouvert et protoné ; 5) irradiation dans le
visible.
Cependant, il est impossible de dire quoi que cela soit à propos de ce qui se passe au
sein du système. Aucune variation significative n’est observable au fur et à mesure des ajouts
des différentes espèces. Le récepteur 3-34 n’est donc pas non plus adapté aux nécessités du
système imaginé.
O
O
O
1
O
3-34
O
N
I
O
2
-5 0 5 10 15 20
3.5. Conclusion générale et perspectives
O
O
O
O N
3
O
3-27
O
Dans ce chapitre, un nouveau système multi-composants a été abordé, combinant de
deux à trois espèces et censé permettre un échange photoinduit intermoléculaire d’ions.
Le but du projet était de synthétiser un récepteur fluorophore et un récepteur
photosensible capable non seulement de concurrencer l’efficacité de la complexation du
premier récepteur, mais également de libérer des protons dans le milieu par l’action de la
4
Etat
N HO
NO2
Spiro
5 hν vis
175

lumière. Le rôle des protons libérés aurait été de rétablir la complexation du récepteur
fluorophore par protonation et échange d’ion. Le suivi par spectroscopie de fluorescence
aurait permis d’observer l’échange moléculaire.
176
Le récepteur fluoroionophore contenant un anthracène au sein duquel a lieu un
transfert d’électron photoinduit a été synthétisé avec succès en trois étapes, et a été étudié en
présence de différents sels pour bien caractériser son comportement pour la suite des études.
Plusieurs récepteurs concurrents contenant une aza-couronne ont également été
obtenus, la présence d’un azote dans le récepteur permettant d’améliorer l’efficacité de la
complexation et donc de concurrencer le fluoroionophore. Par ailleurs, de nouveaux
récepteurs contenant un spiropyrane ont été obtenus avec succès. Plusieurs voies de synthèse
inspirées de la littérature ont été explorées afin d’achever la synthèse, non sans quelques
difficultés. Une méthode d’obtention d’indoles (et donc de spiropyranes) via un couplage
pallado-catalysé a été explorée et s’est révélée être une méthode d’introduction de substituants
divers très puissante. Les récepteurs obtenus peuvent être divisés en deux catégories : sans et
avec spiropyrane. Les premiers servent de modèles pour la complexation, les seconds de
récepteurs finaux photosensibles.
Les études en spectroscopie UV/visible et fluorescence n’ont pas toujours permis de
bien caractériser ces nouveaux récepteurs, des études plus poussées en RMN seraient
nécessaires pour aller plus loin. Toutefois, la capacité des nouveaux récepteurs modèles à
concurrencer la complexation des cations du fluoroionophore a été démontrée, de même
qu’un retour partiel au point de départ a été possible grâce à la protonation des récepteurs
concurrents (figure 3-93).
Intensité de fluorescence à 449 nm
600000
500000
400000
300000
200000
100000
O
O
O
O
O
O
3-1
O
O
O
O
N
N
2
3
1
O
O
O
O
O N
O
O
3-27
-50 0 50 100 150 200
Equivalents
Figure 3-93 : Concurrence efficace entre 3-27 et 3-1 ; protonation de 3-27.
4
O
O
O
O
O
N
O
O
O
O
O
H
O N
O
3-27-H

Le système imaginé fonctionne donc avec les molécules modèles. Cependant, dès
qu’un spiropyrane ouvert et protoné est introduit dans le milieu, il agit comme filtre interne et
ne permet donc pas de faire des observations concluantes. En effet, la longueur d’onde
d’excitation de l’anthracène est aussi la longueur d’onde d’ouverture du spiropyrane. Ainsi,
les nouveaux récepteurs contenant un spiropyrane n’ont pu être efficacement étudiés.
Il doit être possible de contourner ce problème de plusieurs façons : en choisissant un
fluoroionophore excitable au-delà de la zone d’absorption des spiropyranes. Les BODIPY
sont des fluorophores parfaits pour ce genre d’application, mais les deux récepteurs contenant
un BODIPY testés n’ont pas donné de résultat exploitable car l’un deux portait un azote
empêchant la concurrence de la complexation et le second ne présentait pas de mécanisme de
transfert de charge photoinduit ; le dérivé de quinoline n’a pu être exploité non plus. La
seconde façon d’éviter le problème de filtre interne serait de choisir un autre photochrome.
Cependant, si les spiropyranes ont été choisis, c’est pour leur sensibilité non seulement à la
lumière mais également à l’acidité. Il ne faut pas oublier qu’un principe majeur du projet est
la photo-éjection de protons, facilement réalisable avec un spiropyrane.
177

Références
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180

181

182

Chapitre 4 : Transfert photoinduit d’un messager moléculaire
vers un complexe d’Europium(III)
183

184

Chapitre 4 : Transfert photoinduit d’un messager moléculaire vers un complexe
d’Europium(III)
4.1. Introduction : Notions générales et stratégie de transfert photoinduit
4.1.1. Complexes de lanthanides
L’évolution de l’imagerie médicale pour détecter les anomalies et maladies du corps
s’oriente de plus en plus vers les techniques non invasives afin d’endommager le moins
possible les tissus et systèmes étudiés. Dans ce but, les sondes optiques sont de plus en plus
employées. L’utilisation de longueurs d’onde appropriées peut permettre de pénétrer les tissus
organiques suffisamment loin pour atteindre les zones sensibles, la lumière réémise
permettant d’obtenir des informations sur leur environnement. 1
Les complexes de lanthanides font partie de ces sondes optiques grâce à leurs
propriétés spectrales permettant d’avoir des émissions de longue durée dans le visible et le
proche infrarouge. 2,3 L’utilisation de ce genre de composé en tant que sonde pour l’imagerie
médicale requiert la biocompatibilité : les systèmes doivent être étudiés dans l’eau. Or dans
les milieux aqueux et/ou protiques, les complexes de lanthanide possèdent une ou deux
molécules d’eau sur leur première sphère de coordination qui est incomplète. Cette propriété
est à l’origine de l’utilisation des complexes de Gadolinium dans la technologie de l’imagerie
par résonance magnétique. 4 Pour d’autres complexes de lanthanides, la présence de molécules
d’eau dans leur environnement peut être à l’origine de modifications affectant leurs propriétés
optiques.
En effet, la configuration électronique des lanthanides est [Xe] 4f n . Parce que la sous
couche f est incomplète, les complexes de lanthanides sont sensibles à leur environnement. 5
Les molécules d’eau coordonnées peuvent ainsi provoquer une perte d’énergie par vibrations
dues aux liaisons hydrogène, la conséquence étant une très faible intensité d’émission du
métal. A cela s’ajoute les très faibles coefficients d’extinction molaire de ces composés, 3 ce
qui rend difficile l’excitation.
Le remplacement des molécules d’eau coordonnées au lanthanide par la complexation
d’un composé qui absorbe la lumière bien mieux que le métal et qui peut lui transférer son
énergie peut permettre d’améliorer la luminescence. 6 Le déplacement des molécules d’eau ne
permet plus la désexcitation non-radiative d’une part, et la complexation d’un composé qui
185

absorbe bien plus d’autre part permettent de compenser les faiblesses photophysiques des
complexes de lanthanides dans les milieux aqueux.
186
4.1.2. Effet antenne
Le composé utilisé pour doper l’absorbance du métal est appelé « antenne ». Son rôle
est donc d’absorber la lumière et de transférer l’énergie au métal pour peupler artificiellement
ses niveaux excités par l’effet antenne. Le phénomène est tel que l’émission de luminescence
est centrée sur le lanthanide qui est ainsi allumé. 6,7
Une irradiation à une longueur d’onde d’absorption de l’antenne aromatique permet
de déplacer un électron à l’état excité S1 de l’antenne. Au cours du croisement inter-système
(ISC), l’état triplet T1 de l’antenne est ensuite peuplé. De cet état triplet a lieu un transfert
d’énergie électronique (EET) permettant de peupler les niveaux excités du métal qui se
désexcite en émettant de la lumière (figure 4-1).
hν ex
S 1
1 Ar*-Eu
T 1
ISC
3 Ar*-Eu
Antenne Eu(III)
Figure 4-1 : Chemin photophysique de sensibilisation de l’Europium : effet antenne.
Pour que l’effet antenne soit efficace, il est nécessaire d’avoir un état triplet dont le
niveau d’énergie se situe au dessus du niveau de l’orbitale de l’Europium 5 D0 qui est l’orbitale
émissive principale afin d’éviter un retour d’énergie depuis le métal vers l’antenne. De plus,
l’écart énergétique entre l’état singulet et triplet de l’antenne doit être suffisamment petit.
Les composés aromatiques sont particulièrement adaptés à cette fonction grâce à leurs
niveaux énergétiques de leurs orbitales moléculaires qui permettent un transfert efficace vers
les niveaux excités des lanthanides. 3,8 Cette stratégie a été utilisée avec succès pour la
détection de l’aspirine dans l’eau (figure 4-2) 9 : le complexe de lanthanide (Tb ou Eu) décrit
est un complexe macrocyclique heptadentate appelé « cyclen » 4-1 répondant aux besoins de
5 D2
5 D1
5 D0
7 FJ
EET
6
5
4
3
2
1
0
hν em

coordination des lanthanides. Cette structure laisse la place à la complexation de deux
molécules d’eau qui viennent finir de compléter la sphère de coordination du métal.
L’introduction de l’acide salicylique dans l’environnement permet sa complexation sur le
lanthanide doublée du déplacement simultané des deux molécules d’eau grâce au carboxylate.
N
O
N
N
O
Ln3 +
N N
O
[4-1 Ln(III)]
H
N
N
Figure 4-2 : Amélioration de la luminescence du lanthanide par l’incorporation de
l’antenne acide salicylique. 9
Les dérivés du naphtalène sont connus pour leur capacité à jouer le rôle d’antenne sur
les complexes de lanthanides. 10 Un transfert d’énergie efficace depuis une antenne vers un
lanthanide requiert des niveaux énergétiques des états excités précis : l’énergie de l’état triplet
de l’antenne doit se situer environ 2 000 cm -1 au dessus de l’orbitale émissive du métal 5 D0.
Sachant que l’énergie de l’état triplet du naphtalène se situe à 21 180 cm -1 et que l’orbitale 5 D1
se situe à environ 19 000 cm -1 , ces conditions sont remplies pour permettre de peupler l’état
excité du lanthanide via l’excitation du naphtalène. 3,8
La chélation d’une antenne aromatique portant un carboxylate sur le lanthanide avec
une bonne constante de stabilité est donc la clé de l’amélioration de sa luminescence dans un
milieu aqueux protique. Le but du projet est de contrôler cette chélation afin de contrôler la
luminescence. Le moyen le plus simple d’obtenir des transformations supramoléculaires est
d’utiliser la lumière. Ainsi, l’élaboration d’une stratégie de chélation photocontrôlée est
l’enjeu majeur de ce chapitre.
H
OH2 OH2 O
N N
Ln3
N N
+
HO
HO
4.1.3. Chélation d’antenne photocontrôlée
O
Une chélation photocontrôlée d’un carboxylate aromatique requiert la capacité de
libérer ce genre de composé en irradiant le milieu. Il faut donc trouver un groupement
protecteur photolabile des carboxylates. Les dérivés de l’o-nitrobenzyle sont connus pour
photo-libérer les carboxylates lorsqu’ils sont irradiés dans l’ultraviolet. 11 Le mécanisme de
N
N
O
O
N
O
O
HO
187

libération par irradiation est illustré figure 4-3 et repose sur la photoisomérisation de l’alcool
o-nitrobenzyle en o-nitrobenzldéhyde et à la l’abstraction de l’hydrogène en position γ
(réaction de Norrish de type II 12 ).
188
NO2
Figure 4-3 : Mécanisme de photolyse des dérivés d’o-nitrobenzyle.
Le principe de fonctionnement du système est décrit dans la figure 4-4 : le complexe
d’Europium seul possède deux molécules d’eau qui éteignent la luminescence du métal par
des vibrations. L’incorporation photocontrôlée d’un carboxylate aromatique permet de non
seulement déplacer les deux molécules d’eau, mais également de jouer le rôle d’antenne
collectrice d’énergie lumineuse et de la transférer au métal dont la luminescence est alors
fortement améliorée.
N
O
N
N
O
Eu3 +
N N
O
hν
O O
N
O
O OH
N
H
N
N
[4-1 Eu(III)]
O
O
O
OH 2
OH 2
R
O
O
R
R
NO 2
hν
hν
O
O
NO2 O
HO
N
Figure 4-4 : Principe du système envisagé : chélation photocontrôlée et déplacement
simultané de deux molécules d’eau pour exalter la luminescence d’Eu(III).
O
O OH
N
O
4-2
NO2 O
O
O
HO
R
O
R
N
O
O
R
N
R =
N
O
Eu3 +
N N
O
H
N
N
O
O
[4-1 4-3 Eu(III)]
4-3

4.2. Synthèse des constituants du système
Les molécules qui vont composer le système décrit sont données dans la figure 4-5 : le
complexe heptadentate 4-1 dont la structure repose sur un cyclen et l’antenne protégée 4-2
estérifiée avec le groupement o-nitrobenzyle.
Figure 4-5 : Molécules cibles du système envisagé.
4.2.1. Synthèse du complexe
La rétrosynthèse est donnée figure 4-6 : le ligand 4-1 est obtenu par simple réaction de
substitution du cyclen 4-4 par trois bras 4-5. Ces deux réactifs sont des produits commerciaux
facilement accessibles.
N
N
O
O
N
N
N
N
N N
O
O
O
N N
H
N
H
N
N
4-1
Figure 4-6 : Rétrosynthèse des molécules cibles du système envisagé.
L’unique étape de synthèse est donc la substitution nucléophile de type SN2 de trois
équivalents de 2-chloro-N,N-diméthylacétamide 4-5 sur le cyclen (1,4,7,10-
tetraazacyclododécane) 4-4. 13 La réaction a lieu grâce à trois équivalents de carbonate de
potassium dans l’acétonitrile, au reflux pendant trois jours. La purification qui suit demande la
séparation de plusieurs espèces très proches les une des autres : les cyclens mono-, di-, tri- et
tetra-substitués qui se forment malgré tout. Le produit attendu est obtenu avec 60% de
NO 2
HN
NH HN
O
O
4-2
O
4-1 N
4-4 4-5
NH
+
C l
O
N
189

endement, ce qui est un bon rendement compte tenu de la complexité de la purification de
toutes les espèces présentes (figure 4-7).
190
NH
HN
NH HN
Figure 4-7 : Préparation du ligand cible 4-1.
Le complexe d’Europium et de 4-1 quant à lui est obtenu par mélange du sel
d’Europium [Eu(SO3CF3)3] et du ligand dans l’acétonitrile, chauffé à 82°C pendant 24 heures
sous atmosphère inerte (figure 4-8). Le complexe [4-1 Eu(III)] est obtenu par précipitation
dans l’éther diéthylique et lavage du résidu par du dichlorométhane et du chloroforme avec un
rendement de 95%. Ce complexe est très hygroscopique, ce qui peut donner le complexe sous
forme d’huile. Il faut alors procéder à la re-précipitation dans l’éther diéthylique.
Figure 4-8 : Préparation du complexe d’Europium.
4.2.2. Synthèse de l’antenne
+
La synthèse de l’antenne reposant sur le naphtalène et protégée par le groupement
photolabile o-nitrobenzylique est un couplage par estérification entre l’acide 1-
naphtylacétique 4-3 et l’alcool 2-nitrobenzylique 4-6 (figure 4-9).
Cl
O
N
K 2CO 3
Me CN
R efl ux 72h
60%
4-4 4-5 4-1
N
O
N
N
O
N N
O
4-1
H
N
N
[Eu(SO3CF3)3]
MeC N
R eflux 24h
95%
N
O
N
N
O
N
N
O
N
Eu3 +
O
N N
N N
O
O
H
N
H
N
N
[4-1 Eu(III)]
N

Figure 4-9 : Estérification pour l’obtention de l’antenne protégée 4-2.
Il existe plusieurs façons de mettre en œuvre les estérifications, permettant d’améliorer
les résultats. L’utilisation d’agents de couplage tels que les carbodiimides
(dicyclohexylcarbodiimide DCC, diisopropylcarbodiimide DIC), classique dans les couplages
peptidiques, est courante pour y parvenir. 14 D’autres méthodes ont été développées afin
d’optimiser les estérifications pour diverses applications, dont la polyestérification à
température ambiante 15 .
Dans cet exemple, un mélange équimolaire d’acide p-toluènesulfonique (APTS) et de
diméthylaminopyridine (DMAP) est préparé dans le toluène pour donner le 4-
(diméthylamino)pyridinium 4-toluène sulfonate (DPTS), sel très stable. Le mode opératoire
consiste alors à mélanger un équivalent d’alcool et d’acide avec deux équivalents de DPTS.
L’intérêt de cette méthode face à la méthode classique de couplage peptidique est
surtout visible du point de vue de la polyestérification pour laquelle elle a été développée :
elle permet d’éviter la création de produits secondaires grâce au ratio DMAP:APTS de 1:1 et
au fait qu’un équivalent de DPTS délivre un équivalent de proton. De plus, cette méthode
utilise des conditions de réaction très douces (température ambiante) comparées à ce qui se
fait d’habitude (reflux). 15
Les méthodes ont été testées afin d’être comparées. Premièrement, la méthode
classique de couplage peptidique a été mise en œuvre : un mélange équimolaire d’alcool et
d’acide est porté au reflux du chloroforme en présence de quantité catalytique de DMAP et de
1,5 équivalents de DCC. L’antenne protégée est obtenue après recristallisation avec 45% de
rendement (figure 4-10).
NO 2
NO 2
OH +
HO
O
4-6 4-3
OH
+
HO
O
4-6 4-3
DMAP / DCC
CHC l 3
Ref lux24 h
Figure 4-10 : Préparation de l’antenne protégée par la voie classique.
NO 2
NO 2
O
O
4-2
O
45% 4-2
O
191

192
Ensuite, la méthode utilisant le DPTS a été appliquée : après avoir préparé le DPTS, le
mélange équimolaire d’alcool et d’acide est agité à température ambiante en présence de deux
équivalents de DPTS et de 2,5 équivalents de DIC. Après recristallisation, l’antenne protégée
4-2 est obtenue avec un rendement de 54% (figure 4-11).
Figure 4-11 : Préparation de l’antenne protégée par la voie classique.
Globalement, la méthode employant le DPTS donne de meilleurs résultats et avec des
conditions plus douces. Cependant, elle nécessite d’utiliser plus de matière organique que la
méthode classique, par exemple, il faut mettre deux équivalents de DPTS donc deux
équivalents de DMAP alors que la méthode classique n’en demande qu’une quantité
catalytique.
4.3. Etudes spectroscopiques des composants du système
Les études du système nécessitent de connaître des données préliminaires telles que
l’efficacité de la photodéprotection de l’antenne ou encore si le complexe d’Europium est
capable de complexer l’équivalent libre de l’antenne et si les deux molécules d’eau sont
déplacées.
NO2
OH + HO
4.3.1. Etudes de l’antenne
Les études commencent avec la détermination du coefficient d’extinction de l’antenne
protégée 4-2 par enregistrement des spectres d’absorption et dilutions successives, puis calcul
grâce à une régression linéaire. A titre d’information, l’antenne 4-2 est comparée à son
équivalent benzylé 4-7 (figure 4-12). L’antenne 4-2 a donc une bien meilleure absorption et la
structure vibrationnelle fine caractéristique du naphtalène est apparente dans la bande de plus
basse énergie (à λabs.max = 271 nm, ε = 10 000 L.mol -1 .cm -1 ).
O
4-6 4-3
DPTS / DIC
C H 2 Cl 2
TA 24 h
NO2
O
O
54% 4-2

Figure 4-12 : Coefficients d’extinction molaire de l’antenne protégée 4-2 et de 4-7.
L’étape suivante consiste à tester l’efficacité de la photodéprotection de l’antenne 4-2.
En effet, le processus de photoclivage nécessite l’excitation du groupement nitrobenzène afin
de déclencher le mécanisme. La présence d’autres chromophores tel que le naphtalène peut
empêcher ou affaiblir la photoréaction car la lumière serait absorbée par le second
chromophore au lieu du groupe photolabile, ou encore parce qu’un transfert d’énergie pourrait
avoir lieu depuis le groupement photolabile vers le second chromophore. Plusieurs
expériences ont donc été réalisées afin de vérifier ces hypothèses.
En premier lieu, l’antenne protégée 4-2 a subi des irradiations avec une lampe de
mercure dans un tube RMN scellé (concentration de l’ordre de 10 -3 mol/L dans l’acétonitrile
deutéré) (figure 4-13).
ppm
8
Epsilon (L.mol -1 .cm -1 )
Longueur d'onde (nm)
Figure 4-13 : Suivi RMN de la photodéprotection de l’antenne 4-2.
Le signal du groupement méthylène à 5,54 ppm (position γ du groupement nitro)
disparait en même temps que se déplace le signal du groupement méthylène en position 1 du
NO 2
NO2
7 6
5 4
O
O
O
O
4-2
4-7
193

