MC200043A1 - Highly fluorescent ampiphiles with non-ionic hydrophilic spacer: synthesis and applications in the field of surfactants - Google Patents

Highly fluorescent ampiphiles with non-ionic hydrophilic spacer: synthesis and applications in the field of surfactants

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MC200043A1
MC200043A1 MC2473A MC2473A MC200043A1 MC 200043 A1 MC200043 A1 MC 200043A1 MC 2473 A MC2473 A MC 2473A MC 2473 A MC2473 A MC 2473A MC 200043 A1 MC200043 A1 MC 200043A1
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Frederic Guittard
Natache Mureau
Serge Geribaldi
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Frederic Guittard
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Description

2 2

AMPHBPHILES HAUTEMENT FLUORES A ESPACEUR HYDROPHILE NON-IONIQUE : SYNTHESE ET APPLICATION DANS LE DOMAINE DES TENSIOACTIFS Highly fluorinated amphipaths with non-ionic hydrophilic spacer: synthesis and application in the field of surfactants

Les tensioactifs non-ioniques sont parfois confrontés à des problèmes de solubilité dans l'eau. 5 Trois stratégies peuvent être envisagées afin d'augmenter l'hydrophilie de la molécule tout en gardant la chaîne hydrophobe constante : Non-ionic surfactants sometimes face problems with water solubility. Three strategies can be considered to increase the hydrophilicity of the molecule while keeping the hydrophobic chain constant:

a) augmenter la longueur des chaînes polaires, Rp(CH2)pO(C2H40)nX a) increase the length of the polar chains, Rp(CH2)pO(C2H40)nX

c'est le cas, par exemple, des composés oligooxyéthylés [C. Selve, B. Castro, Tetrahedron 39 10 (1981)1313], This is the case, for example, with oligooxyethylated compounds [C. Selve, B. Castro, Tetrahedron 39 10 (1981)1313],

_-OH _-OH

b) multiplier la présence de sites hydrophiles, HON^_^r^^^NHCONHC2H4Rir b) increase the presence of hydrophilic sites, HON^_^r^^^NHCONHC2H4Rir

HO HO

c'est le cas, par exemple, des composés multisites oligohydroxylés [M.A. Jouani, F. Szonyi, H. 15 Trabelsi, A. Cambon, Bull. Soc. Chim. Fr. m (1994) 173], This is the case, for example, of oligohydroxylated multisite compounds [M.A. Jouani, F. Szonyi, H. Trabelsi, A. Cambon, Bull. Soc. Chim. Fr. m (1994) 173],

/(C^O^H /(C^O^H

c) augmenter le nombre de chaînes polaires, R^H^N c) increase the number of polar chains, R^H^N

\c2H40)nH \c2H40)nH

20 c'est le cas, par exemple, des composés polypôdes [F. Guittard, E. Taffin de Givenchy, A. Cambon, Tetrahedron Lett. 36 (1995) 7863], 20 This is the case, for example, of polypod compounds [F. Guittard, E. Taffin de Givenchy, A. Cambon, Tetrahedron Lett. 36 (1995) 7863],

La stratégie employée dans la présente invention pourrait se rapprocher du premier cas évoqué précédemment. The strategy employed in the present invention could be similar to the first case mentioned previously.

25 25

Les molécules perfluoroalkylées possédant un corps hydrophile non-ionique intercalé entre deux longues chaînes hydrophobes sont extrêmement rares dans la littérature. A notre connaissance, seuls deux exemples ont été décrits [E. Bollens, C. Mahieu, brevet US 6017547 (2000)][ T. Tashiro, K. Iwase, S. Yamada, A. Obayashi, brevet JP 322965 (1999)]. Les 30 auteurs revendiquent des composés polyfluorés mixtes de formules générales respectives Rf<CH2)nX[C3H5(OH)]YRH et RfCH2CH(0H)CH2O(C2H4O)nRH possédant 1 chaîne perfluoroalkylée et 1 chaîne hydrocarbonée. L'originalité des molécules synthétisées et Perfluoroalkyl molecules possessing a non-ionic hydrophilic group intercalated between two long hydrophobic chains are extremely rare in the literature. To our knowledge, only two examples have been described [E. Bollens, C. Mahieu, US patent 6017547 (2000)][T. Tashiro, K. Iwase, S. Yamada, A. Obayashi, JP patent 322965 (1999)]. The 30 authors claim mixed polyfluorinated compounds with the respective general formulas Rf<CH2)nX[C3H5(OH)]YRH and RfCH2CH(OH)CH2O(C2H4O)nRH, possessing one perfluoroalkyl chain and one hydrocarbon chain. The originality of the synthesized molecules and

