EP4301738A1 - (méth)acrylates contenant un motif 4-thiazolidinone et leurs polymères - Google Patents

(méth)acrylates contenant un motif 4-thiazolidinone et leurs polymères

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Publication number
EP4301738A1
EP4301738A1 EP22710665.5A EP22710665A EP4301738A1 EP 4301738 A1 EP4301738 A1 EP 4301738A1 EP 22710665 A EP22710665 A EP 22710665A EP 4301738 A1 EP4301738 A1 EP 4301738A1
Authority
EP
European Patent Office
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formula
monomer
reaction
meth
acrylate
Prior art date
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Pending
Application number
EP22710665.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Milan Fedurco
Marco Ribezzo
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D277/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings
    • C07D277/02—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings not condensed with other rings
    • C07D277/04—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D277/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings
    • C07D277/02—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings not condensed with other rings
    • C07D277/08—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member
    • C07D277/12—Heterocyclic compounds containing 1,3-thiazole or hydrogenated 1,3-thiazole rings not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D277/14—Oxygen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D415/00—Heterocyclic compounds containing the thiamine skeleton
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F120/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F120/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F120/10—Esters
    • C08F120/38—Esters containing sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F122/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof
    • C08F122/10—Esters
    • C08F122/1006—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols, e.g. ethylene glycol dimethacrylate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F128/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur
    • C08F128/06—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur by a heterocyclic ring containing sulfur

Definitions

  • the field of the present invention is that of acrylate or methacrylate monomers comprising a 4-thiazolidinone unit intended for use in the synthesis of polymers by radical polymerization, in particular activated by photoactivatable catalysts.
  • the inventors have developed new monomers which make it possible to remedy these drawbacks in the synthesis of polymers containing 4-thiazolidinone units, by using compounds, amine or aldehyde, which are heterodifunctional. Thanks to these new monomers, there is no evolution of water and no 2-mercaptopropionic acid is used in the synthesis of such polymers containing 4-thiazolidinone units.
  • a first object of the invention is a monomer which contains a 4-thiazolidinone unit connected to a benzene nucleus and which contains a group comprising a (meth)acrylate function, which monomer is of formula (1-1) wherein Y is (meth)acrylate, Q is methyl, A is a spacer which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y, Ri is alkyl, m is an integer ranging from 0 to 4, R2 is hydrogen or is a group of formula (I-R2),
  • Y' being identical to Y
  • Q' being identical to Q
  • A' being identical to A
  • A' connecting the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y', the symbol * designating the carbon atom connected to a carbon of the benzene ring by covalent bond
  • the spacers being a divalent alkanediyl chain which can be interrupted by one or more oxygen atoms or by one or more COO, OCO functions or alternatively be substituted by one or more OH functions.
  • Another object of the invention is a process for the synthesis of a monomer in accordance with the invention which comprises two reactions, the first reaction being a condensation reaction of an aldehyde of formula (II), of a compound (III ) and a compound of formula (IV), the second reaction being an esterification reaction to insert the (meth)acrylate function into the reaction product of the first reaction, the compound (III) being of formula Y1-B-NH2,
  • the invention also relates to a polymer containing units of a monomer in accordance with the invention.
  • the invention also relates to a polymer obtained by radical polymerization of a monomer in accordance with the invention, alone or as a mixture with another (meth)acrylate monomer.
  • the invention also relates to a process for the synthesis of a polymer which comprises the radical polymerization of a monomer in accordance with the invention in the presence of a catalyst which can be photoactivated by irradiation with ultraviolet-visible light.
  • the compounds mentioned in the description can be of fossil origin or biobased. In the latter case, they can be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. In the same way, the compounds mentioned can also come from the recycling of materials already used, that is to say they can be, partially or totally, from a recycling process, or obtained from materials raw materials themselves from a recycling process.
  • the term “hydroxyl” means the OH group
  • “carboxyl” means the COOH function.
  • the monomer in accordance with the invention is represented by the following formulas (l-la) and (l-lb) in which Y is (meth)acrylate, Q is methyl, A is a spacer which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring at Y; R 1 is alkyl, m is an integer ranging from 0 to 4, R 2 is hydrogen, Y' is identical to Y; Q' is the same as Q, A' which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y' is the same as A.
  • the monomer in accordance with the invention therefore has the essential characteristic of containing a 4-thiazolidinone unit which is directly linked to a benzene ring, substituted or not. It also has the other characteristic of being a compound which contains an acrylate or methacrylate function carried by one or more of the symbols Y, Y′.
  • m is preferably equal to 0.
  • R 2 is preferentially para or meta relative to the thiazolidinone ring, more preferentially para relative to the thiazolidinone ring.
  • the spacers represented respectively by the symbols A and A′ make it possible to connect the thiazolidinone rings to the functional groups represented respectively by the symbols Y and Y′.
  • the alkanediyls represented respectively by the symbols A and A′ are preferably linear.
  • the alkanediyls of the spacers represented respectively by the symbols A and A′ preferably contain 2 to 20 carbon atoms, more preferably are ethanediyl.
  • the alkyl groups in the formulas (I-1), (I-R2) can be linear, branched or cyclic. They are preferably linear. They preferably contain 1 to 12 carbon atoms.