Abs A
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
naphtalène montrant un blindage de 0,14 ppm. Le spectre final après deux heures d’irradiation
correspond à celui de l’acide 1-naphtylacétique commercial. Cette expérience a été effectuée
avec deux solutions : la première a été dégazée par gel(azote liquide)/pompe/dégel et le tube
RMN a été scellé ; la seconde solution était aérée. La déprotection a bien eu lieu dans les deux
cas, mais une irradiation prolongée, supérieure à 12 heures a provoqué une dégradation des
molécules dans le cas aéré, laissant penser que l’oxygène exerce un rôle négatif dans la
réaction de photoclivage.
194
Ensuite, des mesures en spectroscopie UV/visible et fluorescence ont été effectuées
dans le méthanol au fur et à mesure de l’irradiation de l’antenne protégée 4-2 : les spectres
d’absorption (figure 4-14 1)) montrent la diminution de l’absorption entre 250 et 290 nm en
même temps que l’apparition et l’augmentation d’une nouvelle bande entre 310 et 320 nm due
à la libération dans le milieu du 2-nitrosobenzaldéhyde. 11 Les spectres d’émission de
fluorescence (figure 4-14 2)) quant à eux montrent l’augmentation de l’intensité de
fluorescence à 339 nm au cours de l’irradiation due à la libération dans le milieu de l’antenne
naphtalène 4-3 déprotégée.
0 min
30 sec
1 min
2 min
4 min
8 min
16 min
32 min
64 min
100 min
180 min
0
200 250 300 350 400 450 500
Longueur d'onde (nm)
0 min
30 sec
1 min
2 min
4 min
8 min
16 min
32 min
64 min
100 min
180 min
Figure 4-14 : 1) Variation de l’absorption de 4-2 dans le méthanol au fur et à mesure de
la photodéprotection ; 2) Variation de l’intensité de fluorescence, λex = 282 nm.
Le rendement quantique de photodéprotection a été déterminé et
vaut 0,09, valeur comparable à celle déterminée dans la littérature pour le
composé benzoate de 2-nitrobenzyle 4-8 qui est de 0,08. 16
Intensité de fluorescence
1) 2)
0 min
30 sec 0 min
1 min 30 sec
2 min 1 min
4 min 2 min
8 min 4 min
16 min8
min
32 min16
min
64 min32
min
100 min64
min
180 min100
min
180 min
300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
Longueur d'onde (nm)
NO 2
O
O
4-8

Les résultats obtenus lors des études de photolibération de l’antenne naphtalène libre
permettent de dire que cette photolibération est efficace en tant que telle, ce qui permet de
passer à l’étape suivante qui est l’étude du complexe d’Europium.
4.3.2. Etudes du complexe
Avant d’étudier le système entièrement photocontrôlé, il faut obtenir des informations
sur le complexe lui-même, sur l’efficacité de la chélation de l’antenne libre et sur le
déplacement des deux molécules d’eau.
Les premières études sont des dosages en spectrométrie de fluorescence dans le
méthanol de l’antenne libre 4-3 sous sa forme acétate de sodium par le complexe [4-1
Eu(III)] dans un premier temps et du complexe par l’antenne libre ensuite (figure 4-15).
N
O
N
Figure 4-15 : Dosage du complexe d’Europium par l’acide 1-naphtylacétique.
Dans le premier cas de figure, une solution d’acétate de 1-naphtyle sodium 4-3 est
dosée par le complexe [4-1 Eu(III)] (de 0 à 1,5 équivalents) : une diminution de l’intensité
de fluorescence du naphtalène est observée à λem.max = 339 nm (figure 4-16 1)). Dans le
second cas, c’est une solution de complexe [4-1 Eu(III)] qui est dosée par une solution
d’acétate de 1-naphtyle sodium 4-3 (de 0 à 1,5 équivalents) : alors, une augmentation de
l’intensité de fluorescence de l’Europium est observée entre 590 et 750 nm (figure 4-16 2)) ;
les résultats de ces deux dosages sont en accord avec la formation du complexe [4-1 4-3
Eu(III)].
N
O
Eu3 +
N N
O
H
N
N
[4-1 Eu(III)]
OH 2
Na
O
O
OH O
2 N N
4-3
N
N
N
O
Eu3 +
O
H
N
N
O
O
[4-1 4-3 Eu(III)]
195

Intensité de fluorescence
300 350 400 450 500 550 600 650 700
570
750
600 630 660 690 720
λ / nm
Intensité Intensity de fluorescence
/ AU.
Figure 4-16 : 1) Variation de l’intensité de fluorescence de l’antenne libre au cours du
196
0 eq [Eu·1] 3+
0 eq [4-1.Eu]
Intensity / AU.
1.5 eq [Eu·1] 3+
J =0
J =1
J =2
570 600 630 660 690 720
λ / nm
1,5 eq [4-1.Eu]
Longueur d'onde (nm)
1.5 eq 3
0 eq 3
dosage par le complexe ; 2) Variation de l’intensité de fluorescence du complexe au
cours du dosage par l’antenne libre. Méthanol, λex = 282 nm.
De même, le complexe [4-1 Eu(III)] a été dosé par 1 à 20 équivalents d’antenne libre
4-3 dans l’eau. Contrairement au cas dans le méthanol, il faut ajouter beaucoup plus d’antenne
libre afin d’atteindre le maximum d’émission de l’Europium.
J =3
Figure 4-17 : 1) Variation de l’intensité de fluorescence du complexe [4-1 Eu(III)] au
cours du dosage par 4-3 dans l’eau ; 2) zone d’émission du lanthanide. λex = 282 nm.
Ces dosages ont été réalisés dans le méthanol et dans l’eau et ont permis de déterminer
les constantes d’association de l’antenne libre sur le complexe [4-1 Eu(III)] dans un système
dont la stœchiométrie est de 1:1 (figure 4-17) grâce au logiciel Letagrop. La constante a une
valeur de log KassMeOH = 6,06 dans le méthanol et log KassH2O = 3,36 dans l’eau.
J =4
Intensité de fluorescence
J =0
J =1
J =2
1.5 1,5 eq eq34-3 0 eq 4-3
0 eq 3
1) 2)
Intensité Intensity de fluorescence
/ AU.
J =3
Longueur d'onde (nm)
300 400 500 600 700
550 600 650 700 750
λ / nm
Longueur d'onde (nm) λ / nm Longueur d'onde (nm)
1) 2)
J =4

Integrated area of emission at
617nm / AU.
Figure 4-17 : Job plot d’un mélange de complexe d’Europium et d’antenne libre 4-3
dans le méthanol. Concentration totale = 2.10 -5 mol/L, λexc = 282 nm.
Par ailleurs, les spectres d’excitation, qu’ils soient enregistrés en suivant l’émission de
fluorescence du naphtalène à 339 nm ou celle de l’Europium à 615 nm, sont superposables,
montrant clairement qu’un transfert d’énergie peut avoir lieu depuis l’antenne naphtalène vers
le centre métallique (figure 4-18).
Intensité de fluorescence
2,0E+07
1,5E+07
1,0E+07
5,0E+06
Figure 4-18 : Spectres d’excitation du naphtalène (bleu) à λem = 339 nm et de
l’Europium (noir) à λem = 615 nm dans le méthanol d’une solution de [4-1 Eu(III)] et de
l’antenne libre 4-3 dans un ratio de 1:2.
La chélation de l’antenne libre 4-3 au complexe d’Europium a également été
confirmée par l’analyse de masse (ESI-MS) où le pic moléculaire est visible, ainsi qu’un
adduit de triflate (figure 4-19).
0,0E+00
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
[Eu·1] 3+ / [Eu·1] 3+ [4-1.Eu] +3
3+ / [4-1.Eu] 3+ + 4-3
Longueur d'onde (nm)
197

Absorbance
198
[4-1.4-3.Eu] 2+
382.65 [Eu·1·3] 2+
914.27 [Eu·1·3](CF3SO3 ) +
[4-1.4-3.Eu](CF 3SO3) +
Figure 4-19 : Spectre de masse du complexe + antenne.
Afin d’obtenir plus d’information sur la coordination de l’antenne libre 4-3 sur
l’Europium, des spectres dans l’infrarouge en solution ont été enregistrés avec différents
ratios de [4-1 Eu(III)] : 4-3. Dans le méthanol deutéré (figure 4-20 1)), les carboxylates de
l’antenne acétate de 1-naphtyle sodium libre ont leurs deux bandes caractéristiques
d’élongation asymétrique et symétrique à 1576 cm -1 et 1383 cm -1 respectivement. Lorsque
sont ajoutés 1, 2 et 5 équivalents de complexe d’Europium, ces deux bandes se déplacent en
se rapprochant vers 1552 cm -1 et 1427 cm -1 respectivement, réduisant par là la différence
d’énergie les séparant, de 193 à 125 cm -1 . La diminution de cet écart est la signature d’une
chélation bidentate, une chélation monodentate provoquant une augmentation de cet écart. 17
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
νaCOO- νaCOO- [Eu·1] 3+ [Eu·1] + 5eq 3
3+ [4-1.Eu] + 5eq 3
3+ + 5 eq 4-3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 2eq 3
3+ [4-1.Eu] + 2eq 3
3+ + 2 eq 4-3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 1eq 3
3+ [4-1.Eu] + 1eq 3
3+ + 1 eq 4-3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] 3+ [4-1.Eu] 3+
3 34-3
νsCOO- νsCOO- 1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400 1350
Wavenumbers, cm-1 1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400 1350
Wavenumbers, cm-1 Figure 4-20 : Spectres infrarouge de mélanges de 4-3 et de complexe d’Europium dans
Absorbance
Absorbance
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
1) CD3OD ; 2) D2O.
νaCOO- νaCOO- 1) 2)
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 5eq 3
3+ [4-1.Eu] + 5eq 3
3+ + 5 eq 4-3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 2eq 3
3+ [4-1.Eu] + 2eq 3
3+ + 2 eq 4-3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 1eq 3
3+ [4-1.Eu] + 1eq 3
3+ + 1 eq 4-3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] 3+ [4-1.Eu] 3+
4-3 3
νsCOO- νsCOO- 1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400 1350
Wavenumbers, cm-1 1700
1700 1650
1650 1600
1600 1550
1550 1500
1500 1450
1450 1400
1400 1350
1350
Wavenumbers, cm-1

Par ailleurs, la spectroscopie vibrationnelle permet de montrer clairement le
déplacement des deux molécules d’eau coordonnées au centre métallique. Cette coordination
donne lieu à un épaulement visible à 1668 cm -1 qui peut être attribué à la déformation des
molécules d’eau. 18 En présence de l’antenne libre 4-3, cet épaulement diminue jusqu’à
disparaitre lorsque cinq équivalents d’antenne sont introduits dans une solution de complexe
(figure 4-21).
Figure 4-21 : Spectres infrarouge dans CD3OD de mélanges de 4-3 et de complexe
d’Europium dans la région de chélation de H2O sur l’Europium.
Dans D2O (figure 4-20), la même tendance est observée que dans CD3OD, à savoir
que l’écart de l’énergie entre les deux bandes l’élongation asymétrique et symétrique du
groupement carboxylate diminue, mais cet effet est bien moins prononcé. Les bandes se
déplacent de 1570 cm -1 et 1385 cm -1 vers 1562 cm -1 et 1394 cm -1 respectivement, l’écart entre
elles passant donc de 185 à 168 cm -1 .
Le nombre de molécules d’eau q coordonné à la surface de l’Europium peut par
ailleurs être calculé grâce aux mesures de durées de vie de fluorescence dans l’eau et dans
l’eau deutérée :
Absorbance
0.060
0.050
0.040
0.030
0.020
0.010 0.010
[Eu·1] 3+ [Eu·1] 3+
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 1eq 3
3+ + 1eq 3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 2eq 3
3+ + 2eq 3
[Eu·1] 3+ [Eu·1] + 5eq 3
3+ + 5eq 3
δH 2 O
0.000
1700 1690 1680 1670 1660 1650
Wavenumbers, cm-1 0.000
1700
1690
1680
1670
1660
1650
Wavenumbers, cm-1 q = A x (∆kobs – B) – C Equation 4-1
∆kobs = kH2O – kD2O = τH2O -1 – τD2O -1 Equation 4-2
où q est le nombre de molécules d’eau coordonnées sur le métal ; ∆kobs déterminé par les
mesures de durées de vie ; A, B, et C sont des valeurs phénoménologiques dépendant du
199

Intensité de fluorescence
lanthanide : A décrit la contribution de la sphère interne sur la désactivation, C décrit celle de
la sphère externe (molécules de solvant) et B décrit la contribution d’autres vibrations
désactivantes dans le voisinage. 2
200
Pour un Europium complexé dans un ligand de type 4-1 (cyclen avec des bras
complexants diméthylamide), les valeurs de constantes phénoménologiques sont connues 2,19 :
A = 1,2 ; B = 0,25 et C = 0. L’équation 4-1 devient alors :
q = 1,2 [(τH2O -1 – τD2O -1 ) – 0,25] Equation 4-3
Dans le cas du complexe [4-1 Eu(III)] seul, la valeur de q a été déterminée à 2,55
dans la littérature, confirmant l’idée que deux molécules d’eau sont coordonnées au métal. 13
Pour confirmer de même que ces deux molécules d’eau sont déplacées par la chélation de
l’antenne naphtalène, sont mesurées les durées de vie de fluorescence d’un mélange de
complexe [4-1 Eu(III)] et d’antenne libre 4-3 dans l’eau (figure 4-22 1)) et dans l’eau
deutérée (figure 4-22 2)).
τ 1 = 0.83 ms
τ 2 = 0.33 ms
0 1 2 3 4 5
τ 1 = 2.22 ms
τ 2 = 0.39 ms
0 2 4 6 8 10
Figure 4-22 : 1) Durée de vie de fluorescence d’un mélange de [4-1 Eu(III)] et de 4-3
dans l’eau ; 2) dans l’eau deutérée. λexc = 282 nm et λem = 615 nm.
Dans les deux cas, le meilleur ajustement des durées de vie de fluorescence a été
biexponentiel, avec des durées de vie de 0,83 ms et 0,33 ms dans l’eau, et de 2,22 ms et 0,39
ms dans l’eau deutérée. Ces valeurs permettent d’obtenir des valeurs de q de 0,6 et 0,2,
valeurs bien inférieures à celle obtenue pour le complexe seul, permettant de confirmer le
déplacement des deux molécules d’eau lors de la chélation de l’antenne libre.
Intensité de fluorescence
Durée de vie (ms) Durée de vie (ms)
1) 2)

Abs
A
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
Trois points clés ont donc été montrés : l’antenne protégée se déprotège sans
difficultés, l’antenne libre se chélate bien en déplaçant les deux molécules d’eau du centre
Europium et elle permet un transfert d’énergie efficace vers le métal. Il faut maintenant
étudier le système dans sa globalité, en introduisant le facteur de photocontrôle.
4.3.3. Photodéprotection de l’antenne naphtalène et complexation
Pour vérifier l’efficacité de la chélation de l’antenne par photodéprotection (figure 4-
23), un mélange 1:1 de complexe [4-1 Eu(III)] et d’antenne protégée 4-2 a été irradié par un
rayonnement UV (lampe mercure).
N
O
N
N
O
Eu3 +
N N
O
H
N
N
[4-1 Eu(III)]
OH 2
OH 2
Figure 4-23 : Fonctionnement du système envisagé : chélation photocontrôlée et
déplacement simultané de deux molécules d’eau pour exalter la luminescence d’Eu(III).
Les résultats en spectroscopies UV/visible et fluorescence sont donnés figure 4-24.
0
200 250 300 350 400 450 500
Longueur d'onde (nm)
NO 2
hν
O
O
0 min
30 sec
1 min
2 min
4 min
8 min
16 min
32 min
64 min
100 min
Intensité de fluorescence
NO 2 O
500 550 600 650 700 750 800
Longueur λ / d'onde nm (nm)
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
1) 2)
Figure 4-24 : 1) Variation de l’absorption d’un mélange 1:1 de [4-1 Eu(III)] et de 4-2 au
cours de l’irradiation ; 2) Variation de l’intensité de fluorescence. Méthanol λexc=282 nm
4-2
N
O
N
Intensité
Intensity
de fluorescence
/ a.u.
N
O
Eu3 +
N N
O
H
N
N
O
O
[4-1 4-3 Eu(III)]
Longueur d'onde (nm)
201
4-3
0 min
30 sec
1 min
2 min
4 min
8 min
16 min
32 min
64 min
100 min

202
La déprotection est visible en spectroscopiquement comme elle l’était lors des essais
de déprotection de la molécule 4-2 seule : l’absorption diminue entre 250 et 290 nm en même
temps qu’apparait et augmente une nouvelle bande entre 310 et 320 nm à cause de la
libération dans le milieu du 2-nitrosobenzaldéhyde (figure 4-24 1)). De même, l’intensité de
fluorescence augmente à 339 nm grâce à la libération de l’antenne naphtalène libre 4-3. En
même temps, est observée l’augmentation de l’émission de l’Europium entre 550 et 750 nm
(figure 4-24 2)). En fait, l’émission de l’Europium dans le rouge a été augmentée par 3,3 fois,
montrant l’efficacité de la stratégie de photocontrôle.
4.3.4. Effets du milieu
Cette stratégie a alors été appliquée dans les milieux organisés tels que les polymères,
les gels et les micelles.
Dans le cas des polymères et gels, les essais ont été réalisés avec le polyvinylchloride
(PVC), le polyméthylméthacrylate (PMMA) et le gel polyéther (Pluronic F129). Les mélanges
de polymères en petite quantité (de 3 à 30% par rapport au solvant), de complexe d’Europium
[4-1 Eu(III)] et d’antenne protégée 4-2 (1:1) dans un solvant organique ont été déposés sur
des plaques de quartz par la technique de spin-coating. Dans les trois cas, l’irradiation dans
l’ultraviolet permet de déprotéger l’antenne car une augmentation de l’intensité de
fluorescence du naphtalène à 339 nm est mesurée. Cependant, ces matrices polymères
empêchent la chélation de l’antenne sur le centre métallique du complexe, empêchant ainsi la
sensibilisation de l’Europium et donc son émission de fluorescence caractéristique. Dans le
cas du gel, malgré tout, l’émission de l’Europium a pu être augmentée d’un facteur 1,3.
Dans le cas où un surfactant a été utilisé pour créer un environnement de micelles,
c’est le tetraméthylammonium dodecylsulfonate (TMADS) qui a été employé. Les micelles
ont permis d’enfermer les différents éléments du
système en leur sein grâce aux interactions hydrophobes
et électrostatiques.
Ainsi, les concentrations du complexe et de
l’antenne protégée ont été enrichies dans les micelles
qui ne semblent pas perturber la diffusion des différents
élements, ce qui a permis d’obtenir, après irradiation pour déprotéger l’antenne, une
augmentation de l’émission de l’Europium par un facteur 9.