3 3

présentées dans cette invention réside dans le fait qu'elles possèdent 2 chaînes perfluoroalkylées hydrophobes et oléophobes. De telles molécules pourraient être à rapprocher, dans leur structure (voire dans leur comportement), des « geminis » [F.M. Menger, 5 J.S. Keiper, Angew. Chem. Int. Ed. 39 (2000) 1906] à la différence près que les geminis possèdent deux têtes chargées et font donc partie de la classe des tensioactifs ioniques. The advantage presented in this invention lies in the fact that they possess 2 hydrophobic and oleophobic perfluoroalkyl chains. Such molecules could be compared, in their structure (or even in their behavior), to "geminis" [F.M. Menger, 5 J.S. Keiper, Angew. Chem. Int. Ed. 39 (2000) 1906] with the difference that geminis have two charged heads and are therefore part of the class of ionic surfactants.

La présente invention concerne la synthèse de composés totalement originaux de type diester possédant un cœur hydrophile non-ionique oligooxyéthylé et deux chaînes pendantes 10 hydrophobes et oléophobes partiellement fluorées positionnées en a, © de la partie polaire. Ils peuvent être schématisés par la formule générale suivante : The present invention relates to the synthesis of entirely original diester-type compounds having a non-ionic, oligooxyethylated hydrophilic core and two partially fluorinated hydrophobic and oleophobic pendant chains positioned at a, c of the polar portion. They can be schematically represented by the following general formula:

O O O O

Il II II

RF(CH2)3C0(C2H40)nC(CH2)3RF RF(CH2)3CO(C2H4O)nC(CH2)3RF

15 dans laquelle R/r est une chaîne perfluorée et en particulier Rf = C4F9, CôF 13, CSF17 et n est un nombre entier au moins égal à 1 et en particulier n = 2, 4 et 6 15 in which R/r is a perfluorinated chain and in particular Rf = C4F9, C4F13, CSF17 and n is an integer at least equal to 1 and in particular n = 2, 4 and 6

Ils sont préparés à partir de nouveaux intermédiaires réactionnels de type chlorure d'acide, Rf{CH2)3COCl (eux-mêmes issus de la condensation malonique [N. Mureau, F. Guittard, S. 20 Géribaldi, Tetrahedron Lett. 41 (2000) 2885]) par double condensation sur différents polyéthylène glycols. La présente invention peut se résumer par le schéma réactionnel suivant : They are prepared from novel acid chloride-type reaction intermediates, Rf(CH2)3COCl (themselves obtained from malonic condensation [N. Mureau, F. Guittard, S. Géribaldi, Tetrahedron Lett. 41 (2000) 2885]) by double condensation on various polyethylene glycols. The present invention can be summarized by the following reaction scheme:

R^(CHo)3COOH —PCls > R^CH^COCl 1/2 > R^(CHo)3COOH —PCls > R^CH^COCl 1/2 >

étape 1 étape 2 Step 1 Step 2

la-c o o la-c o o

25 II II 25 II II

IV(CH2)3C0(C2H40)nC(CH2)3R^ IV(CH2)3CO(C2H4O)nC(CH2)3R^

Ila-i Ila-i

Dans ce qui suit, les modes opératoires et l'identification de quelques exemples de composés synthétisés sont détaillés à titre d'illustration de la présente invention mais ne sont nullement limitatifs. In what follows, the operating procedures and the identification of some examples of synthesized compounds are detailed by way of illustration of the present invention but are in no way limiting.

M M

synthèse des chlorures de 4-F-aIkvlbutanovle Ia-c (étape 1) synthesis of 4-F-αIκαλλαν ...

Dans un ballon de 50ml équipé d'une agitation magnétique et surmonté d'un réfrigérant, sous atmosphère d'azote, on place 0,01 mole d'acide et 1,1 équivalent de pentachlorure de phosphore. Le mélange se liquéfie à température ambiante, puis il est maintenu à 70°C pendant 5 3h. POCI3 est éliminé à température ambiante sous vide (20 mmHg), puis le chlorure d'acide est purifié par distillation. Les rendements sont compris entre 91 et 95%. In a 50 mL round-bottom flask equipped with a magnetic stirrer and a condenser, under a nitrogen atmosphere, 0.01 moles of acid and 1.1 equivalents of phosphorus pentachloride are placed. The mixture liquefies at room temperature and is then maintained at 70°C for 3 hours. POCI3 is removed at room temperature under vacuum (20 mmHg), and the acid chloride is then purified by distillation. Yields range from 91% to 95%.

identification à titre d'exemple du composé CiFc/CHACOCl identification as an example of the compound CiFc/CHACOCl

RMN JH (CDCI3/TMS) 6 (ppm) : 3,05 (t, 2H, 3J = 6,8 Hz) ; 2,13 (m, 4H). JH NMR (CDCI3/TMS) 6 (ppm): 3.05 (t, 2H, 3J = 6.8 Hz); 2.13 (m, 4H).