  • the alkyl groups represented by the symbols R 1 , R 2 are preferentially alkyls having 1 to 3 carbon atoms, more preferentially are methyl. It follows that the alkyl group represented by the symbol R of formula (II) of the compound useful for the synthesis of the monomer is also preferably an alkyl having 1 to 6 carbon atoms, more preferably is methyl.
  • the monomer of formula (1-1) can be represented by formula (l-2a) or formula (l-2b) in which Y is (meth)acrylate, Q is methyl, A is a spacer which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y, R2 is hydrogen, Y' is identical to Y; Q' is the same as Q, A' which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y' is the same as A.
  • the monomer is of formula (1-3a-acryl), (1-3a-methacryl), (1-3b-acryl) or (1-3b-methacryl), Q and Q′ being methyl.
  • a and A' are alkanediyl, preferably alkanediyls having 2 to 20 carbon atoms in the formulas (l-la), (l-lb), (l-2a), ( 1-2b), (1-3a-acryl), (1-3a-methacryl), (1-3b-acryl), (1-3b-methacryl, more preferably ethanediyl.
  • a and A' have the formula -(C y H 2y )-CH2-CH(OH)-CH2- or -(C y H 2y )-COO-CH 2 -CH 2 - in the formulas (l-la), (l-lb), (l-2a), (l-2b), (l-3a-acryl), (l-3a-methacryl), (l-3b- acryl), (1-3b-methacryl), preferably A and A' are of formula -(C y H 2y )-CH2-CH(OH)-CH2-.
  • y integer preferably varies from 2 to 6.
  • y is equal to 2 due to the commercial availability of the precursors useful for the synthesis of the monomer.
  • a and A' have the formula -(C y H 2y )-(C z H 2Z 0) p -, y, z and p being integers in the formulas (l- la), (l-lb), (l-2a), (l-2b), (l-3a-acryl), (l-3a-methacryl), (l-3b-acryl), (l-3b- methacryl).
  • integer y preferentially varies from 2 to 6
  • z preferentially varies from 2 to 6
  • the values of y and z are advantageously chosen equal to 2 due to the commercial availability of the precursors useful for the synthesis of the monomer.
  • a and A' are a chain formed from an alkanediyl -(C y H 2y )- and a polar group of formula CH2- CH(OH)-CH2- or-(C y H 2y )-COO-CH2-CH2- linked together via a polyether chain of formula -(C Z H 2Z 0) P -, y, z and p being integers.
  • y varies from 2 to 6, z from 2 to 6, p from 1 to 20.
  • the values of y and z are advantageously chosen equal to 2 because of the commercial availability of precursors useful for the synthesis of the monomer.
  • the monomer according to the invention is typically prepared by a process which comprises two reactions.
  • the first reaction is a condensation reaction of an aldehyde of formula (II), of a compound (III) and of a compound of formula (IV) to form the intermediate compounds of formula (V), the compound (III) being of formula Y1-B-NH2, Yi being hydroxyl or carboxyl, Qi being methyl, B being a divalent group which links the nitrogen atom to Yi, Ri being alkyl, m being an integer ranging from 0 to 4, R being hydrogen or an aldehyde function.
  • Yi is hydroxyl or carboxyl
  • Qi is methyl
  • B is a divalent carbon group which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Yi
  • Ri is alkyl
  • m is an integer ranging from 0 to 4
  • R'2 is hydrogen, or a group of formula (V-R2)
  • the first reaction of the process leads to an intermediate compound of formula (V) in which R is of formula (V-R2)
  • the second reaction leads to the monomer of formula (1-1) in which R2 is of formula (I-R2).
  • the second reaction is a reaction to insert the (meth)acrylate function into the intermediate compound of formula (V).
  • the second reaction is typically an esterification reaction of the alcohol with (meth)acrylic acid.
  • the acid chloride of (meth)acrylic acid can be used instead of (meth)acrylic acid.
  • the second reaction is typically an esterification reaction of an alcohol bearing a (meth)acrylate function with the acid.
  • the alcohol bearing a (meth)acrylate function is, for example, 2-hydroxyethyl(meth)acrylate.
  • monomers according to the invention can be prepared by a process involving one or other of the following reaction sequences:
  • Sequence 1 The reaction conditions for synthesizing the monomer are adapted by those skilled in the art according to the reaction scheme involved and taking into account the solubility of each of the substrates and the stoichiometry of the reaction.
  • the monomers in accordance with the invention are used in processes for the synthesis of polymers by polymerization reaction of the (meth)acrylate function, in particular in the presence of molecules which are activated when they are exposed to irradiation of ultraviolet-visible light. .
  • Such molecules are photoactivatable catalysts whose role is to activate the initiation reaction of the radical polymerization reaction of the (meth)acrylate function.
  • photoactivatable catalyst mention may be made of 2,4,6-trimethylbenzoylphenyl phosphinate marketed under the name “Irgacure TPO-L”, phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyljphosphine) oxide marketed under the name “Irgacure 819” , diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide sold under the name "Irgacure TPO”, 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone sold under the name "Irgacure 2959”.