La comparaison de l’émission de l’Europium dans différents environnement est
donnée dans la figure 4-25.
Figure 4-25 : Emission de l’Europium dans le méthanol (bleu), en milieu aqueux (vert)
dans l’eau.
et en présence de surfactant.
Le milieu micellaire permet donc d’optimiser la stratégie de chélation photocontrôlée
4.3.5. Effets d’un spiropyrane
Il existe dans la littérature des exemples où un spiropyrane est associé à un lanthanide
dans un système de sonde colorimétrique fonctionnant grâce aux interactions électrostatiques
et aux interactions de type « acide dur » / « base dure » (figure 4-26). 20
O
I/I0 at 615 nm
O
O
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,E+00 1,E+09 2,E+09 3,E+09 4,E+09
N
O2N NO2
N
O O
O
OH OH O
O
Irradiation time per mol / min.mol -1
Ln 3+
in MeOH
in TMADS (20mM) / H2O
in H2O:MeOH 7:1, v/v
OH OH O
Figure 4-26 : Sonde colorimétrique alliant lanthanide et spiropyrane.
O
O
O
N
O2N NO2
O O
Ln 3+
N
O
O
203

204
Il est dès lors intéressant de savoir comment le complexe étudié dans ce chapitre
pourrait se comporter en présence d’un spiropyrane, et quelle influence pourrait avoir ce
dernier sur la luminescence de l’ensemble ainsi formé (figure 4-27).
N
O
N
N
O
Eu3 +
N N
O
[4-1 Eu(III)]
H
N
N
OH 2
OH 2
N O
Figure 4-27 : Comportement du complexe [4-1 Eu(III)] en présence d’un spiropyrane.
Pour procéder aux expériences, deux spiropyranes ont été choisis : le spiropyrane
SPOH qui avait déjà été utilisé dans les chapitres précédents, ainsi que son dérivé SPO2
portant une coumarine couplée par estérification et déjà disponible au laboratoire. SPOH joue
le rôle de précurseur pour SPO2 (figure 4-28).
N O NO2
OH
N N
Figure 4-28 : Spiropyranes SPOH et SPO2.
La première expérience est un dosage dans l’acétonitrile d’une solution de spiropyrane
par le complexe d’Europium. Deux dosages ont été réalisés, un avec SPOH et le second avec
SPO2. La figure 4-29 présente le résultat du dosage de SPOH par le complexe : la solution de
spiropyrane est irradiée à 365 nm afin d’obtenir la forme ouverte caractérisée par la bande à
550 nm. Au fur et à mesure de l’addition du complexe dans la solution de spiropyrane ouvert,
cette bande disparait alors qu’apparait une bande à 440 nm ce qui est la signature de
l’implication du phénoxy de la forme ouverte dans une liaison. 21
NO 2
N
O
N
N
O
Eu3 +
O
H
N
OH OH 2
SPOH
N
O
[4-1 SPOH Eu(III)]
N O NO2
O O
SPOH SPO2
O O
NO 2
N
OH

Abs
0,6
0,4
0,2
0,0
220 300 400 500 600
Figure 4-29 : Dosage du spiropyrane ouvert par le complexe de lanthanide.
En spectrométrie de fluorescence, les dosages ont permis de déterminer le nombre de
molécules de SPOH (figure 4-30 1)) et de SPO2 (figure 4-30 2)) qui se coordonnent au centre
métallique grâce à la courbe de Job : les deux spiropyranes se coordonnent dans un ratio 1:1.
1) 2)
Figure 4-30 : Courbes de Job de 1) SPOH et le complexe ; 2) SPO2 et le complexe.
De plus, les dosages en spectrométrie de fluorescence permettent d’accéder la
constante d’association apparente de chaque spiropyrane avec l’Europium, grâce à l’équation
de Benesi-Hildebrand (équation 4-4). 22,23
1
I - I0
Longueur d'onde (nm)
= 1 1
x x
K - I0
1 1
+
[M] - I0
Equation 4-4
Où I est l’intensité de fluorescence au cours de l’expérience, I0 l’intensité de
fluorescence du spiropyrane initiale, Ic est l’intensité de fluorescence du
205

complexe+spiropyrane finale, [M] la concentration de complexe d’Europium introduit et K la
constante d’association apparente. Les mesures de fluorescence et l’ajustement linéaire
(figure 4-31) permettent de déterminer les constantes d’association apparentes pour les deux
espèces: log KSPOH = 5,17 (figure 4-31 1)) et log KSPO2 = 4,65 (figure 4-31 2)). La constante
log KSPOH = 5,17 est proche de celle déterminée dans la littérature (log K = 5,14). 20
1/(I0-I)
206
6,0x10 -7
5,5x10 -7
5,0x10 -7
4,5x10 -7
4,0x10 -7
3,5x10 -7
3,0x10 -7
2,5x10 -7
2,0x10 -7
Equation y = a + b*x
Residual Sum 9,4169E-16
of Squares
Pearson's r 0,9955
Adj. R-Square 0,99002
Value Standard Erro
D Intercept 1,75936E-7 5,40387E-9
D Slope 1,11443E-1 3,53713E-14
Figure 4-31 : Ajustement de type Benesi-Hildebrand pour la détermination des
constantes d’association de 1) SPOH et 2) SPO2 sur le complexe d’Europium.
La spectrométrie de fluorescence permet également de montrer le changement dans
l’émission de SPOH quand une solution de SPOH est dosée par une solution de complexe : la
bande correspondant à l’émission de SPOH ouvert et libre à 655 nm disparait alors
qu’apparait la bande correspondant à l’émission de SPOH ouvert et chélaté à 500 nm, ce qui
est en accord avec la littérature (figure 4-32). 20
1/(I-I 0 )
0,0 5,0x10 4 1,0x10 5 1,5x10 5 2,0x10 5 2,5x10 5 3,0x10 5 3,5x10 5 4,0x10 5
1/[M]
-7 Linear Fit of Sheet1 D
6,0x10
5,0x10 4 1,0x10 5 1,5x10 5 2,0x10 5 2,5x10 5 3,0x10 5 3,5x10 5 4,0x10 5
Figure 4-32 : Variation de l’émission de SPOH au fur et à mesure de l’addition du
5,0x10 -7
4,0x10 -7
3,0x10 -7
2,0x10 -7
1,0x10 -7
1) 2)
Intensité de fluorescence
400 450 500 550 600 650 700 750
Longueur λ/nm d'onde (nm)
1/[M]
complexe d’Europium, acétonitrile, λex = 390 nm.
Equation
Pearson's r
Adj.
R-Square
y = a + b*x
0,99808
0,99553
Value Standard
Intercept 6,54417E-8 6,21367E-9
Slope 1,45773E-1 3,69175E-1
0.14
0.18
0.22
0.25
0.28
0.31
0.33
0.38
0.45
0.51
0.59
0.59

4.4. Conclusion
Dans ce chapitre, un exemple de complexe de lanthanide a été montré, et une stratégie
d’amélioration de sa luminescence a été élaborée, mise en œuvre et appliquée dans les milieux
organisés.
Dans un premier temps, un système de photocontrôle a été imaginé afin d’améliorer
les propriétés optiques d’un complexe d’Europium, qui sont naturellement éteintes à cause de
la sensibilité de ce genre de composés à leur environnement. En effet, le complexe employé
est un cyclen heptadentate et pour compléter la sphère de coordination du métal, des
molécules d’eau peuvent être chélatées, ce qui entraine une désexcitation non radiative. La
stratégie consiste à introduire un composé appelé « antenne » qui viendrait remplacer les
molécules d’eau et permettrait de collecter l’énergie lumineuse et la transférer au lanthanide.
Cette antenne, dérivée du naphtalène, est protégée par un groupement photolabile qui permet
de la délivrer dans le milieu par irradiation. Ainsi, l’amélioration de la luminescence est
contrôlée dans l’espace.
Les études en spectroscopies UV/visible, fluorescence, infrarouge, masse et RMN ont
permis de montrer l’efficacité de cette stratégie dans les solutions aqueuses. Chaque partie du
système a été étudiée à part : la photodéprotection de l’antenne protégée a été prouvée, la
chélation de l’antenne non protégée a également été démontrée, tout comme le déplacement
des molécules d’eau de la surface du métal et la sensibilisation de la luminescence de
l’Europium par transfert d’énergie du naphtalène vers le centre métallique. Enfin, la mise en
présence du complexe et de l’antenne protégée et l’irradiation de ce mélange dans l’ultraviolet
a permis d’exalter l’émission de l’Europium d’un facteur 3,3. Dans ce système, le transfert
chimique est prouvé sans problème de filtre interne.
Le système a également été étudié dans les milieux organisés : dans les polymères
PVC et PMMA, dans le gel Pluronic F127 et dans un milieu micellaire créé avec le TMADS.
Et c’est dans le milieu micellaire que la stratégie d’amélioration s’est révélée la plus
performante : l’émission de l’Europium a été exaltée d’un facteur 9, alors que dans les
polymères aucune amélioration n’a été observée, et dans le gel seulement par 1,3 fois.
Par ailleurs, le complexe d’Europium a été étudié en présence de spiropyranes. A été
mise en évidence en spectroscopies UV/visible et fluorescence la chélation du spiropyrane
dans sa forme ouverte sur le centre métallique, dans un ratio de 1:1. Cependant, de
nombreuses expériences restent à faire afin de vérifier la capacité du spiropyrane à sensibiliser
l’Europium pour améliorer ses propriétés optiques. De plus, ces études ont été effectuées dans
207

l’acétonitrile à cause de la solubilité des spiropyranes, dont il faudrait modifier la structure
afin de valider le concept dans les milieux aqueux.
208
Pour conclure, l’efficacité de la stratégie de photocontrôle de la luminescence de
l’Europium(III) dans l’eau n’a pas seulement été démontrée, mais elle a également été
optimisée dans un milieu aqueux organisé. Ces résultats sont très encourageants dans
l’optique de l’application de ce genre de composés dans les milieux biologiques, ou dans
l’élaboration d’une version photoréversible. D’autres lanthanides peuvent également être
utilisés.

Références
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210

211

212

Conclusion générale
213

214

Conclusion générale
La communication naturelle entre des bio-supramolécules repose sur la
communication chimique où des messagers chimiques tels que des ions ou des hormones
régulent des processus divers et variés au sein de ces structures supramoléculaires. Dans cette
thèse, la communication moléculaire dans des systèmes supramoléculaires induite par la
lumière est étudiée. La lumière est en effet un puissant moyen non invasif d’induction de
transformations physiques ou chimiques. Plusieurs approches sont présentées et décrites afin
d’illustrer le concept de communication moléculaire photoinduite.
Un des projets de recherche de cette thèse a pour ambition la conception de nouveaux
récepteurs moléculaires artificiels exploitant les propriétés complexantes des calixarènes liées
aux propriétés photophysiques et photochimiques des photochromes spiropyranes.
Une approche monomoléculaire a été développée : une molécule unique comprenant
toutes les briques nécessaires au fonctionnement du système, à savoir un spiropyrane
déclencheur photosensible, un calixarène pour le guidage et une partie fluorophore pour
signaler les processus. Les efforts de synthèse ont permis d’accéder à des intermédiaires clés
de calixarènes et de mettre en évidence le caractère difficilement reproductible des méthodes
précédemment décrites.
Une approche bi-moléculaire a également été envisagée, séparant le spiropyrane
déclencheur photosensible d’une part, et le calixarène fluoroionophore d’autre part. Les
intermédiaires dont la synthèse a été optimisée précédemment ont été exploités et un nouveau
fluoroionophore reposant sur un calixarène portant deux pyrènes a été obtenu avec succès.
Des études en RMN ont été effectuées et ont montré la protonation effective de l’azote
du calixarène. Quant aux études avec les sels, aucun cation n’a permis d’observer la formation
d’excimères lors de l’ajout d’acide trifluoroacétique. Enfin, l’étude du système complet a
montré que le spiropyrane présent dans le milieu est non seulement l’espèce photosensible
délivrant les protons, mais également un filtre interne empêchant les mesures en fluorimétrie
permettant d’identifier et d’étudier correctement la formation des excimères, par exemple. Un
changement de fluorophore et/ou un changement d’acide photosensible pourrait permettre de
résoudre le problème de filtre interne. Par exemple, les fluorophores BODIPY pourraient être
étudiés pour prendre la place des pyrènes. Il faut tout de même être certain que les nouveaux
fluorophores soient capables de signaler de deux façons différentes l’absence puis la présence
d’un cation dans leur entourage.
215

216
Un autre système multi-composants a été étudié pour illustrer le concept de la
communication moléculaire photocontrôlée. Le but de ce projet a été la synthèse d’un
récepteur fluorophore et d’un récepteur photosensible capable non seulement de concurrencer
l’efficacité de la complexation du premier récepteur, mais également de libérer des protons
dans le milieu par l’action de la lumière. Le rôle des protons libérés est de rétablir la
complexation du récepteur fluorophore par protonation et échange d’ion.
Le récepteur fluoroionophore contenant un anthracène au sein duquel a lieu un
transfert d’électron photoinduit a été synthétisé avec succès en trois étapes, et a été étudié en
présence de différents sels pour bien caractériser son comportement. Plusieurs récepteurs
concurrents contenant une aza-couronne ont également été obtenus, la présence d’un atome
d’azote dans le récepteur permettant d’améliorer l’efficacité de la complexation et donc de
concurrencer le fluoroionophore.
Par ailleurs, de nouveaux récepteurs contenant un spiropyrane ont été obtenus avec
succès. Une méthode d’obtention d’indoles (et donc de spiropyranes) via un couplage pallado-
catalysé a été explorée et s’est révélée être une méthode d’introduction de substituants divers
très puissante. Les récepteurs obtenus peuvent être divisés en deux catégories : sans et avec
spiropyrane. Les premiers servent de modèles pour la complexation, les seconds de récepteurs
finaux photosensibles.
Les études en spectroscopie UV/visible et fluorescence n’ont pas toujours permis de
bien caractériser ces nouveaux récepteurs, des études plus poussées en RMN seraient
nécessaires pour aller plus loin. Cependant, la RMN nécessite l’utilisation de concentrations
beaucoup plus élevées qu’en spectroscopie UV/visible et fluorescence ce qui pourrait être
problématique pour la conversion totale des espèces photosensibles. La capacité des nouveaux
récepteurs modèles à concurrencer la complexation des cations du fluoroionophore a été
démontée, de même qu’un retour partiel au point de départ a été possible grâce à la
protonation des récepteurs concurrents. Cependant, dès qu’un spiropyrane ouvert et protoné
est introduit dans le milieu, il agit comme filtre interne et ne permet donc pas de faire des
observations concluantes. Les BODIPY pourraient être utiles pour contourner ce problème,
mais les deux récepteurs contenant un BODIPY testés n’ont pas donné aucun résultat, de
même qu’un dérivé de quinoline.
La communication moléculaire photocontôlée a également été abordée par un exemple
de complexe de lanthanide dont la coordination est insaturée, et une stratégie d’exaltation de

sa luminescence a été élaborée, mise en œuvre et appliquée avec succès dans les milieux
organisés, sans aucun problème de filtre interne.
Dans un premier temps, un système de photocontrôle a été imaginé afin d’améliorer
les propriétés optiques d’un complexe d’Europium, qui sont naturellement éteintes à cause de
la sensibilité de ce genre de composés à leur environnement. En effet, le complexe employé
est un cyclen heptadentate et pour compléter la sphère de coordination du métal, des
molécules d’eau peuvent être chélatées, ce qui entraine une désexcitation non radiative. La
stratégie consiste à introduire un composé appelé « antenne » qui vient remplacer les
molécules d’eau et permet de collecter l’énergie lumineuse et la transférer au lanthanide.
Cette antenne, dérivée du naphtalène, est protégée par un groupement photolabile qui permet
de la délivrer dans le milieu par irradiation. Ainsi, l’amélioration de la luminescence est
contrôlée dans l’espace.
Les études en spectroscopies UV/visible, fluorescence, infrarouge, masse et RMN ont
permis de montrer l’efficacité de cette stratégie dans les solutions aqueuses et protiques.
Chaque partie du système a été étudiée à part : la photodéprotection de l’antenne protégée a
été prouvée, la chélation de l’antenne non protégée a également été démontrée, tout comme le
déplacement des molécules d’eau de la surface du métal et la sensibilisation de la
luminescence de l’europium par transfert d’énergie du naphtalène vers le centre métallique.
Enfin, la mise en présence du complexe et de l’antenne protégée et l’irradiation de ce mélange
dans l’ultraviolet a permis d’exalter l’émission de l’europium d’un facteur 3,3.
Le système a également été étudié dans les milieux organisés : dans un milieu
micellaire, la stratégie d’exaltation de la luminescence a permis d’améliorer l’émission de
l’europium par un facteur 9. Par ailleurs, le complexe d’europium a été étudié en présence de
spiropyranes. A été mise en évidence en spectroscopies UV/visible et fluorescence la
chélation du spiropyrane dans sa forme ouverte sur le centre métallique, dans un ratio de 1:1.
Cependant, de nombreuses expériences restent à faire afin de vérifier la capacité du
spiropyrane à sensibiliser l’europium pour améliorer les propriétés optiques de l’Europium et
pour adapter le système aux milieux aqueux.
En résumé, différents systèmes supramoléculaires ont été conçus et étudiés par
différentes techniques spectroscopiques (RMN, absorbance électronique, fluorescence,
infrarouge, spectrométrie de masse). Cette thèse a permis d’illustrer la communication
moléculaire photocontrôlée par trois exemples distincts et peut ainsi constituer une base pour
des travaux futurs. Des transferts entre compartiments (vésicules, solvants fluorés par
217

exemple) ou encore des transferts dans des réseaux moléculaires sont des exemples de
perspectives.
218

219

220

Chapitre 5 : Partie expérimentale
221

222

Chapitre 5 : Partie expérimentale
5.1. Solvants et réactifs
Les produits commerciaux utilisés proviennent des sociétés Sigma-Aldrich, Acros, ABCR,
Lancaster et Fluka et sont utilisés sans purification préalable. Les solvants de qualité
technique ont été séchés et distillés avant emploi selon les procédés classiques. Le
tétrahydrofurane et l’éther diéthylique sont distillés sur sodium/benzophénone sous
atmosphère inerte (argon). Le toluène est distillé sur sodium, l’acétonitrile et le
dichlorométhane sont distillés sur hydrure de calcium. Le diméthylformamide anhydre stocké
sur tamis moléculaire provient de la société Fluka. Les solvants deutérés proviennent de la
société Euriso-top. L’eau distillée est purifiée sur résine d’échange d’ions puis filtrée sur
membrane en téflon de 0,45 µm (MSI, Micron separation, Inc.). La majorité des réactions a
été effectuée sous atmosphère inerte d'azote (indication dans le texte) en utilisant une verrerie
préalablement séchée à l'étuve (125°C) pendant au moins 24 heures avant son utilisation.
5.2. Purification et caractérisation des produits
5.2.1. Chromatographie sur souche mince et sur colonne
Les chromatographies sur couche mince ont été réalisées sur plaque de silice Merck
(silica gel 60 F254). Les tâches sont visualisées sous UV à 254 nm et 365 nm.
La majorité des produits a été purifiée sur colonne chromatographique de silice (silica
gel 60 de Merck, granulométrie allant de 63 à 200µm, 230-400 mesh) ou par chromatographie
flash de silice (silica gel 60 de Merck, granulométrie allant de 40 à 63 µm) où la basse
pression est assurée par une pompe à vide. Les produits à purifier sont adsorbés sur silice
(dépôt solide) ou dissous dans le mélange éluant (dépôt liquide) puis déposés sur silice. Les
conditions d'élution sont précisées dans les protocoles expérimentaux.
5.2.2. Résonance magnétique nucléaire (RMN)
Les spectres RMN 1 H et 13 C ont été enregistrés sur des appareils Brüker DPX200 ( 1 H :
200 MHz, 13 C : 50,3 MHz), AC-250 ( 1 H : 250 MHz, 13 C : 62,9 MHz), Avance 300 ( 1 H : 300
MHz, 13 C : 75,5 MHz), et sur un appareil Jeol 400 ( 1 H : 400 MHz, 13 C : 100 MHz). Les
223

déplacements chimiques δ sont exprimés en ppm par rapport au tétraméthylsilane (TMS) en
utilisant comme référence interne les pics résiduels des protons du solvant : chloroforme-d =
7,26 ppm, acétonitrile-d3 = 1,94 ppm, diméthylsulfoxide-d6 = 2,50 ppm et acétone-d6 = 2,05
ppm. Pour les spectres 13 C, les déplacements chimiques δ sont exprimés en ppm en utilisant
comme référence interne les pics résiduels des carbones du solvant : chloroforme-d = 77,16
ppm, acétonitrile-d3 = 1,32 et 118,26 ppm, diméthylsulfoxide d6 = 39,52 ppm et acétone d6 =
29,84 et 206,26 ppm. Les constantes de couplages sont calculées en hertz (Hz). Pour une
lecture simple de l’attribution des signaux, les abréviations suivantes sont utilisées : s =
singulet, d = doublet, t = triplet, q = quadruplet, dd = doublet dédoublé, m = multiplet.
224
5.2.3. Spectrométrie de masse
Les spectres de masse ont été réalisés par le Centre d’Etudes Structurales de
d’Analyses des Molécules Organiques (CESAMO) à l’université de Bordeaux 1. Les spectres
de masse de haute résolution obtenus avec la méthode electrospray (ESI) ont été enregistrés
sur un spectromètre Qstar de type QTof et sur un spectromètre Varian Saturn-4D.
5.2.4. Spectroscopie d’absorption UV/visible et de fluorescence
Les spectres d’absorption électronique ont été enregistrés sur spectrophotomètre à
doubles faisceaux Varian Cary 5000 dont la gamme de longueurs d’onde s’étend de 170 à
3300 nm, après correction de la ligne de base. Des cuves en quartz ayant un trajet optique de
10 mm sont utilisées pour les mesures. Les conditions d'enregistrement sont les suivantes :
vitesse de scan = 600 nm/min, pas de 1 nm, température ambiante. Les pesées de moins de 3
mg sont effectuées sur une microbalance Mettler UM 3 avec une précision de 0,1 µg.
Certains des spectres d’émission sont enregistrés sur le spectromètre HORIBA
Fluoromax-4 et les spectres d’émission, d’excitation et les durées de vie sont enregistrés sur
le spectromètre HORIBA JOBIN-YVON Fluorolog 3 avec une lampe de Xenon 450 W ou
des nanoleds d’excitation. Le détecteur utilisé est le Hamamatsu 2658P en mode comptage de
photons uniques.