10 10

synthèse des diesters oligooxvéthvlés Ha-i (étape 2) synthesis of oligooxidive Ha-i diesters (step 2)

Dans un ballon de 50ml équipé d'une agitation magnétique et surmonté d'un réfrigérant, sous atmosphère d'azote, on mélange 4,5.10"3 mole de diol polyoxyéthylé à 0,01 mole de chlorure d'acide. Le mélange réactionnel est chauffé à 70°C pendant 20h. L'excès de chlorure d'acide 15 est éliminé au Kugelrohr puis le produit est purifié par chromatographie sur gel de silice (solvant : méthanol). Les rendements sont compris entre 97 et 99%. In a 50 mL round-bottom flask equipped with a magnetic stirrer and a condenser, under a nitrogen atmosphere, 4.5 × 10⁻³ moles of polyoxyethyl diol are mixed with 0.01 moles of acid chloride. The reaction mixture is heated to 70°C for 20 h. Excess acid chloride is removed using a Kugelrohr, and the product is then purified by silica gel chromatography (solvent: methanol). Yields range from 97% to 99%.

identification à titre d'exemple du composé C JnfCHï^COofCïHjO^COfCHï^CfiEjj RMN 'H (CD3OD/TMS) ô (ppm) : 4,23 (t, 4H, 3J = 4,70 Hz) ; 3,68 (t, 4H, 3J - 4,70 Hz) ; 20 3,62 (s, 8H) ; 2,49 (t, 4H, 3J = 7,15 Hz) ; 2,25 (m, 4H) ; 1,91 (m, 4H). identification as an example of the compound C JnfCHï^COofCïHjO^COfCHï^CfiEjj ¹H NMR (CD3OD/TMS) ô (ppm): 4.23 (t, 4H, 3J = 4.70 Hz); 3.68 (t, 4H, 3J - 4.70 Hz); 20 3.62 (s, 8H); 2.49 (t, 4H, 3J = 7.15 Hz); 2.25 (m, 4H); 1.91 (m, 4H).

Masse (ESI, mode positif) : 705 ( 100%) [M+Na]+. Mass (ESI, positive mode): 705 (100%) [M+Na]+.

L'évaluation des propriétés tensioactives est réalisée à travers l'étude des courbes de tension superficielle en fonction du logarithme de la concentration Ys = f 0og C). Ces courbes (cf. 25 figures 1 et 2) ont permis de déterminer la valeur des concentrations micellaires critiques et des tensions superficielles correspondantes pour les composés synthétisés (excepté pour le composé Ilg qui est insoluble dans l'eau). Les résultats sont rassemblés dans le tableau 1. Les tendances généralement observées dans la littérature en série perfluorée sont une diminution des tensions superficielles et des CMC avec l'augmentation de la quantité de fluor 30 dans la molécule. Lorsque l'on compare les résultats obtenus pour un même nombre de motif oxyéthylé (n = 2), on constate bien une diminution des Ys avec l'augmentation de la longueur de la chaîne perfluorée. Par contre, les valeurs de CMC augmentent. De la même façon, les The evaluation of surfactant properties is carried out through the study of surface tension curves as a function of the logarithm of concentration (Ys = f(0og) C). These curves (see Figures 1 and 2) allowed the determination of the critical micelle concentrations and corresponding surface tensions for the synthesized compounds (except for compound Ilg, which is insoluble in water). The results are summarized in Table 1. The trends generally observed in the literature for perfluorinated series are a decrease in surface tensions and CMCs with increasing amounts of fluorine-30 in the molecule. When comparing the results obtained for the same number of oxyethyl groups (n = 2), a decrease in Ys is indeed observed with increasing length of the perfluorinated chain. Conversely, the CMC values increase. Similarly, the

6 6

variations de ys en fonction de l'augmentation du nombre n de motif (C2H4O) (pour une même chaîne fluorée R/r = C6F13) sont inattendues : ys diminue avec n croissant alors que, proportionnellement, la quantité de fluor diminue. Par contre, la CMC augmente lorsque le nombre n de motif éthoxylé augmente. Quoi qu'il en soit, ces évolutions inhabituelles sont très intéressantes et constituent un aspect de la présente invention. The variations in ys as a function of increasing number n of (C2H4O) motifs (for the same fluorinated chain R/r = C6F13) are unexpected: ys decreases with increasing n, while proportionally, the amount of fluorine decreases. Conversely, the CMC increases when the number n of ethoxylated motifs increases. Nevertheless, these unusual developments are very interesting and constitute an aspect of the present invention.