  • the monomer in accordance with the invention can be polymerized alone or be copolymerized with another monomer, in particular (meth)acrylate.
  • another monomer in particular (meth)acrylate.
  • comonomer mention may be made of a monomer which is also in accordance with the invention and which differs from the first by its chemical structure.
  • any free-radically polymerizable monomer may be suitable.
  • monomers comprising an acrylate or methacrylate function such as isobornylacrylate, lauryl methacrylate, diethylene glycol monomethyl ether methacrylate, hexanediol diacrylate, di(ethylene glycol) diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate.
  • the monomer in accordance with the invention can also be copolymerized with a prepolymer carrying functions which can be polymerized by the radical route, in particular (meth)acrylates.
  • prepolymers mention may very particularly be made of polyurethanes bearing a (meth)acrylate function at their chain ends, such as the photoactivatable polyurethane prepolymers marketed for example under the name “TRIXENE” (Chemtura/Lanxess, Italy), “ BOMAR” (DYMAX, USA), or “Ebecryl” (Allnex, USA).
  • the monomers in accordance with the invention also have the advantage of polymerizing in a few minutes, typically in less than 3 minutes, under irradiation with ultraviolet-visible light in the presence of a photoactivatable catalyst.
  • the monomers in accordance with the invention therefore show all their interest in the synthesis of polymers by 3D printing under irradiation with ultraviolet light.
  • Mode 1 Monomer which contains a 4-thiazolidinone unit linked to a benzene nucleus and which contains a group containing a (meth)acrylate function, which monomer has the formula (1-1) wherein Y is (meth)acrylate, Q is methyl, A is a spacer which connects the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y, Ri is alkyl, m is an integer ranging from 0 to 4, R2 is hydrogen or is a group of formula (I-R2),
  • Y' being identical to Y
  • Q' being identical to Q
  • A' being identical to A
  • A' connecting the nitrogen atom of the thiazolidinone ring to Y', the symbol * designating the carbon atom connected to a carbon of the benzene ring by covalent bond
  • the spacers being a divalent alkanediyl chain which can be interrupted by one or more oxygen atoms or by one or more COO, OCO functions or alternatively be substituted by one or more OH functions.
  • Mode 2 Monomer according to mode 1 in which R2 is para or meta with respect to the thiazolidinone ring when it is different from a hydrogen atom.
  • Mode 3 Monomer according to mode 1 or 2 in which R2 is para to the thiazolidinone ring when it is different from a hydrogen atom.
  • Mode 4 Monomer according to any one of modes 1 to 3 in which m is equal to 0.
  • Mode 5 Monomer according to any one of modes 1 to 4 in which the alkyls represented by
  • R1, R2 are alkyls having 1 to 3 carbon atoms.
  • Mode 6 Monomer according to any one of modes 1 to 5 in which the alkyls represented by R1, R2 are methyl.
  • Mode 7 Monomer according to any one of modes 1 to 6 in which A and A' are alkanediyl.
  • Mode 8 Monomer according to any one of modes 1 to 7 in which A and A' are alkanediyls having 2 to 20 carbon atoms.
  • Mode 9 Monomer according to any one of modes 1 to 8 in which A and A' are ethanediyl.
  • Mode 10 Monomer according to any one of modes 1 to 6 in which A and A' have the formula - (C y H 2y )-CH 2 -CH(OH)-CH 2 - or -(C y H 2y ) -COO-CH 2 -CH 2 -, y being an integer.
  • Mode 11 Monomer according to any one of modes 1 to 6 in which A and A' have the formula - (C y H 2y )-(CzH 2z O)p-, y, z and p being integers.
  • Mode 12 Monomer according to any one of modes 1 to 6 in which A and A' are a chain formed from an alkanediyl -(C y H 2y )- and from a polar group of formula CH 2 -CH(OH )-CH 2 - or-(C y H 2y )-COO-CH 2 -CH 2 - linked together via a polyether chain of formula -(C z H 2z O) p -, y, z and p being integers.
  • Mode 13 Monomer according to any one of modes 10 to 12 in which y is equal to 2.
  • Mode 14 Process for the synthesis of a monomer defined in any one of modes 1 to 13 which comprises two reactions, the first reaction being a condensation reaction of an aldehyde of formula (II), of a compound (III ) and a compound of formula (IV), the second reaction being an esterification reaction to insert the (meth)acrylate function into the reaction product of the first reaction, the compound (III) being of formula Y I -B-NH 2 ,
  • Yi being hydroxyl or carboxyl, Q 1 being methyl, B being a divalent carbon group which links the nitrogen atom to Yi, Ri being alkyl, m being an integer ranging from 0 to 4, R being hydrogen or an aldehyde function.
  • Mode 15 Polymer containing units of a monomer defined in any of modes 1 to 13.
  • Mode 16 Polymer obtained by radical polymerization of a monomer defined in any one of modes 1 to 13, alone or as a mixture with another (meth)acrylate monomer.
  • Mode 17 A process for synthesizing a polymer which comprises the radical polymerization of a monomer defined in any one of Modes 1 to 13 in the presence of a photoactivatable catalyst with irradiation of ultraviolet-visible light.