5.3. Mode opératoire pour les dosages
Les concentrations des solutions des molécules à doser sont telles que l’absorbance se
situe entre 0 et 1 dans le cas des dosages en UV/visible ou, dans le cas des dosages en
spectroscopie de fluorescence, l’absorbance est inférieure à 0,1.
Une cuve en quartz contenant 3 mL de solution de molécule à doser est utilisée.
Les concentrations des solutions dosantes de sels de cations métalliques sont telles que
dans 10 µL de ces solutions il y a un équivalent de molécule à doser contenu dans 3 mL de
solution de molécule à doser. Pour des dosages plus poussés, les concentrations des solutions
dosantes peuvent être telles que 10 µL équivallent à 10 équivalents de molécule à doser. Le
but est d’éviter l’effet de la dilution.
Le déroulement du dosage est le suivant : enregistrement du blanc ; enregistrement du
spectre de la molécule à doser seule ; injection d’un équivalent de cation ; enregistrement du
spectre « molécule à doser + un équivalent de cation » ; injection d’un équivalent de cation ;
enregistrement du spectre « molécule à doser + deux équivalents de cation » ; etc.
5.4. Synthèse des molécules
Synthèse de bis(2-(2-hydroxyéthoxy)éthyl)amino)benzène 2-6
N
O
O
OH
OH
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 5 mL d’aniline (1 eq,
54,8 mmol), 17,4 mL de 2-(2-chloroethoxy)éthanol (3 eq, 164,6 mmol)
et 8,2 g de carbonate de calcium (1,5 eq, 82,3 mmol) sont introduits.
120 mL d’eau distillée sont alors ajoutés, et le mélange hétérogène est
agité et chauffé au reflux de l’eau pendant 48 h. Après retour à TA, le milieu est basifié à pH
= 8 avec quelques gouttes de solution de NaOH 3M et ensuite extrait avec 2 x 100 mL de
CH2Cl2. Les phases organiques sont réunies, lavées avec 100 mL de solution saturée en NaCl,
séchées avec MgSO4 puis évaporées sous pression réduite. Une chromatographie sur colonne
de silice flash 40-63 µm de 250 g (CH2Cl2/Acétone : 9/1, puis 1/1) donne le produit sous
forme d’huile dense orangé clair (13,3 g) avec un rendement de 90%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,25-7,19 (m, 2H, ArCHo-N), 6,78-6,7 (m, 3H, ArCHm-p-N),
3,74-3,62 (m, 8H, -N-CH2-CH2-), 3,59-3,53 (m, 8H, -CH2-CH2-OH), 2,94 (s, 2H, -OH).
13 C RMN (63 MHz, CDCl3): δ 148,08 ; 129,3 ; 116,96 ; 112,78 ; 72,54 ; 68,64 ; 61,61 ; 51,55.
225

[M+H]=270,1735.
[M+Na]=292,1528.
Synthèse de 4-(bis(2-(2-hydroxyéthoxy)éthyl)amino)benzaldéhyde 1 2-7
226
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 13,3 g de
bis(2-(2-hydroxyéthoxy)éthyl)amino)benzène (1 eq, 49,3 mmol)
et 10,3 g de hexaméthylènetétramine (1,5 eq, 74 mmol) sont
dissous dans 15 mL d’éthanol absolu. Le milieu est agité au
reflux de l’éthanol pendant 1 h 30. Après retour à température ambiante, 45 mL d’un mélange
1/1 d’acide acétique glacial et d’acide formique est additionné lentement. Le milieu est alors
agité à nouveau au reflux de l’éthanol pour 3 h. Après retour à température ambiante, 100 mL
de solution de HCl à 0,5 M sont additionnés et l’agitation est maintenue 30 min
supplémentaires. 100 mL de solution de NaOH à 2M sont ensuite additionnés et la phase
aqueuse est extraite avec 2 x 100 mL de CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont séchées
avec MgSO4 et évaporées sous pression réduite. Une chromatographie flash sur colonne de
silice 40-63 µm de 200 g (CH2Cl2 puis CH2Cl2/Acétone : 95/5 jusqu’à 50/50) donne le produit
sous forme d’huile orange très dense (2,04 g) avec un rendement de 14%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 9,73 (s, 1H, -CHO), 7,72 (d, 3 J=9 Hz, 2H, ArH-CHO), 6,75
(d, 3 J =9 Hz, 2H, ArH-N), 3,79-3,52 (m, 16, -CH2-O).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 190,27 ; 152,83 ; 132,21 ; 125,71 ; 111,39 ; 72,75 ; 68,73 ;
61,81 ; 51,43.
[M+Na]=320,1483.
Synthèse de 4-(bis(2-(2-bis(4méthylbenzènesulfonate)éthoxy)éthyl)amino)benzaldéhyde 15
2-8
O
O
N
N
O
O
O
O
OTs
OTs
OH
OH
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 2 g de 4-
(bis(2-(2-hydroxyéthoxy)éthyl)amino)benzaldéhyde (1 eq, 6,72
mmol) et 6,4 g de chlorure de p-toluènesulfonyle (5 eq, 33,6
mmol) sont dissous dans 60 mL de CH2Cl2. La température du milieu est abaissée à l’aide
d’un bain de glace et 4,7 mL de triéthylamine (5 eq, 33,6 mmol) sont additionnés goutte à
goutte par une ampoule de coulée isobare. L’ensemble est agité à TA pendant 72 h. 50 mL

d’eau sont alors additionnés, et le pH de la phase aqueuse est amené à 1 avec quelques mL de
solution de HCl à 10%. Après séparation des phases, la phase organique avec lavée avec 2x40
mL de solution saturée en NaHCO3. Les phases aqueuses réunies sont extraites avec 40 mL de
CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont séchées avec MgSO4 et évaporées sous pression
réduite. Une chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de 100 g (CH2Cl2 puis
CH2Cl2/Acétone 97/3) donne le produit sous forme d’huile orange très dense (2,71 g) avec un
rendement de 65%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 9,73 (s, 1H, -CHO), 7,76 (d, 3 J=8,3 Hz, 4H, ArHo-tosyle),
7,69 (d, 3 J=8,9 Hz, 2H, ArH-CHO), 7,31 (d, 3 J=8,3 Hz, 4H, ArHm-tosyle), 6,68 (d, 3 J=8,9 Hz,
2H, ArH-N), 4,19-4,08 (m, 4H, -CH2-O-Ts), 3,69-3,56 (m, 12H, -CH2-O-), 2,43 (s, 6H, CH3-
tosyle).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 190,18 ; 152,58 ; 145,05 ; 133,09 ; 132,21 ; 130,01 ; 128,01 ;
125,67 ; 111,25 ; 69,27 ; 68,89 ; 68,77 ; 51,27 ; 21,77.
[M+H]=606,1789.
[M+Na]=628,1644.
Synthèse de calix[4]arène 2-9
OH OH
OH
HO
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 10 g de 4-
tertbutylcalix[4]arène (1 eq, 15,4 mmol) sont dissous dans 400 mL
de toluène distillé. 12,3 g de chlorure d’aluminium AlCl3 (6 eq, 92
mmol) sont ajoutés et le milieu est agité une nuit à TA. 50 mL de solution HCl à 10% sont
alors versés pour détruire l’excès de chlorure d’aluminium et l’agitation est maintenue
pendant 2 h. La phase organique est lavée à neutralité avec 5 x 100 mL d’eau, puis 100 mL de
solution saturée en NaCl. La phase organique est séchée avec MgSO4 puis évaporée sous
pression réduite. Le résidu est repris dans 20 mL d’acétone et trituré aux ultrasons. Le
précipité est alors filtré, le filtrat ré évaporé et l’opération répétée deux fois. Le produit est
récupéré sous forme de poudre fine blanc cassé - jaune (5 g) avec un rendement de 80%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 10,18 (s, 4H, -OH), 7,03 (d, 3 J=7,5Hz, 8H, ArHm-calix), 6,71
(t, 3 J=7,5Hz, 4H, ArHp-calix), 4,23 (s, 4H, ArCH2Ar), 3,54 (s, 4H, ArCH2Ar).
13 C RMN (100 MHz, CDCl3): δ 148,86 ; 129,08 ; 128,33 ; 122,34 ; 31,79.
227

[M+Ag]=533,0761.
Synthèse de 25,27-bis(5-chloro-3-oxapentyloxy)calix[4]arène 2 2-15
228
OH O O
O
O
Cl Cl
Dans un tricol sec sous azote et agitation magnétique, 4,35 g de
calix[4]arène (1 eq, 10,2 mmol) et 1,42 g de K2CO3 (1 eq, 10,2 mmol)
sont dissous dans 100 mL d’acétonitrile distillé. Le milieu est chauffé à
70°C pendant 30 minutes. 7,14 g de 2-(2-chloroethoxy)ethyl tosylate
(2,5 eq, 25,6 mmol) dilués dans 50 mL d’acétonitrile distillé sont alors
additionnés et l’agitation au reflux de l’acétonitrile est maintenue
pendant 48 h. Après retour à température ambiante, le milieu est filtré, puis évaporé. Le résidu
est repris dans 50 mL de CH2Cl2, lavé avec 50 mL de solution HCl à 10%, lavé à neutralité
avec 2 x 50 mL d’eau. La phase organique est séchée avec MgSO4 puis évaporée sous
pression réduite. Le brut ainsi obtenu est trituré aux ultrasons dans quelques mL d’éther.
Après filtration et lavage à l’éther, le produit est obtenu sous forme de poudre fine blanche
(3,78 g) avec un rendement de 58%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,71 (s, 2H, -OH), 7,04 (d, 3 J=7,5Hz, 4H, ArHm-calix), 6,87
(d, 3 J=7,5Hz, 4H, ArHm-calix), 6,71 (t, 3 J=7,5Hz, 2H, ArHp-calix), 6,64 (t, 3 J=7,5Hz, 2H,
ArHp-calix), 4,36 (d, 2 J=13Hz, 4H, ArCH2Ar), 4,21-4,12 (m, 4H, ArOCH2CH2), 4,06-3,99
(m, 4H, OCH2CH2Cl), 3,95 (t, 3 J=6,1Hz, 4H, ArOCH2CH2), 3,72 (t, 3 J=6,1Hz, 4H,
OCH2CH2Cl), 3,35 (d, 2 J=13Hz, 4H, ArCH2Ar).
13 C RMN (100 MHz, CDCl3): δ 153,51 ; 152,04 ; 133,62 ; 129,31 ; 128,80 ; 128,37 ; 125,76 ;
119,33 ; 75,73 ; 72,02 ; 70,35 ; 43,11 ; 31,49.
[M+Ag]=745,1122.
Synthèse de ((2-(2-chloroéthoxy)éthoxy)méthyl)benzène 3 2-20
Cl O O
HO
Dans un ballon sous argon et agitation magnétique, 4,25 mL de 2-(2-
chloroéthoxy)éthanol (1 eq, 40,1 mmol), 4,8 mL de bromure de
benzyle (1 eq, 40,1 mmol) sont dissous dans 40 mL de THF anhydre.
La température du milieu est abaissée à 0°C à l’aide d’un bain de glace et 4,5 g de potassium
tert-butoxyde t BuOK (1 eq, 40,1 mmol) sont additionnés par fractions. Le bain de glace est
enlevé et le milieu est agité 20 h à TA. Le milieu est alors filtré, le filtrat est lavé avec

quelques mL de CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont évaporées sous pression réduite.
Une chromatographie sur colonne de silice 70-200 µM de 200 g (CH2Cl2) donne le produit
sous forme d’huile jaune claire (7,85 g) avec un rendement de 91%. Les caractérisations sont
en accord avec la littérature.
1 H RMN (400 MHz, CDCl3): δ 7,35-7,26 (m, 5H, ArCH), 4,56 (s, 2H, OCH2Ar), 3,75 (t, 2H,
CH2OCH2Ar), 3,70-3,66 (m, 2H, CH2O), 3,65-3,59 (m, 4H, CH2O+ClCH2).
13 C RMN (100 MHz, CDCl3): δ 138,22 ; 128,47 ; 127,84 ; 127,74 ; 73,39 ; 71,46 ; 70,81 ;
69,47 ; 42,83 ; 31,03.
Synthèse de 2-(2-chloroethoxy)ethyl 4-methylbenzenesulfonate 2-22
Cl O OTs
Dans un tricol sous azote et agitation magnétique, 9 mL de 2(2-
chloroéthoxy)éthanol (1 eq, 84,6 mmol) et 17,7 g de chlorure de tosyle
(1,1 eq, 93 mmol) sont dissous dans 100 mL de CH2Cl2. La température
du milieu est alors abaissée à 0°C à l’aide d’un bain de glace. 13 mL de triéthylamine (1,1 eq,
93 mmol) sont additionnés grâce à une ampoule de coulée. Le milieu est agité à température
ambiante pendant 48 heures. 50 mL d’eau sont alors ajoutés et l’agitation est maintenue
pendant 30 minutes. La phase aqueuse est extraite avec 50 mL de CH2Cl2. Les phases
organiques réunies sont lavées à neutralité avec 2 x 50 mL d’eau, puis avec 50 mL de solution
saturée en NaCl. La phase organique est séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression
réduite. Une chromatographie flash sur colonne de silice de 200 g (CH2Cl2/Pentane : 1/1 puis
CH2Cl2) donne le produit sous forme d’huile fluide jaune pâle (17,5 g) avec un rendement de
75%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,79 (d, 3 J=8,3Hz, 2H, ArHo), 7,33 (d, 3 J=8,3Hz, 2H, ArHm),
4,15 (t, 3 J=4,6Hz, 2H, CH2OTs), 3,70-3,64 (m, 3 J=4,6Hz, 3 J=5,9Hz, 4H, CH2OCH2), 3,52 (t,
3 J=5,9Hz, 2H, CH2Cl).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 145,24 ; 133,20 ; 130,17 ; 128,31 ; 71,72 ; 69,44 ; 69,02,
42,91 ; 21,99.
[M+H]=279,0483.
[M+Na]=301,0277.
229

Synthèse de 2-méthylène-5-nitro-1,3,3-trimethylindolénine 4 2-29
O2N
230
Dans un tricol sous azote et agitation magnétique, 25 mL d’acide
sulfurique concentré sont refroidis à 3°C à l’aide d’un bain de glace.
Sont alors ajoutés goutte à goutte 5,10 mL de 2-méthylène-1,3,3-
triméthylindolénine (5 g, 28,86 mmol) et l’agitation est maintenue 15 minutes à basse
température. La solution composée d’un mélange de 2,2 mL d’acide nitrique à 65% et de 0,2
mL d’acide sulfurique concentré est alors additionnée très lentement, en veillant à ce que la
température du milieu ne dépasse pas 10°C. Après l’addition, le milieu est agité 1 heure
supplémentaire. Le milieu est ensuite versé sur 200 mL d’eau glacée, et l’ensemble est basifié
jusqu’à ph = 12 avec environ 250 mL de solution de NaOH 6M. La phase aqueuse est extraite
avec 2 x 200 mL de CH2Cl2, les phases organiques réunies sont séchées avec MgSO4 puis
évaporées sous pression réduite. Une trituration du résidu brut dans quelques mL de pentane
permet d’obtenir le produit sous forme d’une poudre fine orange (6,30 g) avec un rendement
quantitatif.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,14 (dd, 3 J=8,9Hz, 4 J=2,3Hz, 1H, ArCHo), 7,94 (d, 4 J=2,3Hz,
1H, ArCHo), 6,51 (d, 3 J=8,9Hz, 1H, ArCHm), 3,74 (d, 2H, =CH2), 4,11 (d, J=3,8Hz, 2H,
=CH2), 3,12 (s, 3H, NCH3), 1,36 (s, 6H, C(CH3)2).
13 C RMN (63 MHz, CDCl3): δ 161,33 ; 151,71 ; 140,09 ; 138,27 ; 126,36 ; 118,20 ; 104,01 ;
79,01 ; 43,58 ; 29,81 ; 29,19.
[M+H]=219,1131.
Synthèse de 5-amino-2-methylène-1,3,3-trimethylindolenine 5 2-30
H 2N
N
N
Dans un tricol sous azote et agitation magnétique, 5 g de 2-
methylène-5-nitro-1,3,3-trimethylindolenine (1 eq, 22,9 mmol) sont
dissous dans 100 mL de mélange 1:1 de méthanol et d’acide
chlorhydrique concentré. Le milieu est agité et chauffé à 90°C
jusqu’à dissolution du produit. 28,5 g de SnCl2.2H2O (5,5 eq, 126 mmol) sont alors ajoutés au
milieu. L’agitation et le reflux sont maintenus pendant 3 heures. Le méthanol est ensuite
évaporé sous pression réduite et la phase aqueuse est basifiée jusqu’à ph = 12 avec environ
250 mL de solution de NaOH 3M jusqu’à l’obtention d’un précipité. Le précipité est filtré. Le
filtrat est extrait avec 3 x 100mL de CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont séchées avec

MgSO4 puis évaporées sous pression réduite. Une trituration du résidu brut dans quelques mL
de pentane permet d’obtenir le produit sous forme de poudre fine bleue (4,10 g) avec un
rendement de 95%.
1 H RMN (250 MHz, CDCl3): δ 6,56-6,49 (m, 2H, ArCHoCHm), 6,35 (d, 1H, ArCHo), 3,74 (d,
2H, =CH2), 3,36 (s, 2H, NH2), 2,98 (s, 3H, NCH3), 1,31 (s, 6H, C(CH3)2).
13 C RMN (63 MHz, CDCl3): δ 163,44 ; 139,82 ; 138,92 ; 138,60 ; 114,20 ; 111,37 ; 105,19 ;
71,58 ; 44,53 ; 30,01 ; 29,12.
[M+H]=189,1383.
Préparation du catalyseur HClO4.SiO2 6
23,76 g de silice 230-400 mesh sont homogénéisés dans 70 mL d’éther diéthylique. 1,2 mL de
HClO4 à 65% (12,5 mmol) sont additionnés et mélangés. Après l’évaporation de l’éther
diéthylique, la silice préparée est mise à l’étuve sous vide à 100°C pendant deux jours.
Synthèse de tert-butyl (1,3,3)-triméthyl-2-méthylèneindolin-5-yl)carbamate 7 2-33
O
O
H
N
Dans un mortier sec sont introduits 3 g de 5-amino-2-methylène-
1,3,3-trimethylindolenine (1 eq, 15,9 mmol), 3,47 g de di-tert-
butyl dicarbonate (1 eq, 15,9 mmol) et 412 mg de catalyseur
HClO4.SiO2. L’ensemble est homogénéisé à l’aide d’un pilon. Le
milieu se liquéfie et un fort dégagement gazeux est observé. Après 10 minutes de travail au
pilon, le milieu est lavé avec 50 mL d’éther diéthylique et filtré sur frité. Le catalyseur
récupéré est lavé avec 5 mL d’éther diéthylique. Les phases éthérées réunies sont lavées avec
25 mL de solution NaHCO3 à 5%, puis avec 25 mL de solution saturée en NaCl. La phase
organique est ensuite séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Le produit est
obtenu sous forme de solide marron foncé (4,3 g) avec un rendement de 94%.
1 H RMN (250 MHz, CDCl3): δ 7,21 (s, 1H, ArNH), 6,98 (d, 3 J=8,5Hz, 1H, ArCHo), 6,43 (d,
3 J=8,5Hz, 1H,ArCHm), 6,31 (s, 1H, ArCHo), 3,80 (s, 2H, =CH2), 3,00 (s, 3H, NCH3), 1,50 (s,
9H, C(CH3)3), 1,32 (s, 6H, C(CH3)2).
13 C RMN (63 MHz, CDCl3): δ 163,03 ; 138,21 ; 129,73 ; 104,57 ; 72,76 ; 44,38 ; 29,91 ;
28,93 ; 28,45.
N
231