Tableau 1 : propriétés tensioactives des diesters oligooxyéthylés Table 1: Surfactant properties of oligooxyethylated diesters

No.

IV, n ys (mN.m"1)* IV, n ys (mN.m"1)*

ys (mN.m"1)** ys (mN.m"1)**

CMC (mol.1'1) CMC (mol.1'1)

Ha Ha

C4F9, 2 C4F9, 2

28,5 28.5

36,3 36.3

2,86.10-5 2.86.10-5

Hd HD

CÔF 13, 2 CÔF 13, 2

26,7 26.7

29,3 29.3

7 O 7 O

00 00

Hg Hg

C8F17, 2 C8F17, 2

insoluble (limite de solubilité < 9.10° mol.l"1) insoluble (solubility limit < 9.10° mol.l"1)

ne born

CÔFis, 4 CÔFis, 4

20,6 20.6

21,2 21.2

4,91.10"4 4.91.10"4

Hf Hf

C6Fi3, 6 C6Fi3, 6

18,5 18.5

19,4 19.4

9,77.10"4 9.77.10"4

* valeurs mesurées pour des concentrations de tensioactifs à 0.1 % ** valeurs relevées à la CMC * Values measured for surfactant concentrations of 0.1% ** Values recorded at the CMC

10 10

i i 1 1 1 ! log C i i 1 1 1 ! log C

0 0

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

30 30

Figure 1 : tensions superficielles en fonction du logarithme des concentrations pour les diesters oligooxyéthylés à chaîne F-hexylée Figure 1: Surface tensions as a function of the logarithm of concentrations for F-hexylated oligooxyethyl diesters

7 7

20 20

25 25

30 30

Claims (7)

REVENDICATIONSDEMANDS 1) précurseurs partiellement fluorés répondant à la formule générale : R^CHs^COCl dans laquelle Rf est une chaîne perfluorée CnF2n+i (plus particulièrement R/r est une chaîne 5 F-butylée, F-hexylée ou F-octylée).1) partially fluorinated precursors corresponding to the general formula: R^CHs^COCl in which Rf is a perfluorinated CnF2n+i chain (more particularly R/r is a 5 F-butyl, F-hexylated or F-octylated chain). O OO O 2) composés de type diester oligooxyéthylé de formule : R^Ctb^CO^titO^C^Hh^Rp dans laquelle Rf est une chaîne perfluorée CnF2n+i (en particulier R/r est une chaîne F-butylée, F-hexylée ou F-octylée) et n est un nombre entier au moins égal à 1 (en particulier 10 n vaut 2, 4 ou 6).2) oligooxyethylated diester type compounds of formula: R^Ctb^CO^titO^C^Hh^Rp in which Rf is a perfluorinated CnF2n+i chain (in particular R/r is an F-butyl, F-hexylated or F-octylated chain) and n is an integer at least equal to 1 (in particular n is 2, 4 or 6). 3) procédé de fabrication des composés selon les revendications 1 et 2 décrits dans la présente invention.3) method of manufacturing the compounds according to claims 1 and 2 described in the present invention. 15 4) application des composés selon la revendication 1 en tant qu'intermédiaires réactionnels.15 4) application of the compounds according to claim 1 as reaction intermediates. 5) application des composés selon la revendication 1 dans la synthèse de tensioactifs hautement fluorés pour la formation d'édifices moléculaires organisés (cristaux liquides, vésicules, émulsions, microémulsions).5) application of the compounds according to claim 1 in the synthesis of highly fluorinated surfactants for the formation of organized molecular structures (liquid crystals, vesicles, emulsions, microemulsions). 6) application des composés selon la revendication 2 comme tensioactifs.6) application of the compounds according to claim 2 as surfactants. 7) application des composés selon la revendication 2 en tant qu'agent utilisable dans les A3 F (agents formant des films flottants) et dans les formulations de substituts sanguins.7) application of the compounds according to claim 2 as an agent usable in A3 F (floating film forming agents) and in blood substitute formulations. y Jy J
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