  • Thermal characterizations by differential scanning calorimetry were carried out with a Mettler Toledo DSC3 device.
  • the sample (about 10 mg) is weighed and sealed in a crucible 40 ⁇ L aluminum.
  • the crucible is pierced with a fine needle just before the measurement. Dry nitrogen is used as purge gas with a flow of 30 mL min -1 .
  • Two successive cycles of heating and cooling are carried out identically. For each cycle, the sample as well as an empty reference crucible are heated from a minimum temperature to a maximum temperature at 10°C min -1 . The temperature is maintained for 2 minutes at the maximum temperature, then it is cooled from the maximum temperature to the minimum temperature at 10° C. min -1 .
  • the glass transition temperature (Tg) and the melting temperature (Tm) are measured at the second cycle. If necessary, in the event of loss of mass observed during the second cycle, a third cycle is carried out under the same conditions as the second cycle.
  • the glass transition temperature corresponds to the temperature Tmg “midpoint temperature” as defined in standard ASTM D3418-99.
  • the melting temperature (Tm) corresponds to the tip of the melting peak.
  • a light yellow oil is obtained and is diluted in 30 ml of chloroform.
  • the residual methacrylic anhydride is hydrolyzed to sodium methacrylate under basic conditions by adding 10 ml of a buffer solution of NaHCC>3 (pH 9) in a separatory funnel.
  • the organic phase is recovered.
  • Another 30 ml of CHCl3 are added for the extraction operation which is repeated a second time.
  • the recovered organic phases are washed with water, then treated with 1% hydrochloric acid until a neutral pH of the aqueous phase is obtained.
  • the organic phase is dried over anhydrous sodium sulfate, filtered through a 5 mil nylon filter. Then 8 mg MEHQ are added to the organic phase, the chloroform is removed by distillation to isolate the methacrylate.
  • the reaction medium is stirred at a temperature of 23° C. for 16 hours under a slight flow of nitrogen. Ethanol is removed by distillation at 40°C. Then 50 ml of ethyl acetate are added, followed by 10 ml of 1% hydrochloric acid. The organic phase is separated in a separating funnel and is washed twice with 10 ml of water. Then, 5 mg of an inhibitor, 4-methylphenol (200 ppm), are added and the ethyl acetate is removed by distillation at 40°C. A viscous transparent liquid is obtained. The monomer is purified by chromatography with a heptane:ethyl acetate and methanol mixture (5:5:1, by volume).
  • the monomer is synthesized according to the following reaction sequence with the synthesis of 2,2'-(1,4-phenylene)bis[3-(2-hydroxyethyl)-5-methyl-1,3-thiazolidin-4-one] as intermediate product:
  • 2,2'-(l,4-phenylene) bis[3-(2-hydroxyethyl)-5-methyl-l,3-thiazolidin-4-one] (793 mg, 2 mmol) and acid anhydride methacrylic acid (630 ml, 2 mmol) are dissolved in 70 ml of acetonitrile, then 4.89 mg of dimethylaminopyridine (0.04 mmol) are added.
  • the reaction medium is heated at 55° C. for 15 hours.
  • the reaction medium is then filtered through a 5 ⁇ m nylon filter.
  • 8 mg of inhibitor, 4-methoxyphenol (MEHQ) are added to the solution and the acetonitrile is removed by distillation at 50° C. using a rotary evaporator.
  • a light yellow oil is obtained and is diluted in 30 ml of chloroform.
  • the residual methacrylic anhydride is hydrolyzed to sodium methacrylate under basic conditions by adding 10 ml of a buffer solution of NaHCC>3 (pH 9) in a separatory funnel.
  • the organic phase is recovered.
  • Another 30 ml of CHCl 3 are added for the extraction operation which is repeated a second time.
  • the recovered organic phases are washed with water, then treated with 1% hydrochloric acid until a neutral pH of the aqueous phase is obtained.
  • the organic phase is dried over anhydrous sodium sulphate, filtered through a 5 ⁇ m nylon filter. Then 8 mg MEHQ are added to the organic phase, the chloroform is removed by distillation to isolate the methacrylate.

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Abstract

L'invention concerne des monomères qui contiennent un motif 4-thiazolidinone relié à un noyau benzénique et qui contiennent une fonction (méth)acrylate, ainsi que leur procédé de synthèse et leur utilisation dans la synthèse de polymères par voie radicalaire.

Description

(Méth)acrylates contenant un motif 4-thiazolidinone et leurs polymères
Le domaine de la présente invention est celui des monomères acrylates ou méthacrylates comprenant un motif 4-thiazolidinone destinés à être utilisés dans la synthèse de polymères par polymérisation radicalaire, notamment activée par des catalyseurs photoactivables.
La synthèse de polymères comprenant des motifs 4-thiazolidinone est décrite dans le journal Polymer Chemistry, 2014, 5, 2695. Elle est réalisée par réaction de polycondensation entre l'acide 2- mercaptopropionique, une diamine comme l'hexaméthylènediamine et un dialdéhyde comme le téréphtalaldéhyde. Les auteurs de la publication mettent en avant que le procédé de synthèse du polycondensat est respectueux vis-à-vis de l'environnement, car la réaction de polycondensation est conduite à température ambiante en l'absence de catalyseur et génère comme sous-produit seulement de l'eau.