[M+H]=289,1914.
Synthèse de tert-butyl (1’,3’,3’-triméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]-5’-
yl)carbamate 2-35
O
232
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 3 g
de tert-butyl (1,3,3)-triméthyl-2-méthylèneindolin-5-
yl)carbamate (1 eq, 10,4 mmol) sont dissous dans 25
mL d’éthanol absolu. 2,6 g de 2-hydroxy-5-nitrobenzaldéhyde (1,5 eq, 15,6 mmol) sont
ajoutés et le milieu est chauffé au reflux de l’éthanol pendant 6 h. Après retour à TA, l’éthanol
est évaporé et le résidu est repris dans 50 mL d’éther diéthylique. La filtration du précipité et
son lavage avec quelques mL d’éther diéthylique permettent d’isoler le produit sous forme
d’un solide vert (3,48 g) avec un rendement de 76%.
1 H RMN (250 MHz, Acétone-d6): δ 8,14 (m, 4 J=2,8Hz, 2H,NO2ArHo), 8,06 (dd, 3 J=9Hz,
4 J=2,8Hz, 1H, NO2ArHm), 7,41 (s, 1H, NH), 7,31-7,15 (m,
3 J=10,4Hz, 2H,
NHArHo+CH=CH), 6,86 (d, 3 J=9Hz, 1H, NHArHo), 6,54 (s, 1H, NHArHm), 6,02 (d,
3 J=10,4Hz, 1H, CH=CH), 2,71 (s, 3H, NCH3), 1,47 (s, 9H, C(CH3)3), 1,32 (s, 3H, C(CH3)2),
1,27 (s, 3H, C(CH3)2).
13 C RMN (63 MHz, CDCl3): δ 131,82 ; 129,87 ; 128,40 ; 126,01 ; 124,72 ; 122,81 ; 121,53 ;
119,15 ; 115,56 ; 66,02 ; 52,54 ; 34,26 ; 31,10 ; 29,20 ; 28,55 ; 22,49 ; 15,41 ; 14,22.
[M+H]=438,2016.
Synthèse de tert-butyl (8-méthoxy-1’,3’,3’-triméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-
indoline]-5’-yl)carbamate 2-36
O
O
O
H
N
H
N
N
N
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 3 g de
tert-butyl (1,3,3)-triméthyl-2-méthylèneindolin-5-
yl)carbamate (1 eq, 10,4 mmol) sont dissous dans 30 mL
d’éthanol absolu. 2,25 g de 2-hydroxy-3-methoxy-5-
nitrobenzaldéhyde (1,1 eq, 11,4 mmol) sont ajoutés et le milieu est chauffé au reflux de
l’éthanol pendant 6 h. Après retour à TA, le précipité est filtré et lavé avec quelques mL
d’éther diéthylique. Le produit est isolé sous forme d’un solide vert (4,48 g) avec un
rendement de 92%.
O NO 2
O NO 2
O

1 H RMN (250 MHz, CDCl3): δ 7,69 (d, 4 J=2,6Hz, 1H, NO2ArHo), 7,61 (d, 4 J=2,6Hz, 1H,
NO2ArHo), 7,23 (s, 1H, NH), 6,98 (dd, 3 J=8,2Hz, 4 J=1,6Hz, 1H, NHArHo), 6,87 (d,
3 J=10,3Hz, 1H, CH=CH), 6,48-6,37 (m, 3 J=8,2Hz, 2H, NHArHm), 5,81 (d, 3 J=10,3Hz, 1H,
CH=CH), 3,76 (s, 3H, OCH3), 2,70 (s, 3H, NCH3), 1,50 (s, 9H, C(CH3)3), 1,32 (s, 3H,
C(CH3)2), 1,27 (s, 3H, C(CH3)2).
13 C RMN (63 MHz, CDCl3): δ 149,67 ; 147,38 ; 144,12 ; 140,40 ; 137,02 ; 130,82 ; 128,36 ;
121,69 ; 118,54 ; 115,46 ; 107,84 ; 107,04 ; 106,77 ; 56,33 ; 52,53 ; 29,09 ; 28,55 ; 28,44 ;
25,93 ; 19,99.
[M+H]=468,2143.
[M+Na]=460,1798.
Synthèse de 1’,3’,3’-triméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline] « Spiro »
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 1 g de 2-
hydroxy-5-nitrobenzaldéhyde (1 eq, 5,9 mmol) et 1,05 mL de
1,3,3-trimethyl-2-méthylèneindoline (1 eq, 5,9 mmol) sont dissous
dans 10 mL d’éthanol absolu. Le milieu est agité au reflux de l’éthanol pendant 10 h. Après
retour à TA, le milieu est filtré et le précipité est lavé avec quelques mL d’éthanol absolu. Le
filtrat est évaporé et séché sous pression réduite. Les analyses par RMN du précipité et du
filtrat évaporé indiquent la présence unique du même produit dans les deux cas. Le produit est
donc obtenu sous forme d’un solide rouge très foncé (1,79 g) avec un rendement de 93%.
1 H RMN (250 MHz, CDCl3): δ 8,04 (d, 4 J=2,1Hz, 1H, NO2ArHo), 8,01 (d, 4 J=2,7Hz, 1H,
NO2ArHo), 7,21 (td, 3 J=7,6Hz, 4 J=1,2Hz, 1H, ArH), 7,10 (dd, 3 J=7,3Hz, 4 J=1,2Hz, 1H, ArH),
6,93 (d, 3 J=10,4Hz, 1H, CH=CH), 6,89 (t, 3 J=7,3Hz, 1H, ArH), 6,77 (dd, 3 J=9,8Hz, 4 J=2,1Hz,
1H, NO2ArHm), 6,57 (d, 3 J=7,6Hz, 1H, ArH), 5,86 (d, 3 J=10,4Hz, 1H, CH=CH), 2,74 (s, 3H,
NH), 1,29 (s, 3H, C(CH3)2), 1,19 (s, 3H, C(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 159,89 ; 147,80 ; 141,03 ; 136,21 ; 128,39 ; 127,96 ; 125,97 ;
112,79 ; 121,76 ; 121,68 ; 119,87 ; 118,78 ; 115,59 ; 107,18 ; 106,49 ; 52,40 ; 28,99 ; 26,02 ;
20,06.
N O NO 2
[M+H]=323,1392.
[M+Na]= 345,1211.
233

Synthèse de 8-méthoxy-1’,3’,3’-triméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline] « Spiro-
méthoxy »
234
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 0,1 g de 3-
méthoxy-5-nitrosalicylaldéhyde (1 eq, 0,5 mmol) et 89 µL de
1,3,3-trimethyl-2-méthylèneindoline (1 eq, 0,5 mmol) sont dissous
dans 5 mL d’éthanol absolu. Le milieu est agité au reflux de
l’éthanol pendant 4 h. Après retour à TA, le milieu est filtré et le précipité est lavé avec
quelques mL d’éther diéthylique. Le filtrat est évaporé et séché sous pression réduite. Les
analyses par RMN du précipité et du filtrat évaporé indiquent la présence unique du même
produit dans les deux cas. Le produit est donc obtenu sous forme d’un solide rouge très foncé
voire noir avec un rendement quantitatif.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 7,70 (d, 4 J=2,3Hz, 1H, ArH-NO2), 7,62 (d, 4 J=2,3Hz, 1H,
ArH-NO2), 7,17(td, 3 J=7,5Hz, 4 J=0,9H, 1H, ArH-indole), 7,08 (d, 3 J=7,5Hz, 1H, ArH-indole),
6,93-6,80 (m, 2H, CH=CH+ArH-indole), 6,55 (d, 3 J=7,5Hz, 1H, ArH-indole), 5,83 (d, 3 J=
10,2Hz, 1H, CH=CH), 3,75 (s, 3H, OCH3), 2,75 (s, 3H, NCH3), 1,29 (s, 3H, C(CH3)2), 1,18
(s, 3H, C(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 149,69 ; 147,79 ; 147,40 ; 140,46 ; 136,28 ; 128,32 ; 127,79 ;
121,88 ; 121,66 ; 119,60 ; 118,61 ; 115,47 ; 108,01 ; 107,04 ; 106,48 ; 56,42 ; 52,39 ; 28,91 ;
26,05 ; 20,14.
[M+H]=353,1559.
[M+Na]=375,1325.
Synthèse de 2-(2-iodoéthoxy)éthanol 8 2-38
I
N O NO 2
O
O OH
Dans un bicol sous azote et forte agitation magnétique, 40 mL d’acétone
sont saturés avec NaI. 4,25 mL de 2-(2-chloroéthoxy)éthanol (5 g, 1 eq,
40,1 mmol) y sont alors dissous. Le milieu est agité au reflux de
l’acétone pendant 24 h. Après retour à TA, les sels sont filtrés et le filtrat est évaporé sous
pression réduite. Le résidu est repris dans 40 mL de CH2Cl2, les sels précipités sont à
nouveaux filtrés et le filtrat est lavé avec 40 mL d’eau, 40 mL de solution aqueuse 0,1 M de
sulfite de sodium et à nouveau 40 mL d’eau. La phase organique est séchée avec MgSO4 puis

évaporée sous pression réduite. Le produit est obtenu sous forme d’huile jaune (5,6 g) avec un
rendement de 65%. Les caractérisations sont en accord avec la littérature.
1 H RMN (250 MHz, CDCl3): δ 3,79-3,69 (m, 4H, OCH2CH2OH), 3,64-3,56 (m, 2H, OCH2),
3,26 (t, 3 J=6,5Hz, 2H, ICH2), 2,30 (s, 1H, OH).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 71,97 ; 71,59 ; 61,81.
Synthèse de 1,3 alterné 25,26,27,28-tétrakis(5-chloro-3-oxapentyloxy)calix[4]arène 2-48
Cl Cl
O O
O
O
O
O O
Cl Cl
O
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 4,75 g de calix[4]arène
(1 eq, 11,2 mmol) et 4,65 g de K2CO3 (3 eq, 33,6 mmol) sont dissous
dans 30 mL d’acétonitrile distillé. Le milieu est agité au reflux de
l’acétonitrile pendant 30 min. Une solution de 2-(2-chloroethoxy)ethyl 4-
methylbenzenesulfonate (4 eq, 12,5 g) dissous dans 30 mL d’acétonitrile
distillé est ensuite additionnée et l’ensemble agité au reflux de
l’acétonitrile pendant 5 jours. Après retour à TA, K2CO3 en excès est
filtré et lavé avec quelques mL de CH2Cl2. Les solvants organiques sont
évaporés sous pression réduite. Le résidu est repris dans 50 mL de CH2Cl2 et la phase
organique est lavée avec 50 mL de solution HCl à 10% puis avec 2 x 100 mL d’eau à
neutralité. La phase organique est séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Le
résidu est trituré aux ultrasons dans quelques mL d’éther. Après filtration et lavage à l’éther,
le produit est obtenu sous forme de poudre fine blanche (2,81 g) avec un rendement de 30%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,08 (d, 3 J=7,5Hz, 8H, ArHm-calix), 6,70 (t, 3 J=7,5Hz, 4H,
ArHp-calix), 3,86-3,57 (m, 40H, ArCH2Ar et -OCH2CH2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 155,93 ; 133,73 ; 130,01 ; 122,11 ; 71,49 ; 70,82 ; 70,39 ;
42,96 ; 35,85.
[M+Na]=873,2234.
Synthèse de 25,27-Bis(p-toluènesulfonate monoazacouronne)-26,28-Bis(5-chloro-3-
oxapentyloxy)-calix[4]arène 2 2-49
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 565 mg de p-toluène sulfonamide (1 eq,
3,3 mmol) sont dissous dans une suspension de 1,82 g de K2CO3 (4 eq, 13,2 mmol) dans 250
235

236
mL d’acétonitrile distillé. Le milieu est agité au
reflux de l’acétonitrile pendant 2 h, puis 99 mg
d’iodure de sodium NaI (0,2 eq, 0,66 mmol) ainsi
qu’une solution de 2,81 g de 25,26,27,28-
tétrakis(5-chloro-3-oxapentyloxy)calix[4]arène 1,3 alterné (1 eq, 3,3 mmol) dans 250 mL
d’acétonitrile distillé sont additionnés et l’agitation au reflux de l’acétonitrile est maintenue
pendant 7 jours. Après retour à TA, l’acétonitrile est évaporé sous pression réduite et le résidu
est repris dans 50 mL de CH2Cl2. La phase organique est lavée avec 2 x 50 mL d’eau milliQ,
séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Après une première purification par
chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de 75 g (CH2Cl2/AcOEt : 98/2 puis
97/3 puis 80/20 puis AcOEt), le produit est repurifié par chromatographie sur colonne de
silice 40-63 µm de 120 g (CH2Cl2/Méthanol : 97/3) et est isolé sous forme de solide blanc
(738 mg) avec un rendement de 24%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 7,75 (d, 3 J=8,3Hz, 2H, ArHo-tosyle), 7,34 (d, 3 J=8,3Hz, 2H,
ArHm-tosyle), 7,07 (t, 3 J=7,2Hz, 8H, ArHm-calix), 6,82 (t, 3 J=7,2Hz, 4H, ArHp-calix), 3,95-
3,14 (m, 40H, CH2), 2,44 (s, 3H, CH3-tosyle).
[M+Na]=970,3.
Synthèse de p-toluènesulfonate calix[4]monoazacouronne 2 2-52
OH O O
O
O
S
O
O
N
O
N
S O
HO
O
O
O
O
Dans un tricol sec sous azote et agitation magnétique, 3,78 g 25,27-
bis(5-chloro-3-oxapentyloxy)calix[4]arene (1 eq, 5,91 mmol), 1,21 g de
p-toluènesulfonamide (1,2 eq, 7,09 mmol), 4,08 g de K2CO3 (5 eq, 29
mmol) et 0,178 g de NaI (0,2 eq, 1,18 mmol) sont dissous dans 700 mL
d’acétonitrile distillé. L’agitation au reflux de l’acétonitrile est
maintenue pendant une semaine. Après retour à température ambiante, le
milieu est filtré puis évaporé. Le résidu est repris dans 100 mL de
CH2Cl2 et lavé à neutralité avec 3 x 100 mL d’eau. La phase organique est séchée avec
MgSO4 puis évaporée. Une chromatographie sur colonne de silice 63-200 µm de 150 g
(CH2Cl2 puis CH2Cl2/AcOEt : 99/1 puis CH2Cl2/AcOEt : 98/2) donne le produit sous forme
de solide blanc (1,2 g) avec un rendement de 27%.
O
O
O
O
C l
Cl

1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,01 (s, 2H, -OH), 7,70 (d, 3 J=8,4Hz, 2H, ArHo-tosyle), 7,27
(d, 3 J=8,4Hz, 2H, ArHm-tosyle), 7,04 (d, 3 J=7,5Hz, 4H, ArHm-calix), 6,91 (d, 3 J=7,5Hz, 4H,
ArHm-calix), 6,74 (t, 3 J=7,5Hz, 2H, ArHp-calix), 6,63 (t, 3 J=7,5Hz, 2H, ArHp-calix), 4,35 (d,
2 J=13Hz, 4H, Ar-CH2-Ar), 4,10-4,04 (m, 4H, Ar-O-CH2-CH2), 4,04-3,93 (m, 8H,
ArOCH2CH2OCH2CH2N), 3,43 (t, J=6,5Hz, OCH2CH2N), 3,34 (d, 2 J=13Hz, 4H, ArCH2Ar),
2,40 (s, 3H, CH3-tosyle).
13 C RMN (100 MHz, CDCl3): δ 153,40 ; 151,74 ; 143,45 ; 136,23 ; 133,59 ; 129,94 ; 129,13 ;
128,56 ; 128,18 ; 127,29 ; 125,68 ; 119,09 ; 75,99 ; 71,64 ; 70,22 ; 50,99 ; 31,20 ; 21,69.
[M+Na]=758,2764
Synthèse de 5-bromo-2,3,3-triméthylindolénine 9 2-55
B r
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 7,55g de
hydrochlorure de 4-bromophenylehydrazine (1 eq, 33,8 mmol) et 5,4
mL de 3-méthyl-2-butanone (1,5 eq, 50,7 mmol) sont dissous dans 80
mL d’acide acétique glacial. Le milieu est agité au reflux de l’acide acétique pendant 12 h.
Après retour à TA, le milieu est placé sous ultrasons pendant 2 h afin de faire précipiter
NH4Cl sous forme d’un solide beige. Le précipité est filtré et lavé avec quelque mL d’acide
acétique. Le filtrat est évaporé sous pression réduite et le résidu est repris dans 200 mL de
CH2Cl2. La phase organique est lavée avec 2 x 100 mL de solution saturée en NaHCO3, 100
mL d’eau et 100 mL de solution aqueuse saturée en NaCl. La phase organique est séchée avec
MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Le produit est obtenu sous forme d’huile orange
brune (7,8 g) avec un rendement de 98%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,45-7,34 (m, 3H, ArH), 2,25 (s, 3H, N=CCH3), 1,29 (s, 6H,
C(CH3)2).
N
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 188,62 ; 152,71 ; 147,90 ; 130,77 ; 124,98 ; 121,37 ; 118,99 ;
54,26 ; 23,08 ; 15,57.
[M+H]=238,0228.
Synthèse de iodure de 1-(2-hydroxyéthyl)-5-bromo-2,3,3-triméthylindoléninium 8 2-56
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 7,8 g de 5-bromo-2,3,3-
triméthylindolénine (1 eq, 33 mmol) sont dissous dans 50 mL de toluène. 3,9 mL de
237

Br
238
iodoéthanol (1,5 eq, 49,5 mmol) sont ajoutés et le milieu est agité au
reflux du toluène pendant 12 h. Après retour à TA, le milieu est filtré et
le précipité est lavé avec de l’acétone refroidie. Un dernier lavage avec
quelques mL d’éther diéthylique permet d’isoler le produit sous forme
de poudre fine beige (9,3 g) avec un rendement de 69%.
1 H RMN (300 MHz, DMSO-d6): δ 8,20 (d, 4 J=1,8Hz, 1H, BrArHo), 7,93 (d, 3 J=8,6Hz, 1H,
BrArHm), 7,84 (dd, 3 J=8,6Hz, 4 J=1,8Hz, 1H, BrArHo), 4,79 (s, 1H, OH), 4,58 (t, 3 J=4,9Hz,
2H, CH2N + ), 3,85 (t, 3 J=4,9Hz, 2H, CH2OH), 2,81 (s, 3H, CCH3), 1,56 (s, 6H, C(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, DMSO-d6): δ 144,16 ; 140,56 ; 131,85 ; 126,92 ; 117,67 ; 57,86 ;
54,63 ; 50,59 ; 21,92 ; 14,70.
Synthèse de 7-bromo-9,9,10-triméthylindolino[2,1-b]oxazolidine 8 2-57
B r
N
OH
N
Dans un ballon sous forte agitation magnétique, 3 g de iodure de 1-(2-
hydroxyéthyl)-5-bromo-2,3,3-triméthylindoléninium (1 eq, 7,31 mmol)
sont dissous dans 40 mL d’eau. 0,68 g de KOH pilé (1,6 eq, 11,7 mmol)
sont ajoutés et le milieu est agité à TA pendant 30 min. Le milieu est alors extrait avec 2 x 30
mL d’éther diéthylique. Les phases organiques réunies sont lavées avec 2 x 30 mL d’eau puis
séchées avec MgSO4 et évaporées sous pression réduite. Le produit est obtenu sous forme de
solide orange (1,98 g) avec un rendement de 96%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,23 (dd, 3 J=8,3Hz, 4 J=1,9Hz, 1H, BrArHo), 7,15 (d,
4 J=1,9Hz, 1H, BrArHo), 6,63 (d, 3 J=8,3Hz, 1H, BrArHm), 3,87-3,80 (m, 1H, CH2), 3,70-3,50
(m, 3H, CH2), 1,39 (s, 3H, C(CH3)2), 1,36 (s, 3H, C(CH3)2), 1,17 (s, 3H, CCH3).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 149,89 ; 142,53 ; 130,37 ; 125,83 ; 113,93 ; 113,63 ; 109,21 ;
63,11 ; 50,12 ; 47,26 ; 28,06 ; 20,79 ; 17,57.
[M+H]=284,0490.
I
O
Synthèse de 2-(5’-bromo-8-méthoxy)-3’,3’-diméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-
indoline]-1’-yl)éthanol 8 2-58
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 1,93 g de 7-bromo-9,9,10-
triméthylindolino[2,1-b]oxazolidine (1 eq, 6,84 mmol) et 1,48 g de 2-hydroxy-3-méthoxy-5-

