Réactions click one-pot en deux étapes séquentielles par addition d'aza-Michael et phoroCuAAC vers la synthèse de matériaux intelligents

One-pot sequential aza-Michael addition and photoCuAAC click reactions toward networks synthesis for smart materials

• Auteur / Autrice : Boyang Yin
• Direction : Céline Croutxé Barghorn, Christelle Delaite
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 07/10/2019
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photochimie et d'Ingenierie Macromoleculaires (LPIM) - EA 4567

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux intelligents

Réaction d'aza-Michael

Cyclisation (chimie)

Chimie click

Mots clés libres

Chimie click

PhotoCuAAC

Addition de Michael

Matériaux intelligents

Click chemistry

PhotoCuAAC

Michael addition

Smart materials

Résumé

Le concept de "Chimie Click" a été introduit par Sharpless en 2001 [1] pour décrire une série de réactions permettant de créer des liaisons covalentes rapidement et efficacement. La réaction la plus connue est la cycloaddition 1,3 polaire azoture-alcyne catalysée par le Cu(I) (CuAAC). Cette réaction est largement utilisée dans le domaine de la chimie de synthèse, la chimie médicinale ainsi que la chimie des matériaux.Le Cu(I) étant coûteux et facilement oxydable, il est souvent formé in-situ à partir d'un sel de Cu(II) par ajout d'un agent réducteur [2] ou par activation photochimique [3]. Dans la science des matériaux, la forte orthogonalité de la CuAAC permet de la combiner avec d'autres réactions pour faciliter la synthèse de polymères. Dans cette étude [4], nous nous sommes intéressés à une approche "one-pot" associant l'addition aza-Michael et la réaction de photoCuAAC pour créer de nouveaux matériaux possédants des propriétés d'auto-cicatrisation et d’effet mémoire de forme. Après avoir réalisé une addition d’aza-Michael entre une amine et un acrylate, la CuAAC est déclenchée par la lumière. Les matériaux polymères obtenus ont été caractérisés par Calorimétrie Différentielle à balayage (DSC) et Analyse Mécanique Dynamique (DMA). Cette méthodologie donne accès à la synthèse de matériaux intelligents avec un contrôle spatio-temporel de la réaction adapté au domaine des revêtements.

Click chemistry describes pairs of functional groups which rapidly and selectively reatl with each other under mild conditions. One of the most widely known click reaction is the Copper (I) Catalyzed Azide-Alkyne (CuAAC). In this reaction, the copper (I) can be formed by the in situ reduction of Cu(II) to Cu(I). This Cu(I) formation can not only be achieved by the direct addition of reductant such as ascorbic acid [1], but also by photoactivation [2]. Photo-CuAAC may be also combined with other photochemical pathways [3] to achieve new materials. In this work [4], we investigate the potential of two orthogonal chemistries, photo-CuAAC and aza-Michael addition to synthetize tailor-made polymeric films from a one-pot two-step approach. After a first reaction between a diamine and an acrylale bearing an alkyne fonction, chain-growth polymerization between a multifunctional azide and the dialkyne was light activated in presence of a copper complex. Kinetics of the aza-Michael addition and photo-CuAAC reaction have been investigated by liquid state 'H NMR and real-time Fourier Transform InfraRed spectroscopy (FTIR), respectively. Additionally, the thermo-mechanical properties of the networks have been characterized by differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA). The resulting polymer films present shape memory and self-healing properties. This work demonstrates a facile and well-defined spatio-temporal methodology for building polymer networks in order to obtain smart materials.