La formation d'eau dans le polymère se traduit inévitablement par la présence d'humidité dans le polymère. Dans le cas de l'utilisation du polymère au contact d'un élément métallique oxydable, il est alors nécessaire d'éliminer autant que possible l'humidité résiduelle dans le polymère pour éviter la corrosion de l'élément métallique.
Par ailleurs, la synthèse du polymère s'avère très incommodante pour le voisinage, car elle s'accompagne d'une odeur très désagréable en raison de l'utilisation en grande quantité de l'acide 2- mercaptopropionique.
Les inventeurs ont mis au point des nouveaux monomères qui permettent de remédier à ces inconvénients dans la synthèse de polymères contenant des motifs 4-thiazolidinone, en utilisant des composés, amine ou aldéhyde, qui sont hétérodifonctionnels. Grâce à ces nouveaux monomères, il n'y a pas de dégagement d'eau et il n'est pas utilisé d'acide 2-mercaptopropionique dans la synthèse de tels polymères contenant des motifs 4-thiazolidinone.
Par ailleurs, il est connu de copolymériser par voie radicalaire des polyuréthanes fonctionnalisés en extrémité de chaîne (méth)acrylate avec des comonomères (méth)acrylates conventionnels. L'intérêt pour ces prépolymères est grandissant avec l'utilisation de l'impression 3D, car ils sont polymérisables par activation photochimique. Les polymères ainsi obtenus trouvent des champs d'application très variés allant des prothèses auditives aux pneumatiques.
Ainsi, un premier objet de l'invention est un monomère qui contient un motif 4-thiazolidinone relié à un noyau benzénique et qui contient un groupe comportant une fonction (méth)acrylate, lequel monomère est de formule (1-1) dans laquelle Y est (méth)acrylate, Q est méthyle, A est un espaceur qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y, Ri est alkyle, m est un entier allant de 0 à 4, R2 est hydrogène ou est un groupe de formule (I-R2),
Y' étant identique à Y, Q' étant identique à Q, A' étant identique à A, A' reliant l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y', le symbole * désignant l'atome de carbone relié à un atome de carbone du noyau benzénique par liaison covalente, les espaceurs étant une chaîne alcanediyle divalente pouvant être interrompue par un ou plusieurs atomes d'oxygène ou par une ou plusieurs fonctions COO, OCO ou bien être substituée par une ou plusieurs fonctions OH.
Un autre objet de l'invention est un procédé de synthèse d'un monomère conforme à l'invention qui comprend deux réactions, la première réaction étant une réaction de condensation d'un aldéhyde de formule (II), d'un composé (III) et d'un composé de formule (IV), la deuxième réaction étant une réaction d'estérification pour insérer la fonction (méth)acrylate dans le produit de réaction de la première réaction, le composé (III) étant de formule Y1-B-NH2,
Yi étant hydroxyle ou carboxyle, Q1 étant méthyle, B étant un groupe carboné divalent qui relie l'atome d'azote à Yi, Ri étant alkyle, m étant un entier allant de 0 à 4, R étant hydrogène ou une fonction aldéhyde. L'invention concerne aussi un polymère contenant des unités d'un monomère conforme à l'invention.
L'invention concerne également un polymère obtenu par polymérisation radicalaire d'un monomère conforme à l'invention, seul ou en mélange avec un autre monomère (méth)acrylate. L'invention porte aussi sur un procédé de synthèse d'un polymère qui comprend la polymérisation radicalaire d'un monomère conforme à l'invention en présence d'un catalyseur photoactivable à une irradiation de la lumière ultraviolet-visible.
Description
Les composés mentionnés dans la description peuvent être d’origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. De la même manière, les composés mentionnés peuvent également provenir du recyclage de matériaux déjà utilisés, c'est-à-dire qu'ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus d'un procédé de recyclage, ou encore obtenus à partir de matières premières elles-mêmes issues d'un procédé de recyclage. Dans la présente demande et de manière connue, on entend par hydroxyle le groupe OH, par carboxyle la fonction COOH.
Dans la présente demande, lorsqu'un symbole représente un atome d'hydrogène, il est dit dans la présente demande qu'il est hydrogène.
On entend par (méth)acrylate la fonction acrylate de formule CH2=CH-COO- ou la fonction méthacrylate de formule CH2=CCH3-COO-,
Le monomère conforme à l'invention satisfait à la formule (1-1)
(I-1) dans laquelle Y est (méth)acrylate, Q est méthyle, A est un espaceur qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y, Ri est alkyle, m est un entier allant de 0 à 4, R2 est hydrogène ou est un groupe de formule (I-R2), dans laquelle Y' est identique à Y, Q' est identique à Q, A' est identique à A qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y' est identique à A, le symbole * désignant l'atome de carbone relié à un atome de carbone du noyau benzénique par liaison covalente, les espaceurs étant une chaîne alcanediyle divalente pouvant être interrompue par un ou plusieurs atomes d'oxygène ou par une ou plusieurs fonctions COO, OCO ou bien être substituée par une ou plusieurs fonctions OH.