Br
nitrobenzaldéhyde (1,1 eq, 7,52 mmol) sont dissous dans 20
mL d’éthanol absolu. Le milieu est agité au reflux de
l’éthanol pendant 3 h puis agité à TA pendant 10 h. Après
filtration du précipité et lavage à l’éthanol, le produit est
obtenu sous forme d’un solide rouge foncé (1,55 g) avec un rendement de 50%. L’évaporation
sous pression réduite du filtrat permet d’obtenir une fraction moins pure du produit (1,5 g). La
réaction est en fait quantitative.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,69 (d, 4 J=2,4Hz, 1H, NO2ArHo), 7,64 (d, 4 J=2,4Hz, 1H,
NO2ArHo), 7,28-7,23 (m, 1H, BrArHo), 7,15 (d, 4 J=1,9Hz, 1H, BrArHo), 6,87 (d, 3 J=10,4Hz,
1H, CH=CH), 6,54 (d, 3 J=8,2Hz, BrArHm), 5,80 (d, 3 J=10,4Hz, 1H, CH=CH), 3,80 (s, 3H,
OCH3), 3,77-3,64 (m, 2H, CH2), 3,59-3,47 (m, 1H, CH2), 3,40-3,28 (m, 1H, CH2), 1,25 (s,
3H, C(CH3)2), 1,16 (s, 3H, C(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 148,48 ; 147,50 ; 146,10 ; 140,96 ; 138,15 ; 130,47 ; 128,67 ;
125,34 ; 121,54 ; 118,27 ; 115,43 ; 111,39 ; 108,49 ; 107,84 ; 106,50 ; 60,68 ; 56,36 ; 53,13 ;
45,90 ; 25,95 ; 19,91.
[M+H]=461,0705.
[M+Na]=483,0522.
Synthèse de 25,27:26,28-Bis(p-toluènesulfonate monoazacouronne)calix[4]arène 2-59
O
S
O
N
OH
N
O NO2
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N S
O
Dans un ballon sous argon et agitation
magnétique, 522 mg de p-
toluènesulfonamide (1,04 eq, 3,04 mmol) et
1,62 g de K2CO3 (4 eq, 11,7 mmol) sont
dissous dans 40 mL de DMF anhydre. Le milieu est agité et chauffé à 70°C pendant 30 min,
puis 2,5 g de 1,3 alterné 25,26,27,28-tétrakis(5-chloro-3-oxapentyloxy)calix[4]arène (1 eq,
2,93 mmol) sont additionnés. Le milieu est alors agité au reflux du DMF pendant 24 h. Après
retour à TA, le milieu est filtré, le filtrat lavé avec quelques mL de CH2Cl2 et les phases
organique réunies sont évaporées sous pression réduite. Le résidu est repris dans 50 mL de
CH2Cl2, lavé avec 50 mL de solution aqueuse de NaHCO3 à 10% puis avec 2 x 50 mL d’eau.
La phase organique est séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Une
chromatographie sur colonne de silice 70-200 µm de 100 g (CH2Cl2 puis CH2Cl2/Acétone :
239

95/5) permet d’isoler le produit sous forme d’un solide blanc (240 mg) avec un rendement de
8%.
1 H RMN (400 MHz, CDCl3): δ 7,71 (d, 4H, ArHo-tosyle), 7,32 (d, 4H, ArHm-tosyle), 7,04 (d,
8H, ArHm-calix), 6,78 (t, 4H, ArHp-calix), 3,48 (t, 8H, OCH2), 3,40 (t, 8H, CH2N), 3,25 (t,
8H, OCH2), 3,05 (t, 8H, OCH2), 2,43 (s, 6H, CH3-tosyle), 2,15 (s, 8H, ArCH2Ar).
Synthèse de 25,27-Bis(p-toluènesulfonate monoazacouronne)-26-(2-(2-(pyrèn-1-
yloxy)éthoxy)éthoxy)-calix[4]arène
240
Dans un ballon sous azote et agitation
magnétique, 163 mg de p-toluènesulfonate
calix[4]monoazacouronne (1 eq, 0,22 mmol)
sont dissous dans une suspension de 30 mg de
K2CO3 (1 eq, 0,22 mmol) dans 5 mL d’acétonitrile distillé. Le milieu est agité à 70°C pendant
2 h, puis 237 mg de 2-(2-(pyrèn-1-yloxy)éthoxy)éthyl 4-méthylbenzènesulfonate (2,3 eq, 0,51
mmol) sont additionnés et l’agitation au reflux de l’acétonitrile est maintenue pendant 3 jours.
Après retour à TA, le milieu est évaporé sous pression réduite et le résidu est repris dans 15
mL de CH2Cl2. La phase organique est lavée à neutralité avec 2 x 15 mL d’eau, puis séchée
avec MgSO4 et évaporée sous pression réduite. Après une première chromatographie flash sur
colonne de silice 40-63 µm de 23 g (CH2Cl2/AcOEt : 98/2), le produit est purifié par HPLC
sur colonne préparative en phase inverse C8, avec un gradient d’élution allant d’un mélange
Méthanol/Eau : 90/10 à 100% Méthanol, injection dans 2 mL de DMSO. Le produit est isolé
sous forme de solide blanc (51 mg) avec un rendement de 22%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,44 (d, 3 J=9,2Hz, 1H, PyH), 8,13-8,05 (m, 3H, PyH), 8,02-
7,86 (m, 4H, PyH), 7,63 (d, 3 J=8,3Hz, 2H, NSO2ArHo), 7,44 (d, 3 J=8,5Hz, 1H, PyH), 7,26-
7,19 (m, 4H, ArH-calix), 7,10-6,97 (m, 3 J=7,5Hz, 5H, ArH-calix), 6,84 (d, 3 J=7,5Hz, 2H,
ArH-calix), 6,69 (t, 3 J=7,5Hz, 2H, ArH-calix), 6,60 (t, 3 J=7,5Hz, 1H, ArH-calix), 4,49 (s,
3 J=12,9Hz, 2H, CH2-pont), 4,08 (t, 3 J=4,5Hz, 2H, CH2-O-bras pyrène), 4,03-3,80 (m, 6H,
OCH2+CH2-pont), 3,80-3,64 (m, H, OCH2+CH2-pont), 3,59-3,44 (m, 4H, OCH2+CH2-pont),
3,34 (t, 3 J=4,5Hz, 2H, CH2-O-bras pyrène), 3,16 (d, 3 J=12,9Hz, 2H, CH2-pont), 2,38 (s, 3H,
CH3)
O
S
O
N
O
O
O
O
OH
O
O
O

13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 166,49 ; 154,11 ; 134,19 ; 133,54 ; 131,85 ; 130,75 ; 129,86 ;
129,47 ; 128,35 ; 128,10 ; 127,21 ; 125,55 ; 124,30 ; 124,04 ; 122,27 ; 110,03 ; 73,27 ; 71,57 ;
70,09 ; 69,95 ; 58,63 ; 58,40 ; 50,50 ; 37,82 ; 30,58 ; 18,59.
[M+H]=1023,5.
[M+Na]=1046,5
[M+K]=1062,5.
Synthèse de 25,27-Bis(p-toluènesulfonate monoazacouronne)-26,28-Bis(2-(2-(pyrèn-1-
yloxy)éthoxy)éthoxy)-calix[4]arène 2-62
Méthode 1
O
S
O
N
O
O
O
O
O
O
O
O
Dans un ballon sous azote et agitation
magnétique, 100 mg de p-toluènesulfonate
calix[4]monoazacouronne (1 eq, 0,13 mmol)
sont dissous dans une suspension de 8 mg
d’hydrure de sodium NaH (2,5 eq, 0,34 mmol)
dans 5 mL de THF distillé. Le milieu est agité
10 min à TA, puis une solution de 250 mg de LJ2-018-1 (4eq, 0,54 mmol) dans 5 mL de THF
distillé est additionnée et l’ensemble est agité au reflux du THF pendant 5 jours. Après retour
à TA, le THF est évaporé sous pression réduite et le résidu est repris dans 20 mL de CH2Cl2.
La phase organique est lavée à neutralité avec 20 mL d’eau, séchée avec MgSO4 puis
évaporée sous pression réduite. Une chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de
19 g (CH2Cl2 puis CH2Cl2/AcOEt : 95/5 puis AcOEt) permet d’isoler le produit sous forme de
poudre fine jaune pâle (133 mg) avec un rendement de 74%.
O
O
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 8,44 (d, 3 J=9,2Hz, 2H, ArH-pyrène), 8,11-7,79 (m, 14H, ArH-
pyrène), 7,74 (d, 3 J=8,3Hz, 2H, ArHo-tosyle), 7,39 (d, 3 J=8,6Hz, 2H, ArH-pyrène), 7,34 (d,
3 J=8,3Hz, 2H, ArHm-tosyle), 7,18-7,00 (m, 8H, ArHm-calix), 6,90-6,72 (m, 4H, ArHp-calix),
4,30 (t, 3 J=4,6Hz, 4H, CH2), 3,97-3,61 (m, 18H, CH2+CH2-pont), 3,51 (t, 3 J=4,6Hz, 4H,
CH2), 3,44-3,14 (m, 14H, CH2+CH2-pont), 2,44 (s, 3H, CH3-tosyle).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 157,05 ; 152,86 ; 134,01 ; 133,85 ; 131,78 ; 130,05 ; 129,91 ;
129,82 ; 127,32 ; 126,49 ; 126,21 ; 125,57 ; 125,51 ; 125,23 ; 124,43 ; 124,31 ; 122,51 ;
121,34 ; 120,66 ; 109,55 ; 71,24 ; 70,83 ; 70,20 ; 70,00 ; 69,84 ; 69,17 ; 68,66 ; 53,57 ; 38,02.
241

[M+Na]=1333,9.
Méthode 2
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 338 mg de pyrène-1-ol (4 eq, 1,53 mmol)
sont dissous dans une suspension de 212 mg de K2CO3 (4 eq, 1,53 mmol) dans 20 mL
d’acétonitrile distillé. Le milieu est agité pendant 15 min à TA, puis 365 mg de LJ2-025-1 (1
eq, 0,38 mmol) et 115 mg de iodure de sodium NaI (0,2 eq, 0,077 mmol) sont additionnés et
l’ensemble est agité au reflux de l’acétonitrile pendant 4 jours. Après retour à TA,
l’acétonitrile est évaporée et le résidu est repris dans 50 mL de CH2Cl2. La phase organique
est lavée avec 3 x 50 mL d’eau milliQ, séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression
réduite. Après une première chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de 55 g
(CH2Cl2 puis CH2Cl2/Méthanol : 99/1), le produit est repurifié par chromatographie sur
colonne de silice 40-63 µm de 35 g (CH2Cl2/Méthanol : 99/1) et isolé sous forme de poudre
marron clair (358 mg) avec un rendement de 76%.
[M+H]=1334,3.
Synthèse de 9,9,10-triméhylindolino[2,1-b]oxazolidine 8 2-64
242
Dans un ballon sous forte agitation magnétique, 2 g de iodure de 1-(2-
hydroxyéthyl)-2,3,3-triméthylindoléninium (1 eq, 6 mmol) sont dissous
dans 40 mL d’eau. 0,44 g de KOH pilé (1,3 eq, 7,8 mmol) sont ajoutés et le
milieu est agité à TA pendant 30 min. Le milieu est alors extrait avec 2 x 30 mL d’éther
diéthylique. Les phases organiques réunies sont lavées avec 2 x 30 mL d’eau puis séchées
avec MgSO4 et évaporées sous pression réduite. Le produit est obtenu sous forme d’huile
jaune (1,05 g) avec un rendement de 85%. Les caractérisations sont en accord avec la
littérature.
N O
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,18 (td, 3 J=7,8Hz, 4 J=1,4Hz, 1H, ArH), 7,12 (dd, 3 J=7,4Hz,
4 J=1,1Hz, 1H, ArH), 6,97 (td, 3 J=7,4Hz, 4 J=1,1Hz, 1H, ArH), 6,80 (d, 3 J=7,8Hz, 1H, ArH),
3,94-3,48 (m, 4H, N-CH2-CH2-O), 1,46 (s, 3H, CH3), 1,42 ((s, 3H, CH3), 1,22 (s, 3H, CH3).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 150,6 ; 140,0 ; 127,5 ; 122,4 ; 121,7 ; 112,0 ; 109,0 ; 63,0 ;
50,1 ; 47,0 ; 28,1 ; 20,8 ; 17,6.

Synthèse de 2-(3’,3’-diméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]-1’-yl)éthanol 8
« Spiro-éthanol » « SPOH » 3-23
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 1,05 g de
9,9,10-triméhylindolino[2,1-b]oxazolidine (1 eq, 5,16 mmol) et
0,95 g de 2-hydroxy-5-nitrobenzaldéhyde (1,1 eq, 5,68 mmol)
sont dissous dans 30 mL d’éthanol absolu. Le milieu est agité au
reflux de l’éthanol pendant 3 h. Après retour à TA, l’éthanol est évaporé sous pression réduite
et le résidu est recristallisé dans quelques mL d’éthanol. Après filtration, le produit est obtenu
sous forme de solide rouge foncé (1,34 g) avec un rendement de 85%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 8,08-7,96 (m, 2H, ArHoNO2), 7,20 (td, 3 J=7,6Hz, 4 J=1,2Hz,
1H, ArH), 7,10 (dd, 3 J=7,6Hz, 4 J=1,2Hz, 1H, ArH), 6,91 (d, 3 J=10,3Hz, 1H, CH=CH), 6,88
(d, 3 J=7,6Hz, 1H, ArH), 6,77 (d, 3 J=8,3Hz, 1H, ArHmNO2), 6,67 (d, 3 J=7,6Hz, 1H, ArH), 5,88
(d, 3 J=10,3Hz, 1H, CH=CH), 3,80-3,71 (m, 2H, OH-CH2), 3,49-3,31 (m, 2H, N-CH2), 1,29 (s,
3H, C(CH3)2), 1,19 (s, 3H, C(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 159,11 ; 146,80 ; 141,06 ; 135,68 ; 128,10 ; 127,70 ; 125,82 ;
122,61 ; 121,81 ; 121,75 ; 119,86 ; 118,42 ; 115,39 ; 106,79 ; 106,62 ; 60,83 ; 52,79 ; 46,09 ;
25,90 ; 20,03.
N O NO 2
[M+H]=353,1500.
[M+Na]=375,1317.
Synthèse de 2-(2-(pyrèn-1-yloxy)éthoxy)éthyl 4-méthylbenzènesulfonate 2-65
O
OH
TsO
O
Dans un tricol sous azote et agitation magnétique, 2,06 g de pyrène-1-
ol (1 eq, 9,36 mmol) sont dissous dans 200 mL de THF distillé. 0,34 g
de NaH (1,5 eq, 14 mmol) sont ajoutés et le milieu est agité 30
minutes à TA. La solution composée de 7,76 g de diéthylène glycol
di(p-toluènesulfonate) (2 eq, 18,7 mmol) dissous dans 50 mL de THF
distillé est alors additionnée goutte à goutte. La réaction est agitée au reflux du THF (bain
d’huile à 80°C) pendant 36 heures. Après retour à TA, 10 mL de méthanol sont versés pour
détruire de NaH en excès. Les solvants organiques sont ensuite évaporés et le résidu solide est
repris dans 100 mL de CH2Cl2. La phase organique est lavée avec 2 x 100 mL de solution
saturée en NaCl, séchée avec MgSO4, puis évaporée sous pression réduite. Une
243

chromatographie sur colonne de silice flash 40-63 µm de 200 g (CH2Cl2/Pentane : 2/1, puis
CH2Cl2) donne le produit sous forme d’huile jaune éclatant (2,72 g) avec un rendement de
63%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 8,42 (d, 3 J=9,3Hz, 1H, pyrène), 8,16-7,87 (m, 7H, pyrène),
7,77 (d, 3 J=8,4Hz, 2H, Ar-tosyle-CHo), 7,53 (d, 3 J=8,4Hz, 1H, pyrène), 7,19 (d, 3 J=8,4Hz, 2H,
Ar-tosyle-CHm), 4,47-4,37 (m, 4H, pyrène-O-CH2-), 4,29-4,21 (m, 4H, -CH2-O-tosyle), 4,05-
3,96 (m, 4H, pyrène-O-CH2-CH2-O), 3,92-3,83 (m, 4H, -CH2-CH2-O-tosyle), 2,28 (s, 3H,
tosyle-CH3).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 152,80 ; 144,88 ; 131,81 ; 131,76 ; 129,87 ; 128,05 ; 127,34 ;
126,65 ; 126,29 ; 125,95 ; 125,72 ; 125,55 ; 125,34 ; 125,01 ; 124,50 ; 124,40 ; 121,32 ;
120,73 ; 120,67 ; 109,68 ; 70,26 ; 69,47 ; 69,21 ; 68,86 ; 21,65.
[M+Na]=483,1236.
Synthèse de 1-bromopyrène 10 2-67
244
Br
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 10 g de pyrène (1 eq, 50
mmol) sont dissous dans 150 mL d’un mélange 1:1 de méthanol et d’éther
éthylique. Sont ajoutés ensuite 9,5 mL d’acide bromhydrique à 33% dans
l’acide acétique (1,1 eq, 54 mmol) ainsi que 5,1 mL de H2O2 à 30% dans
l’eau (1 eq, 50 mmol). Le milieu est agité 24 heures à TA. Une solution de NaOH 1M est
alors additionnée afin de basifier le milieu à pH = 8. Le milieu est extrait avec 2 x 100 mL de
CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont lavées avec 100 mL d’eau, séchées avec MgSO4
puis évaporée sous pression réduite. Une trituration dans quelques mL d’éther de pétrole
permet d’obtenir le produit sous forme de poudre fine blanc cassé (12,33 g) avec un
rendement de 88%. Les caractérisations sont en accord avec la littérature.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 8,44 (d, 3 J=9,2Hz, 1H), 8,28-7,96 (m, 8H).
Synthèse de pyrène-1-ol 11 2-68
Dans un ballon sec sous azote et agitation magnétique, 10 g de 1-bromopyrène (1 eq, 35
mmol) sont dissous dans 30 mL de THF distillé. 1,1 g de copeaux de magnésium (1,3 eq, 45,8
mmol) ainsi que 20 mL de solution 2M dans THF de complexe de borane-dimethyl sulfide

(1,15 eq, 8 mmol) sont alors ajoutés et le milieu réactionnel est agité au
reflux du THF pendant 3 heures. Après retour à température ambiante, 10
mL d’eau sont versés goutte à goutte pour détruire le borane en excès. 10
mL de solution 1M de NaOH sont ajoutés, et le milieu est laissé sous
agitation 5 minutes. Le milieu est alors refroidit à l’aide d’un bain de glace et 5 mL de H2O2 à
30% dans l’eau sont additionnés et l’agitation est maintenue pendant 1 h. 10 mL d’acide
chlorhydrique concentré et 20 mL d’eau sont ajoutés et le milieu réactionnel est agité 15
minutes supplémentaires. La phase aqueuse est alors extraite avec 2 x 40 mL d’AcOEt. Les
phases organiques sont réunies et séchées avec MgSO4, puis évaporées sous pression réduite.
Une chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de 250 g (CH2Cl2) donne le
produit sous forme de solide blanc cassé (5,64 g) avec un rendement de 72%. Les
caractérisations sont en accord avec la littérature.
1 H RMN (200 MHz, Acétone-d6): δ 8,44 (d, 3 J=9,2Hz, 1H), 8,19-7,87 (m, 3 J=8,4Hz,
3 J=9,2Hz, 7H), 7,63 (d, 3 J=8,4Hz, 1H).
Synthèse de 10-(3,4-diméthylbenzyl)anthracène-9-carbonitrile 3-1
O
O
O
O
O
OH
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 0,59 g de 10-(3,4-
diméthylbenzyl)anthracène-9-carbaldéhyde oxime (1 eq, 1,17 mmol)
sont dissous dans 4 mL d’anhydride acétique. Le milieu est agité à
120°C pendant 30 min. Après retour à TA, le précipité est filtré et lavé
avec quelques mL d’éthanol. Après purification HPLC sur colonne
préparative en phase inverse C8 avec un gradient H2O/acétonitrile de
50/50 à 100% acétonitrile, injection dans 2 mL de DMSO, le produit est obtenu sous forme
de cristaux jaunes (33 mg) avec un rendement de 25%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,47 (d, 3 J=8,8Hz, 2H, H 4-5 -anthracène), 8,28 (d, 3 J=8,8Hz,
2H, H 1-8 -anthracène), 7,69 (t, 3 J=8,8Hz, 2H, H 3-6 -anthracène), 7,55 (t, 3 J=8,8Hz, 2H, H 2-7 -
anthracène), 6,7-6,63 (m, 2H, ArH), 6,51-6,43 (m, 1H, ArH), 4,95 (s, 1H, Ar-CH2-Ar), 4,08-
4,00 (m, 2H, Ar-O-CH2-), 4,00-3,90 (m, 2H, Ar-O-CH2-), 3,90-3,77 (m, 4H, Ar-O-CH2-CH2),
3,77-3,64 (m, 8H, O-CH2-CH2-).
[M+Na]=506,1949.
N
245