Le monomère conforme à l'invention est représenté par les formules suivantes (l-la) et (l-lb) dans lesquelles Y est (méth)acrylate, Q est méthyle, A est un espaceur qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y ; R1 est alkyle, m est un entier allant de 0 à 4, R2 est hydrogène, Y' est identique à Y ; Q' est identique à Q, A' qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y' est identique à A.
Le monomère conforme à l'invention a donc pour caractéristique essentielle de contenir un motif 4- thiazolidinone qui est relié directement à un noyau benzénique, substitué ou non. Il a aussi pour autre caractéristique d'être un composé qui contient une fonction acrylate ou méthacrylate porté par l'un ou plusieurs des symboles Y, Y'.
Dans la formule (1-1), m est préférentiellement égal à 0.
Lorsque R2 est différent d'un atome d'hydrogène, R2 est préférentiellement en para ou en méta par rapport au cycle thiazolidinone, plus préférentiellement en para par rapport au cycle thiazolidinone.
Au sein de la molécule de formule (1-1), les espaceurs représentés respectivement par les symboles A et A' permettent de relier les cycles thiazolidinone aux groupes fonctionnels représentés respectivement par les symboles Y et Y'.
Les alcanediyles représentés respectivement par les symboles A et A' sont préférentiellement linéaires. Les alcanediyles des espaceurs représentés respectivement par les symboles A et A' contiennent préférentiellement 2 à 20 atomes de carbone, plus préférentiellement sont éthanediyle.
Les groupes alkyles dans les formules (1-1), (I-R2) peuvent être linéaires, ramifiés ou cycliques. Ils sont préférentiellement linéaires. Ils contiennent préférentiellement 1 à 12 atomes de carbone.
Les groupes alkyles représentés par les symboles R1, R2 sont préférentiellement des alkyles ayant 1 à 3 atomes de carbone, plus préférentiellement sont méthyle. Il s'ensuit que le groupe alkyle représenté par le symbole R de la formule (II) du composé utile à la synthèse du monomère est aussi préférentiellement un alkyle ayant 1 à 6 atomes de carbone, plus préférentiellement est méthyle. Lorsque m est égal à 0, le monomère de formule (1-1) peut être représenté par la formule (l-2a) ou la formule (l-2b) dans lesquelles Y est (méth)acrylate, Q est méthyle, A est un espaceur qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y, R2 est hydrogène, Y' est identique à Y ; Q' est identique à Q, A' qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y' est identique à A.
(I-2a) {I-2b}
Selon l'invention, le monomère est de formule (l-3a-acryl), (l-3a-méthacryl), (l-3b-acryl) ou (l-3b- méthacryl), Q et Q' étant méthyle. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, A et A' sont alcanediyle, préférentiellement des alcanediyles ayant 2 à 20 atomes de carbone dans les formules (l-la), (l-lb), (l-2a), (l-2b), (l-3a-acryl), (l-3a-méthacryl), (l-3b-acryl), (l-3b-méthacryl, plus préférentiellement éthanediyle.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, A et A' sont de formule -(CyH2y)-CH2-CH(OH)- CH2- ou -(CyH2y)-COO-CH2-CH2- dans les formules (l-la), (l-lb), (l-2a), (l-2b), (l-3a-acryl), (l-3a- méthacryl), (l-3b-acryl), (l-3b-méthacryl), de préférence A et A' sont de formule -(CyH2y)-CH2-CH(OH)- CH2-. Dans la formule -(CyH2y)-CH2-CH(OH)-CH2- et la formule -(CyH2y)-COO-CH2-CH2- , y entier varie préférentiellement de 2 à 6. Avantageusement, y est égal à 2 en raison de la disponibilité commerciale des précurseurs utiles à la synthèse du monomère. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, A et A' sont de formule -(CyH2y)-(CzH2Z0)p-, y, z et p étant des entiers dans les formules (l-la), (l-lb), (l-2a), (l-2b), (l-3a-acryl), (l-3a-méthacryl), (l-3b- acryl), (l-3b-méthacryl). Dans la formule -(CyH2y)-(CzH2Z0)p-, y entier varie préférentiellement de 2 à 6, z varie préférentiellement de 2 à 6, p varie préférentiellement de 1 à 20. Les valeurs de y et z sont avantageusement choisies égal à 2 en raison de la disponibilité commerciale des précurseurs utiles à la synthèse du monomère.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, dans les formules (l-la), (l-lb), (l-2a), (l-2b), (l-3a-acryl), (l-3a-méthacryl), (l-3b-acryl), (l-3b-méthacryl)„ A et A' sont une chaîne formée d'un alcanediyle -(CyH2y)- et d'un groupe polaire de formule CH2-CH(OH)-CH2- ou-(CyH2y)-COO-CH2-CH2- reliés entre eux par l'intermédiaire d'une chaîne polyéther de formule -(CZH2Z0)P-, y, z et p étant des entiers. De préférence, y varie de 2 à 6, z de 2 à 6, p de 1 à 20. Les valeurs de y et z sont avantageusement choisies égal à 2 en raison de la disponibilité commerciale des précurseurs utiles à la synthèse du monomère.
Comme monomères satisfaisant à la formule (1-1), on peut mentionner les composés (1) à (5). On peut également citer leurs homologues acrylates.
(3) (4) (5)
Le monomère conforme à l'invention est préparé typiquement par un procédé qui comprend deux réactions.
La première réaction est une réaction de condensation d'un aldéhyde de formule (II), d'un composé (III) et d'un composé de formule (IV) pour former les composés intermédiaires de formule (V), le composé (III) étant de formule Y1-B-NH2, Yi étant hydroxyle ou carboxyle, Qi étant méthyle, B étant un groupe divalent qui relie l'atome d'azote à Yi, Ri étant alkyle, m étant un entier allant de 0 à 4, R étant hydrogène ou une fonction aldéhyde. dans laquelle Yi est hydroxyle ou carboxyle, Qi est méthyle, B est un groupe carboné divalent qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Yi, Ri est alkyle, m est un entier allant de 0 à 4, R'2 est hydrogène, ou un groupe de formule (V-R2),
Yi' étant hydroxyle ou carboxyle, Qi' étant méthyle, Ai' étant un groupe carboné divalent qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Yi', le symbole * désignant l'atome de carbone relié à un atome de carbone du noyau benzénique par liaison covalente, Yi' étant identique à Yi, Ai' étant identique à Ai, Qi- étant identique à Qi. La première réaction conduit à la synthèse du composé intermédiaire de formule (V) selon le schéma réactionnel en deux étapes A et B suivantes.
Lorsque R représente une fonction aldéhyde, la première réaction du procédé conduit à un composé intermédiaire de formule (V) dans laquelle R est de formule (V-R2), la deuxième réaction conduit au monomère de formule (1-1) dans laquelle R2 est de formule (I-R2). La deuxième réaction est une réaction pour insérer la fonction (méth)acrylate dans le composé intermédiaire de formule (V).
Lorsque le composé intermédiaire de formule (V) est un alcool, la deuxième réaction est typiquement une réaction d'estérification de l'alcool avec l'acide (méth)acrylique. Alternativement, à la place de l'acide (méth)acrylique peut être utilisé le chlorure d'acide de l'acide (méth)acrylique.
Lorsque le composé intermédiaire de formule (V) est un acide, la deuxième réaction est typiquement une réaction d'estérification d'un alcool portant une fonction (méth)acrylate avec l'acide. L'alcool portant une fonction (méth)acrylate est par exemple le 2-hydroxyéthyl(méth)acrylate.
Par exemple, des monomères selon l'invention peuvent être préparés par un procédé mettant en jeu l'une ou l'autre des séquences réactionnelles suivantes :
Séquence 1 : Les conditions réactionnelles pour synthétiser le monomère sont adaptées par l'homme du métier selon le schéma réactionnel mis en jeu et en tenant compte de la solubilité de chacun des substrats et de la stœchiométrie de la réaction.
Les monomères conformes à l'invention sont utilisés dans des procédés de synthèse de polymères par réaction de polymérisation de la fonction (méth)acrylate, notamment en présence de molécules qui sont activées lorsqu'elles sont exposées à une irradiation de la lumière ultraviolet-visible. De telles molécules sont des catalyseurs photoactivables dont le rôle est d'activer la réaction d'amorçage de la réaction de polymérisation radicalaire de la fonction (méth)acrylate.
Comme catalyseur photoactivable, on peut citer le 2,4,6-triméthylbenzoylphenyl phosphinate commercialisé sous le nom de « Irgacure TPO-L », l'oxyde de phénylbis(2,4,6- triméthylbenzoyljphosphine commercialisé sous le nom de « Irgacure 819 », l'oxyde de diphényl(2,4,6-triméthylbenzoyl)phosphine commercialisé sous le nom de « Irgacure TPO », la 2- hydroxy-4'-(2-hydroxyéthoxy)-2-méthylpropiophénone commercialisé sous le nom de « Irgacure 2959 ».
Le monomère conforme à l'invention peut être polymérisé seul ou être copolymérisé avec un autre monomère, notamment (méth)acrylate. Comme comonomère, on peut citer un monomère qui est également conforme à l'invention et qui se différencie du premier par sa structure chimique. Comme comonomère peut convenir tout monomère polymérisable par voie radicalaire. A ce titre, on peut citer par exemple les monomères comportant une fonction acrylate ou méthacrylate tel que l'isobornylacrylate, le laurylméthacrylate, le diéthylene glycol monométhyl éther méthacrylate, l'hexanediol diacrylate, le di(éthylène glycol) diacrylate, l'éthylène glycol diméthacrylate, le triméthylolpropane triméthacrylate.
Le monomère conforme à l'invention peut être aussi copolymérisé avec un prépolymère portant des fonctions polymérisables par voie radicalaire, notamment (méth)acrylates. A titre de prépolymères, on peut citer tout particulièrement les polyuréthanes portant en leurs extrémités de chaîne une fonction (méth)acrylate, tels que les prépolymères polyuréthanes photoactivables commercialisés par exemple sous le nom de « TRIXENE » (Chemtura/Lanxess, Italie), « BOMAR » (DYMAX, USA), ou « Ebecryl » (Allnex, USA). L'incorporation de motifs monomères selon l'invention dans de tels prépolymères polyuréthanes fonctionnalisés en extrémité de chaîne (méth)acrylate conduit à une amélioration de l'allongement à la rupture comparativement à l'incorporation de motifs monomères (méth)acrylate traditionnels dépourvus de motif 4-thiazolidinone.