Synthèse de 10-(3,4-diméthylbenzyl)anthracène-9-carbaldéhyde 3-4
246
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 2,15 g de 9-(3,4-15-
couronne-5-benzyl)anthracène (1 eq, 4,7 mmol), 766 µL de POCl3
(1,75 eq, 8,32 mmol) et 765 µL de dimethylformamide (2,1 eq, 9,87
mmol) sont dissous dans 6 mL de 1,2-dichlorobenzène. Le mélange est
agité à 100°C pendant 2 h 15. Après retour à TA, le mélange est versé
sur 50 mL de solution de NaOH à 1%. L’ensemble est laissé reposer
une nuit. Le précipité formé est filtré et lavé avec quelques mL d’eau.
Après une recristallisation dans l’isopropanol, le produit est obtenu sous forme de cristaux
jaunes (0,74 g) avec un rendement de 32%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,42 (s, 1H, -CHO), 8,21-8,18 (m, 2H, H 4-5 -anthracène), 8,05-
8,01 (m, 2H, H 1-8 -anthracène), 7,49-7,43 (m, 4H, H 2-3-6-7 -anthracène), 6,73-6,65 (m, 2H,
ArH), 6,54 (m, 1H, ArH), 4,92 (s, 2H, Ar-CH2-Ar), 4,05-4,02 (m, 2H, Ar-O-CH2-), 4,00-3,93
(m, 2H, Ar-O-CH2-), 3,87-3,80 (m, 4H, Ar-O-CH2-CH2), 3,75-3,70 (m, 8H, O-CH2-CH2-).
[M+Na]=509,1947.
Synthèse de 10-(3,4-diméthylbenzyl)anthracène-9-carbaldéhyde oxime 3-5
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 0,74 g de 10-(3,4-
diméthylbenzyl)anthracène-9-carbaldéhyde (1 eq, 1,52 mmol), 0,106 g
d’hydrochlorure d’hydroxylamine NH2OH.HCl (1 eq, 1,52 mmol) et
0,17 g de dihydrate d’acétate de lithium LiOAc.2H2O (1,1 eq, 1,67
mmol) sont dissous dans 9 mL d’éthanol absolu et 2 mL d’eau distillée.
Le mélange est agité à 100°C pendant une heure. Après retour à TA, le
précipité est filtré et lavé avec quelques mL d’éthanol. Après une
recristallisation dans l’éthanol absolu, le produit est obtenu sous forme de cristaux jaunes
(0,59 g) avec un rendement de 77%.
[M+Na]=524,2060.
N
O
OH

Synthèse de 4-bromophényl-N-monoaza-15-crown-5 12 3-11
O
O
N
Br
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, à une suspension de
4,15 g d’hydrure de sodium NaH (9 eq, 173 mmol) dans 250 mL de THF
anhydre est additionnée une solution 5g de 4-bromo-N,N-bis(2-
hydroxyéthyl)aniline (1 eq, 19 mmol) dans 125 mL de THF anhydre, puis
une solution de 7,73 g de triéthylène glycol di(p-toluènesulfonate) (0,88
eq, 17 mmol) dans 125 mL de THF anhydre. Le milieu est agité à 40°C
pendant 3 jours. Après retour à TA, le NaH en excès est hydrolysé avec 75 mL d’éthanol
additionné à l’aide d’une ampoule de coulée isobare. Le milieu est évaporé sous pression
réduite et le résidu est repris dans 100 mL d’eau. La phase aqueuse est acidifiée jusqu’à pH =
3 avec quelques gouttes de solution d’acide chlorhydrique concentré puis extraite avec 2 x
100 mL de CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont séchées avec MgSO4 puis évaporées
sous pression réduite. Une chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µM de 200 g
(CH2Cl2/Acétone : 95/5) permet d’isoler le produit sous forme de solide jaune (2,94 g) avec
un rendement de 46%.
1 H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 7,24 (d, 3 J=9 Hz, 2H, ArHBr), 6,52 (d, 3 J=9 Hz, 2H, ArHN),
3,71 (t, 3 J=6,2 Hz, 4H, NCH2), 3,68-3,60 (m, 12H, OCH2), 3,54 (t, 3 J=6,2 Hz, 4H, OCH2).
13 C NMR (75 MHz, CDCl3): δ 146,39 ; 131,69 ; 112,94 ; 107,36 ; 71,17 ; 70,06 ; 69,96 ;
68,16 ; 52,46.
[M+H]=374,0983.
[M+Na]=396.0783.
Synthèse de N,N-bis(2-hydroxyéthyl)aniline 3-12
N
O
O
HO OH
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 5 mL d’aniline (1 eq,
54,8 mmol), 11 mL de chloroéthanol (3 eq, 164 mmol) et 8,22 g de
carbonate de calcium CaCO3 (1,5 eq, 82 mmol) sont dissous dans 120 mL
d’eau. Le milieu est agité au reflux de l’eau pendant 12 h. Après retour à
TA, le milieu est filtré et le précipité est lavé avec quelques mL d’eau. Les phases aqueuses
réunies sont extraites avec 2 x 100 mL de CH2Cl2, les phases organiques réunies sont lavées
avec 100 mL d’eau puis séchées avec MgSO4 et enfin évaporées sous pression réduite. Une
chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de 200 g (CH2Cl2/Acétone : 80/20 puis
247

50/50) permet d’isoler le produit sous forme de cristaux beiges (7,77 g) avec un rendement de
78%.
1 H NMR (200 MHz, CDCl3): δ 7,30-7,16 (m, 2H, ArHoN), 6,80-6,63 (m, 3H, ArHmN), 3,82
(t, 3 J=4,7Hz, 4H, OCH2), 3,69 (s, 2H, OH), 3,55 (t, 3 J=4,7 Hz, 4H, NCH2).
13 C NMR (75 MHz, CDCl3): δ 147,58 ; 129,21 ; 116,90 ; 112,53 ; 60,69 ; 55,35.
[M+H]=182,1180.
[M+Na]=204,0996.
Synthèse de 4-bromo-N,N-bis(2-hydroxyéthyl)aniline 13 3-13
248
HO OH
N
B r
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 7,7 g de N,N-bis(2-
hydroxyethyl)aniline (1eq, 43 mmol) sont dissous dans 15 mL de DMF. Le
milieu est refroidi à 5°C à l’aide d’un bain de glace et une solution de N-
bromosuccinimide (1 eq, 43 mmol) dans 8 mL de DMF est additionnée en
30 min à l’aide d’une ampoule de coulée isobare. Le milieu est maintenu
sous agitation dans le bain de glace pendant 2 h supplémentaires. Le DMF est ensuite évaporé
sous pression réduite et le résidu est repris dans 300 mL d’éther diéthylique. L’ensemble est
laissé reposer pendant une nuit. Après élimination du succinimide par filtration, le produit est
obtenu sous forme de cristaux marron (11,1 g) avec un rendement quantitatif.
1 H NMR (200 MHz, CDCl3): δ 7,25 (d, 3 J=9 Hz, 2H, ArHBr), 6,54 (d, 3 J=9 Hz, 2H, ArHN),
4,21 (s, 2H, OH), 3.77 (t, 3 J=4,8 Hz, 4H, OCH2), 3,50 (t, 3 J=4,8 Hz, 4H, NCH2).
13 C NMR (75 MHz, CDCl3): δ 146,90 ; 131,91 ; 114,26 ; 60,36 ; 55,39.
[M+H]= 260,0281.
[M+Na]=284,0281.
Synthèse de DJ154 (4-bromo-1,2-phénylène)bis(oxy)dibenzène 3-16
O
O Br
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 10 g de (1,2-
phénylène)bis(oxy)dibenzène (1 eq, 34,5 mmol) sont dissous dans 20
mL de DMF. La température du milieu est abaissée à 0°C à l’aide d’un
bain de glace. Une solution de 6,14 g de N-bromosuccinimide NBS (1

eq, 34,5 mmol) dissous dans 10 mL de DMF est alors additionnée goutte à goutte par une
ampoule de coulée isobare pendant 30 min. A la fin de l’addition, le milieu est laissé revenir à
TA et l’agitation est maintenue une nuit. Le DMF est alors évaporé sous pression réduite et le
résidu ainsi obtenu est repris dans 100 mL de CH2Cl2. La phase organique est lavée avec 2 x
100 mL d’eau, séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Après
recristallisation dans l’éthanol absolu, le produit est obtenu sous forme de cristaux blanc cassé
(10,1 g) avec un rendement de 79%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,53-7,33 (m, 10H, benzyles), 7,12 (d, 2 J=2,3 Hz, 1H, ArHo),
7,04 (dd, 2 J=2,3 Hz, 3 J=8,6 Hz, 1H, ArHo), 6,84 (d, 3 J=8,6 Hz, 1H, ArHm), 5,16 (s, 4H, -O-
CH2-Ar).
[M+Na]=393,0303.
Synthèse de 1-(3,4-bis(benzyloxy)phényl)-2-(diphénylméthylène)hydrazine 14 3-17
O
O N H
N
Dans un Schlenk sec sous azote et agitation magnétique, 31,1
mg d’acétate de palladium Pd(OAc)2 (0,05 eq, 6,77.10 -5 mol),
86,4 mg de Xantphos (0,056 eq, 7,58.10 -5 mol) sont agités 5
min dans 5 mL de toluène distillé jusqu’à dissolution. Sont
alors additionnés 1 g de (4-bromo-1,2-
phénylène)bis(oxy)dibenzène (1 eq, 1,35.10 -3 mol), 0,665 g de benzophénone hydrazone (1,25
eq, 1,69.10 -3 mol), 0,417 g de tert-butoxyde de sodium NaO t Bu (1,6 eq, 2,16.10 -3 mol) ainsi
que 5 mL supplémentaires de toluène distillé. Le Schlenk est ensuite dégazé trois fois par gel-
dégel à l’azote liquide et le vide est remplacé par de l’azote. Le milieu est agité à 80°C
pendant 18 h. Après retour à TA, le milieu est filtré sur 1 cm de célite bien tassée et
l’ensemble est lavé avec quelques mL de CH2Cl2. Les solvants organiques sont évaporés. Le
résidu est solubilisé dans quelques mL de CH2Cl2 et filtré sur 4 cm de silice 40-63 µm. La
silice est lavée au CH2Cl2. Après évaporation du solvant, le produit est obtenu sous forme de
solide orange (1,37 g) avec un rendement quantitatif.
1 H RMN (200 MHz, Acétone): δ 8,23 (s, 1H, NH), 7,65-7,24 (m, 20H, ArH), 7,07 (d, 2J=2,4
Hz, 1H, ArHo), 6,92 (d, 3 J=8,6Hz, 1H, ArHm), 6,67 (dd, 3 J=8,6Hz, 2 J=2,3Hz, 1H, ArHo), 5,15
(s, 2H, -O-CH2-Ar), 5,05 (s, 2H, -O-CH2-Ar).
249

13 C RMN (75,5 MHz, Acétone): δ 150,50 ; 142,83 ; 142,44 ; 140,99 ; 138,97 ; 138,32 ;
137,91 ; 133,35 ; 129,59 ; 129,18 ; 129,02 ; 128,37 ; 128,21 ; 128,10 ; 127,65 ; 127,52 ;
127,38 ; 126,13 ; 117,79 ; 104,98 ; 100,83 ; 72,24 ; 70,48.
[M+Na]=507,2047.
Synthèse de 5,6-bis(benzyloxy)-2,3,3-triméthyl-3H-indole 13 3-18
250
O
O N
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 1,36 g de 1-(3,4-
bis(benzyloxy)phényl)-2-(diphénylméthylène)hydrazine (1 eq, 2,77
mmol), 0,45 mL de 3-méthyl-2-butanone (1,5 eq, 4,16 mmol) et
1,05 g d’acide p-toluènesulfonique monohydraté TsOH.H2O (2 eq,
5,55 mmol) sont dissous dans 15 mL d’éthanol absolu. Le milieu est
agité 3 jours au reflux de l’éthanol. Après le retour à TA, le milieu est dilué avec 50 mL
d’éther diéthylique. La phase organique est lavée avec 2 x 50 mL de solution saturée en
NaHCO3. Les phases aqueuses réunies sont extraites avec 2 x 25 mL d’éther diéthylique. Les
phases organiques réunies sont séchées avec MgSO4 puis évaporées sous pression réduite. Le
résidu est dissous dans un mélange 1/1 de CH2Cl2 et de pentane puis filtré sur 3 cm de silice
40-63 µm. Le lavage de la silice avec ce mélange permet de récupérer le 1-(3,4-
bis(benzyloxy)phényl)-2-(diphénylméthylène)hydrazine n’ayant pas réagi. Le lavage de la
silice avec un mélange 9/1 de CH2Cl2 et d’acétone permet d’isoler le produit sous forme
d’huile marron très foncé (0,3 g) avec un rendement de 30%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 7,50-7,30 (m, 10H, benzyles), 7,21 (s, 1H, ArH-N), 6,88 (s,
1H, ArH), 5,17 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 5,14 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 2,26 (s, 3H, N=C-CH3), 1,24 (s,
6H, C-(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 187,39 ; 149,32 ; 147,99 ; 147,12 ; 138,30 ; 137,56 ; 137,42 ;
128,81 ; 128,59 ; 128,51 ; 128,06 ; 127,89 ; 127,75 ; 127,48 ; 127,27 ; 110,12 ; 107,41 ; 72,74
; 71,63 ; 53,94 ; 23,33 ; 15,47.
Synthèse de 5,6-bis(benzyloxy)-1,3,3-triméthyl-2-méthylèneindoline 15 3-20
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 0,277 g de 5,6-bis(benzyloxy)-2,3,3-
triméthyl-3H-indole (1 eq, 0,745 mmol) sont dissous dans 15 mL de toluène distillé. 0,1 mL
d’iodométhane (2,1 eq, 1,56 mmol) sont ensuite additionnés et le milieu est agité à 60°C

pendant une nuit. Après retour à TA, le toluène est évaporé sous
pression réduite. Une chromatographie sur colonne de silice 40-63
µm (CH2Cl2/méthanol/triéthylamine : 99/1/1. La triéthylamine
achève la réaction) donne le produit sous forme d’huile violette
avec un rendement de 20%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,48-7,27 (m, 10H, benzyles), 6,75 (s, 1H, ArH-N), 6,23 (s,
1H, ArH), 5,11 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 5,01 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 4,4 (2s, 2H, =CH2), 2,95 (s, 3H,
N-CH3), 1,25 (s, 6H, -C(CH3)2).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 187,39 ; 149,32 ; 147,99 ; 147,12 ; 138,30 ; 137,56 ; 137,42 ;
128,81 ; 128,66 ; 128,59 ; 128,51 ; 128,06 ; 127,91 ; 127,87 ; 127,75 ; 127,48 ; 127,27 ;
110,12 ; 107,41 ; 72,74 ; 71,63 ; 53,94 ; 23,33 ; 15,47.
Synthèse de 5’,6’-bis(benzyloxy)-1’,3’,3’-triméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]
3-21
O
O
O N
O N O NO2
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 570
mg de 5,6-bis(benzyloxy)-1,3,3-triméthyl-2-
méthylèneindoline (1 eq, 1,48 mmol) et 250 mg de 5-
nitrosalicylaldéhyde (1 eq, 1,48 mmol) sont dissous dans
30 mL d’éthanol absolu. Le milieu est agité au reflux de
l’éthanol à 100°C pendant 6 h. Après retour à TA, l’éthanol est évaporé. Une
chromatographie sur colonne de silice 40-63 µm de 30 g (pentane/CH2Cl2 : 1/1 puis 2/3)
donne le produit sous forme de solide vert foncé (205 mg) avec un rendement de 48%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,06-7,96 (m, 2H, ArHo-NO2), 7,50-7,27 (m, 10H, benzyles),
6,90 (d, 3 J=10,5 Hz, 1H, CH=CH), 6,80 (d, 3 J=8,8 Hz, 1H, ArHm-NO2), 6,77 (s, 1H, ArH-
indole), 6,28 (s, 1H, ArH-indole), 5,82 (d, 3 J=10,5 Hz, 1H, CH=CH), 5,15 (s, 2H, CH2), 5,07
(s, 2H, CH2), 2,67 (s, 3H, N-CH3), 1,22 (s, 3H, (CH3)2), 1,12 (s, 3H, (CH3)2).
251

Synthèse de 3,4-dihydroxybenzoate d’éthyle 16 3-26
252
Dans un bicol sous azote et agitation magnétique, 3 g d’acide 3,4-
dihydroxybenzoïque sont dissous dans 225 mL d’éthanol absolu puis 6
mL d’acide sulfurique concentré y sont additionnés. Le milieu est agité à
TA pendant 7 jours. L’éthanol est alors partiellement évaporé sous
pression réduite et le milieu est ensuite neutralisé avec une solution saturée de NaHCO3. La
phase aqueuse est extraite avec 200 mL d’éther diéthylique. La phase organique est lavée avec
150 mL d’eau puis séchée avec MgSO4 et évaporée sous pression réduite. Le brut ainsi obtenu
est trituré aux ultrasons dans quelques mL de CH2Cl2. Après filtration et lavage au CH2Cl2, le
produit est obtenu sous forme de poudre fine blanche (2,22 g) avec un rendement de 68%.
1 H RMN (200 MHz, Acétone-d6): δ 8,46 (s, 2H, -OH), 7,54-7,4 (m, 3 J=8,2Hz, 4 J=2Hz, 2H,
ArH), 6,89 (d, 3 J=8,2Hz, 1H, ArH), 4,27 (q, 3 J=7Hz, 2H, -COO-CH2-), 1,32 (t, 3 J=7Hz, 3H,
COO-CH2-CH3).
13 C RMN (75,5 MHz, Acétone-d6): δ 166,53 ; 150,62 ; 145,54 ; 123,25 ; 117,11 ; 115,72 ;
60,87 ; 14,65.
[M+H]=183,0609.
Synthèse de 2,3-(benzoate d’éthyle)-10-N-(4’-benzaldéhyde)-1,4,7,13-tetraoxa-10-
azacyclopentadecane 3-27
O
O
O
O
OH
O
O
OH
O N
O
O
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 0,19 g 3,4-
dihydroxybenzoate d’éthyle (1 eq, 1,07 mmol) sont dissous dans
une suspension de K2CO3 (5 eq, 5,4 mmol) dans 40 mL
d’acétonitrile distillé. Le milieu est agité pendant 30 min à TA,
puis une solution de 4-(bis(2-(2-bis(4-
méthylbenzènesulfonate)éthoxy)éthyl)amino)benzaldéhyde (1
eq, 1,07 mmol) dans 40 mL d’acétonitrile distillé est additionée et le milieu est agité au reflux
de l’acétonitrile pendant 48 h. Après retour à TA, le milieu est filtré, le précipité est lave avec
quelques mL d’acétonitrile et les phases organiques réunies sont évaporées sous pression
réduite. Le résidu est repris dans 25 mL de CH2Cl2 et la phase organique est lavée avec 25 mL
d’eau et 25 mL de solution aqueuse saturée en NaCl. Une chromatographie sur colonne de

silice 40-63 µm de 32 g (CH2Cl2/Méthanol : 98/2) permet d’isoler le produit sous forme de
petits cristaux jaune pâle (0,22 g) avec un rendement de 46%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 9,74 (s, 1H, -CHO), 7,73 (d, 3 J=8,8Hz, 2H, ArH-CHO), 7,67
(dd, 3 J=8,4Hz, 4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-COOEt), 7,52 (d, 4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-COOEt), 6,84 (d,
3 J=8,4Hz, 1H, ArHm-COOEt), 6,70 (d, 3 J=8,9Hz, 2H, ArH-N), 4,35 (q, 3 J=7,1Hz, 2H,
COOCH2CH3), 4,23-4,11 (m, 4H, -CH2-O-ArCOOEt), 3,96-3,83 (m, 8H, -CH2-O-), 3,72 (t,
3 J=6Hz, CH2-NAr), 1,38 (t, 3H, COOCH2CH3).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 190,30 ; 166,45 ; 152,65 ; 152,17 ; 148,25 ; 132,31 ; 125,60 ;
123,89 ; 123,41 ; 113,57 ; 111,43 ; 111,14 ; 69,82 ; 69,64 ; 69,42 ; 69,30 ; 69,21 ; 60,99 ;
53,14 ; 53,08 ; 14,54.
[M+Na]=466,1838.
Synthèse de 2,3-(benzoate d’éthyle)-10-N-(phényle-5’,5’-diméthyl-1’,3’-dioxane)-
1,4,7,13-tetraoxa-10-azacyclopentadecane 3-28
O
O
O
O
O N
O
Dans un ballon muni d’un Dean-Stark, sous azote et agitation
magnétique, 200 mg de 2,3-(benzoate d’éthyle)-10-N-(4’-
benzaldéhyde)-1,4,7,13-tetraoxa-10-azacyclopentadecane (1 eq,
0,45 mmol), 8,5 mg d’acide p-toluène sulfonique (0,1 eq, 0,045
mmol) et 108 mg de 2,2-diméhtyl-1,3-propandiol (2,3 eq, 1,03
mmol) sont dissous dans 20 mL de toluène distillé. Le milieu
est agité au reflux du toluène pendant 15 h. Après retour à TA,
le toluène est évaporé et le résidu est repris dans 25 mL de CH2Cl2. La phase organique est
lavée avec 25 mL de solution aqueuse de NaHCO3 à 5%, puis 25 mL d’eau et enfin avec 25
mL de solution aqueuse saturée en NaCl. La phase organique est séchée avec MgSO4 puis
évaporée sous pression réduite. Une chromatographie sur colonne de silice 40-63 µm de 20 g
(CH2Cl2/Méthanol : 98,5/1,5) permet d’isoler le produit sous forme de solide jaune pâle (68
mg) avec un rendement de 28%.
O
O
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 7,67 (dd, 3 J=8,7Hz, 4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-COOEt), 7,50 (d,
4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-COOEt), 7,35 (d, 3 J=9Hz, 2H, ArH-N), 6,83 (d, 3 J=8,7Hz, 2H, ArHm-
COOEt), 6,63 (d, 3 J=9Hz, 2H, ArH-N), 5,30 (s, 1H, OCHO), 4,35 (q, 3 J=7,1Hz, 2H,
253

COOCH2), 3,48 (m, 4H, CH2), 3,94-3,55 (m, 15H, CH2), 1,38 (t, 3 J=7,1Hz, 3H,
COOCH2CH3), 1,29 (s, 3H, CCH3), 0,78 (s, 3H, CCH3).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 166,27 ; 152,58 ; 148,11 ; 147,41 ; 127,20 ; 126,06 ; 123,61 ;
122,97 ; 113,23 ; 111,13 ; 110,94 ; 102,02 ; 77,57 ; 69,58-68,62 ; 60,72 ; 53,47 ; 52,59 ;
52,54 ; 30,10 ; 23,05 ; 21,88 ; 14,38.
[M+H]=530,2753.
[M+Na]=552,2568.
Synthèse de 2,3-(acide benzoïque)-10-N-(4’-benzaldéhyde)-1,4,7,13-tetraoxa-10-
azacyclopentadecane 3-29
HO
O
254
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 218 mg de 2,3-
(benzoate d’éthyle)-10-N-(phényle-5’,5’-diméthyl-1’,3’-dioxane)-
1,4,7,13-tetraoxa-10-azacyclopentadecane (1 eq, 0,49 mmol) sont
dissous à chaud dans 25 mL d’éthanol absolu. Une solution de
168 mg de KOH (6 eq, 3 mmol) dans 1 mL d’eau est alors
additionnée et le milieu est agité au reflux de l’éthanol pendant 12
h. Après retour à TA, le milieu est acidifié jusqu’à pH=3 avec quelques mL de solution
d’acide chlorhydrique à 10%. L’éthanol est évaporé du milieu sous pression réduite et le
résidu est trituré dans quelques mL d’eau. Le précipité est filtré et abondamment lavé avec de
l’eau. Le solide est récupéré en lavant le fritté avec de l’acétone qui est ensuite évaporée sous
pression réduite. Le produit est isolé sous forme de solide brun orangé (166 mg) avec un
rendement de 81%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 9,74 (s, 1H, -CHO), 7,76 (dd, 3 J=8,4Hz, 4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-
COOEt), 7,74 (d, 3 J=8,8Hz, 2H, ArH-CHO), 7,56 (d, 4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-COOEt), 6,87 (d,
3 J=8,4Hz, 1H, ArHm-COOEt), 6,71 (d, 3 J=8,9Hz, 2H, ArH-N), 4,25-4,13 (m, 4H, -CH2-O-
ArCOOEt), 3,97-3,83 (m, 8H, -CH2-O-), 3,73 (t, 3 J=6Hz, CH2-NAr).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 190,30 ; 171,04 ; 165,46 ; 159,11 ; 153,47 ; 152,17 ; 132,36 ;
125,58 ; 124,92 ; 121,95 ; 113,82 ; 111,45 ; 111,13 ; 69,78 ; 69,59 ; 69,35 ; 69,24 ; 53,14 ;
53,09.
O
O
O N
O
O

Synthèse de 2,3-(benzoate de 2-(3’,3’-diméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]-1’-
yl)éthanol)-10-N-(4’-benzaldéhyde)-1,4,7,13-tetraoxa-10-azacyclopentadecane 3-30
N O NO 2
O
O
O N
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 135 mg de
2-(3’,3’-diméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]-1’-
yl)éthanol (1 eq, 0,38 mmol) et 160 mg de 2,3-(acide
benzoïque)-10-N-(4’-benzaldéhyde)-1,4,7,13-tetraoxa-10-
azacyclopentadecane sont dissous dans 20 mL de CH2Cl2. La
température du milieu est alors abaissée à 0C° à l’aide d’un
bain de glace. 80 mg de N;N’-dicyclohexylcarbodiimide (1
eq, 0,38 mmol) et 100 mg de 4-diméthylaminopyridine (2 eq,
0,77 mmol) sont alors additionnés et l’agitation est maintenue avec un retour progressif de la
température à TA pendant 15 h. Les insolubles sont filtrés et lavés au CH2Cl2 et la phase
organique est évaporée sous pression réduite. Une première purification par chromatographie
sur colonne de silice 40-63 µm de 30 g (CH2Cl2/Méthanol : 98/2) permet d’isoler une fraction
qui est ensuite purifiée à nouveau par chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm
de 19 g (CH2Cl2 puis CH2Cl2/Méthanol : 99,9/0,1 à 99,5/0,5) ce qui permet d’obtenir le
produit sous forme de poudre fine orange (119 mg) avec un rendement de 41%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 9,74 (s, 1H, CHO), 8,02-7,95 (m, 2H, ArHNO2), 7,73 (d,
3 J=8,9Hz, 2H, ArH-CHO), 7,58 (dd, 3 J=8,4Hz, 4 J=1,9Hz, 1H, ArHo-COO), 7,42 (d, 4 J=1,9Hz,
1H, ArHo-COO), 7,21 (td, 3 J=7,5Hz, 4 J=0,8Hz, 1H, ArH-indole), 7,10 (dd, 3 J=7,5Hz,
4 J=0,8Hz, 1H, ArH-indole), 6,94-6,73 (m, 5H, ArH+CH=CH), 6,70 (d, 3 J=8,9Hz, 2H, ArH-
N), 5,85 (d, 3 J=10,3Hz, 1H, CH=CH), 4,43 (t, 3 J=5,9Hz, 2H, COOCH2), 4,21-4,13 (m, 4H,
OCH2Ar), 4,12-4,05 (m, 2H, CH2N-indole), 3,9-3,82 (m, 8H, OCH2), 3,72 (t, 3 J=5,9Hz, 4H,
CH2NAr), 1,27 (s, 3H, CH3), 1,15 (s, 3H, CH3).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 190,29 ; 166,22 ; 159,50 ; 152,90 ; 152,14 ; 148,29 ; 146,85 ;
141,24 ; 135,90 ; 132,31 ; 128,48 ; 128,00 ; 126,10 ; 125,62 ; 123,94 ; 122,90 ; 122,66 ;
121,99 ; 121,85 ; 120,04 ; 118,51 ; 115,70 ; 113,56 ; 113,46 ; 111,38 ; 111,13 ; 106,87 ;
106,58 ; 69,88-69,10 ; 63,00 ; 53,12 ; 53,07 ; 52,98 ; 42,64 ; 26,05 ; 19,97.
[M+Na]=772,2855.
O
O
O
O
255

Synthèse de 2,3-(benzoate de 2-(3’,3’-diméthyl-6-nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]-1’-
yl)éthanol)-10-N-(phényle-5’,5’-diméthyl-1’,3’-dioxane)-1,4,7,13-tetraoxa-10-azacyclo-
pentadecane 3-31
256
N O NO 2
O
O
O N
Dans un ballon muni d’un Dean-Stark, sous azote et agitation
magnétique, 50 mg de 2,3-(benzoate de 2-(3’,3’-diméthyl-6-
nitrospiro[chromène-2,2’-indoline]-1’-yl)éthanol)-10-N-(4’-
benzaldéhyde)-1,4,7,13-tetraoxa-10-azacyclopentadecane (1
eq, 0,066 mmol), 1,26 mg d’acide p-toluène sulfonique (0,1
eq, 0,0066 mmol) et 16 mg de 2,2-diméthyl-1,3-propandiol
(2,3 eq, 0,15 mmol) sont dissous dans 4 mL de toluène
distillé. Le milieu est agité au reflux du toluène pendant 12 h.
Après retour à TA, le toluène est évaporé et le résidu est
repris dans 25 mL de CH2Cl2. La phase organique est lavée avec 2 x 25 mL de solution
aqueuse de NaHCO3 à 5% puis avec 25 mL de solution aqueuse saturée de NaCl. La phase
organique est ensuite séchée avec MgSO4 puis évaporée sous pression réduite. Une
chromatographie flash sur colonne de silice 40-63 µm de 17 g (CH2Cl2 puis
CH2Cl2/Méthanol : 99,9/0,1 à 99,7/0,3) permet d’isoler le produit sous forme de solide orange
(34 mg) avec un rendement de 35%.
1 H RMN (200 MHz, CDCl3): δ 8,08-7,95 (m, 2H, ArHNO2), 7,59 (dd, 3 J=8,4Hz, 4 J=1,8Hz,
1H, ArHo-C=OO), 7,42 (d, 4 J=1,8Hz, 1H, ArHo-C=OO), 7,35 (d, 3 J=8,6Hz, 2H, ArHmN), 7,21
(td, 3 J=7,7Hz, 4 J=1,4Hz, 1H, ArH-indole), 7,10 (d, 3 J=7,7Hz, 1H, ArH-indole), 6,86-6,68 (m,
5H, ArH+CH=CH), 6,64 (d, 3 J=8,6Hz, 2H, ArHoN), 5,58 (d, 3 J=10,3Hz, 1H, CH=CH), 5,31
(s, 1H, N-Ar-CHOO), 4,43 (t, 3 J=6Hz, 2H, COOCH2), 4,21-4,11 (m, 4H, OCH2Ar), 4,11-4,02
(m, 2H, CH2N-indole), 3,95-3,56 (m, H, CH2), 1,29 (s, 6H, C(CH3)2-indole+ C(CH3)2-
protection), 0,88 (s, 3H, C(CH3)2-indole), 0,78 (s, 3H, C(CH3)2-protection).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 166,27 ; 159,51 ; 153,03 ; 148,37 ; 147,63 ; 146,87 ; 141,23 ;
135,88 ; 128,46 ; 128,00 ; 127,39 ; 126,30 ; 126,09 ; 123,88 ; 122,90 ; 122,50 ; 121,96 ;
121,85 ; 120,02 ; 118,52 ; 115,69 ; 113,44 ; 113,35 ; 111,29 ; 111,18 ; 106,87 ; 106,60 ;
102,23 ; 77,79 ; 69,87-69,09 ; 62,90 ; 52,95 ; 52,77 ; 52,74 ; 42,66 ; 34,25 ; 30,28 ; 26,03 ;
23,20 ; 22,46 ; 22,05 ; 19,95 ; 14,18.
[M+Na]=858,3532.
O
O
O
O
O

Synthèse de BODIPY 3-33
O
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 400 mg de 4-formyl-
benzo-15-couronne-5 (1 eq, 1,35 mmol), 335 mg de kryptopyrrol (2 eq, 2,7
mmol) et quelques gouttes d’acide trifluoroacétique TFA sont dissous dans
50 mL de CH2Cl2. Le milieu est agité à TA pendant 3 h, jusqu’à
consommation complète de l’aldéhyde. 311 mg de tetrachloro-p-
benzoquinone (1 eq, 1,35 mmol) sont alors additionnés. Après 5 min
d’agitation supplémentaire, 2,05 mL de diisopropyléthylamine (8,7 eq, 11,76 mmol) sont
additionnés. Après 15 min d’agitation supplémentaire, 2,35 mL de diéthyléther de
trifluoroborane (13,7 eq, 18,5 mmol) sont additionnés. Le solvant est évaporé sous pression
réduite et une chromatographie sur colonne de silice 40-63 µm (Ether de pétrole/CH2Cl2 :
70/30) permet d’isoler le produit sous forme d’un solide rouge pâle (460 mg) avec un
rendement de 59%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 7,61 (s, 1H, ArH), 7,20 (d, 3 J=9Hz, 1H, ArH), 6,99 (d,
3 J=9Hz, 1H, ArH), 4,16 (t, 3 J=6Hz, 4H, α-CH2), 3,91 (t, 3 J=6Hz, 4H, β -CH2), 3,72 (s, 8H, γ-
CH2), 2,49 (s, 6H, N=C(CH3)), 2,37 (q, 3 J=6Hz, 4H, -CH2-CH3), 1,25 (s, 6H, C=C(CH3)),
1,06 (t, 3 J=6Hz, 6H, -CH2-CH3).
19 F RMN (188 MHz, CDCl3): δ -146,3 (dd, J=31,96Hz, J=35,72Hz, 2F).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 169,81 ; 154,92 ; 141,05 ; 136,90 ; 132,61 ; 131,88 ;
131,12 ; 118,76 ; 77,55 ; 77,44 ; 76,92 ; 70,21 ; 22,92 ; 19,90 ; 17,51 ; 14,98 ; 14,79 ;
14,34 ; 15,52 ; 12,77 ; 9,62.
[M+Na]=593,4647.
Synthèse d’iodure de (Benzo-15-couronne-5)-N-méthyl-4-stilbazolium 17 3-34
O
O
O
O
O
O
N B N
F F
O
O
O
N
I
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 775 mg de 4-formyle-
benzo-15-couronne-5 (1 eq, 2,61 mmol), 746 mg de 1,4-
diméthylquinolinium (1 eq, 2,61 mmol) et 10 gouttes de pipéridine sont
dissous dans 60 mL d’éthanol absolu et le milieu est agité au reflux de
l’éthanol pendant 6 h. Après retour à TA, l’agitation est maintenue 15 h
supplémentaires. Après filtration, lavage du précipité avec quelques mL
257

d’éther diéthylique et recristallisation dans l’éthanol absolu, le produit est obtenu sous forme
de solide noir (511 mg) avec un rendement de 35%.
[M+Na]=586,1076.
Synthèse de 4-formyl-benzo-15-couronne-5 18 3-36
O
O
258
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 900 mg de benzo-15-
couronne-5 (1 eq, 3,36 mmol) et 438 mg de hexaméthylènetetramine (1 eq,
3 mmol) sont dissous dans 3 mL d’acide trifluoroacétique TFA et le milieu
est agité à TA pendant 20 h. Après évaporation du TFA sous pression
réduite, le résidu est repris dans 100 mL d’eau et la phase aqueuse est
extraite avec 5 x 40 mL de CH2Cl2. Les phases organiques réunies sont lavées avec 100 mL
d’eau, séchées avec MgSO4 puis évaporées sous pression réduite. Le produit est obtenu sous
forme d’huile jaune (775 mg) avec un rendement de 78%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 9,79 (s, 1H, ArCOH), 7,40 (d, 3 J=8,4Hz, 1H, ArH), 7,34 (s,
1H, ArH), 6,90 (d, 3 J=8,4Hz, 1H, ArH), 4,15 (t, 3 J=6Hz, 4H, α-CH2), 3,89 (t, 3 J=6Hz, 4H, β-
CH2), 3,72 (s, 8H, γ-CH2 et δ-CH2).
Synthèse d’iodure de 1,4-diméthylquinolinium 19 3-38
N
O
O
I
O
O
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 7,95 mL de lépidine (1 eq,
60 mmol) sont dissous dans 20 mL d’acétonitrile. La température du milieu est
abaissée à 0°C à l’aide d’un bain de glace. 3,75 mL d’iodométhane (1 eq, 60
mmol) sont alors additionnés et le milieu est agité à TA pendant 35 h. Après
filtration et lavage du précipité avec de l’éther diéthylique, du chloroforme et de l’acétone, le
produit est obtenu sous forme de solide jaune (14,2 g) avec un rendement de 83%.
1 H RMN (300 MHz, DMSO-d6): δ 9,37 (d, 3 J=6Hz, 1H, ArH), 8,50 (m, 2H, ArH), 8,29 (t,
3 J=6Hz, 1H, ArH), 8,08 (m, 2H, ArH), 4,59 (s, 3H, + N-CH3), 3,02 (s, 3H, ArCH3).

Synthèse de 2-(4,10-Bis-diméthylcarbamoylméthyl-1,4,7,10-tetraaza(cyclododec-1-yl)-
N,N-diméthylacétamide 20 4-1
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 200 mg de cyclen
(1 eq, 1,16 mmol), 420 mg de 2-chloro-N,N-diméthylacétamide (3 eq,
3,48 mmol) et 480 mg de K2CO3 (3 eq, 3,48 mmol) sont dissous dans
15 mL d’acétonitrile. Le milieu est agité au reflux de l’acétonitrile
pendant 72 heures. Après retour à TA, le milieu est filtré sur célite,
puis la célite est lavée avec quelques mL d’acétonitrile. Les solvants
sont évaporés sous pression réduite. Une chromatographie sur colonne d’alumine (CH2Cl2
puis gradient de CH2Cl2/Méthanol jusqu’à 98/2) permet d’isoler le produit sous forme de
solide blanc (599 mg) avec un rendement de 59%.
1 H RMN (400 MHz, CDCl3): δ 10,0 (s, 1H, NH), 3,61 (s, 2H, CH2-acétamide), 3,58 (s, 4H,
CH2-acétamide), 3,09 (s, 8H), 3,04 (s, 3H), 2,96 (s, 6H), 2,90 (s, 10H), 2,84 (s, 7H).
13 C RMN (100 MHz, CDCl3): δ 170,25 ; 170,15 ; 55,51 ; 53,80 ; 51,70 ; 50,57 ; 49,72 ;
46,70 ; 36,39 ; 35,27.
[M+H]=428,33.
Synthèse de 2-(4,10-Bis-diméthylcarbamoylméthyl-1,4,7,10-tetraaza(cyclododec-1-yl)-
N,N-diméthylacétamide Eu(III) 20 [4-1.Eu(III)]
N
N
O
O
N
N
N
N N
N
O
O
O
Eu3 +
H
N
N N
O
N
H
N
N
Dans un ballon sous argon et agitation magnétique, 82 mg de 2-
(4,10-Bis-diméthylcarbamoylméthyl-1,4,7,10-tetraaza(cyclododec-
1-yl)-N,N-diméthylacétamide (1 eq, 0,23 mmol) et 155 mg de
[Eu(SO3CF3)3] (1 eq, 0,26 mmol) sont dissous dans 10 mL
d’acétonitrile distillé. Le milieu est dégazé trois fois par gel-dégel à
l’azote liquide. Le milieu est agité à 82°C pendant 24 heures. Après
retour à TA, le milieu est versé doucement dans 100 mL d’éther
diéthylique. Le produit est isolé par filtration de l’éther diéthylique, lavage avec CH2Cl2 et
CHCl3 et séchage sous pression réduite avec un rendement de 95%.
259

Synthèse de DPTS 21
L’acide p-toluènesulfonique est séché par une distillation azéotropique d’une solution dans le
toluène par un Dean-Starck. En parallèle, une solution équimolaire de diméthylaminopyridine
est chauffée dans le toluène et est ensuite introduite doucement à la solution anhydre d’acide
p-toluènesulfonique. L’ensemble est vigoureusement agité pendant plusieurs minutes. Après
retour à TA, le produit est obtenu par filtration (solide blanc cassé / jaune pâle) avec un
rendement quandtitatif.
Synthèse de 2-nitrobenzyl-2-(naphtalen-1-yl)acétate 21 4-2
260
NO2
O
O
Dans un ballon sous azote et agitation magnétique, 2,46 g d’acide
1-naphtyleacétique (1 eq, 13,2 mmol), 2,02 g d’alcool de 2-
nitrobenzyle (1 eq, 13,2 mmol) et 7,8 g de DPTS (2 eq, 26,4
mmol) sont dissous dans 100 mL de CH2Cl2 distillé. 3,3 g de
diisopropylcarbodiimide (2 eq, 26,4 mmol) sont alors additionnés et l’agitation est maintenue
à TA pendant 24 heures. Le milieu est alors filtré sur célite et les solvants sont évaporés sous
pression réduite. Le milieu brut est lavé au méthanol, et après recristallisation dans l’éther
diéthylique, le produit est obtenu sous forme de cristaux jaune pâle (2,32 g) avec un
rendement de 54%.
1 H RMN (300 MHz, CDCl3): δ 8,08-7,99 (m, 2H, ArH), 7,91-7,81 (m, 2H, ArH), 7,55-7,37
(m, 6H, ArH), 7,17 (m, 1H), 5,53 (s, 2H), 4,19 (s, 2H).
13 C RMN (75,5 MHz, CDCl3): δ 170,9 ; 147,4 ; 134,0 ; 133,7 ; 132,2 ; 132,1 ; 130,2 ; 128,9 ;
128,7 ; 128,4 ; 128,3 ; 126,6 ; 126,0 ; 125,7 ; 125,1 ; 123,8 ; 63,4 ; 39,3.
[M+Na]=344,09.

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