Les monomères conformes à l'invention ont aussi l'avantage de polymériser en quelques minutes, typiquement en moins de 3 minutes, sous irradiation de la lumière ultraviolet-visible en présence d'un catalyseur photoactivable.
Les monomères conformes à l'invention montrent donc tout leur intérêt dans la synthèse de polymères par impression 3D sous irradiation de la lumière ultraviolet.
En résumé, l'invention est mise en oeuvre avantageusement selon l'un quelconque des modes de réalisation suivants 1 à 17 :
Mode 1 : Monomère qui contient un motif 4-thiazolidinone relié à un noyau benzénique et qui contient un groupe comportant une fonction (méth)acrylate, lequel monomère est de formule (1-1) dans laquelle Y est (méth)acrylate, Q est méthyle, A est un espaceur qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y, Ri est alkyle, m est un entier allant de 0 à 4, R2 est hydrogène ou est un groupe de formule (I-R2),
Y' étant identique à Y, Q' étant identique à Q, A' étant identique à A, A' reliant l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y', le symbole * désignant l'atome de carbone relié à un atome de carbone du noyau benzénique par liaison covalente, les espaceurs étant une chaîne alcanediyle divalente pouvant être interrompue par un ou plusieurs atomes d'oxygène ou par une ou plusieurs fonctions COO, OCO ou bien être substituée par une ou plusieurs fonctions OH.
Mode 2 : Monomère selon le mode 1 dans lequel R2 est en para ou en méta par rapport au cycle thiazolidinone lorsqu'il est différent d'un atome d'hydrogène.
Mode 3 : Monomère selon le mode 1 ou 2 dans lequel R2 est en para par rapport au cycle thiazolidinone lorsqu'il est différent d'un atome d'hydrogène.
Mode 4 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 3 dans lequel m est égal à 0.
Mode 5 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 4 dans lequel les alkyles représentés par
R1, R2 sont des alkyles ayant 1 à 3 atomes de carbone.
Mode 6 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 5 dans lequel les alkyles représentés par Ri, R2 sont méthyle.
Mode 7 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 6 dans lequel A et A' sont alcanediyle.
Mode 8 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 7 dans lequel A et A' sont des alcanediyles ayant 2 à 20 atomes de carbone.
Mode 9 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 8 dans lequel A et A' sont éthanediyle. Mode 10 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 6 dans lequel A et A' sont de formule - (CyH2y)-CH2-CH(OH)-CH2- ou -(CyH2y)-COO-CH2-CH2-, y étant un entier.
Mode 11 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 6 dans lequel A et A' sont de formule - (CyH2y)-(CzH2zO)p-, y, z et p étant des entiers.
Mode 12 : Monomère selon l'un quelconque des modes 1 à 6 dans lequel A et A' sont une chaîne formée d'un alcanediyle -(CyH2y)- et d'un groupe polaire de formule CH2-CH(OH)-CH2- ou-(CyH2y)- COO-CH2-CH2- reliés entre eux par l'intermédiaire d'une chaîne polyéther de formule -(CzH2zO)p-, y, z et p étant des entiers.
Mode 13 : Monomère selon l'un quelconque des modes 10 à 12 dans lequel y est égal à 2.
Mode 14 : Procédé de synthèse d'un monomère défini à l'un quelconque des modes 1 à 13 qui comprend deux réactions, la première réaction étant une réaction de condensation d'un aldéhyde de formule (II), d'un composé (III) et d'un composé de formule (IV), la deuxième réaction étant une réaction d'estérification pour insérer la fonction (méth)acrylate dans le produit de réaction de la première réaction, le composé (III) étant de formule YI-B-NH2,
Yi étant hydroxyle ou carboxyle, Q1 étant méthyle, B étant un groupe carboné divalent qui relie l'atome d'azote à Yi, Ri étant alkyle, m étant un entier allant de 0 à 4, R étant hydrogène ou une fonction aldéhyde.
Mode 15 : Polymère contenant des unités d'un monomère défini à l'un quelconque des modes 1 à 13.
Mode 16 : Polymère obtenu par polymérisation radicalaire d'un monomère défini à l'un quelconque des modes 1 à 13, seul ou en mélange avec un autre monomère (méth)acrylate.
Mode 17 : Procédé de synthèse d'un polymère qui comprend la polymérisation radicalaire d'un monomère défini à l'un quelconque des modes 1 à 13 en présence d'un catalyseur photoactivable à une irradiation de la lumière ultraviolet-visible.
Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif.
Exemples
Les caractérisations thermiques par calorimétrie différentiel à balayage (DSC) ont été réalisées avec un appareil Mettler Toledo DSC3. L'échantillon (10 mg environ) est pesé et scellé dans un creuset en aluminium de 40 μL. Le creuset est percé avec une fine aiguille juste avant la mesure. De l'azote sec est utilisé comme gaz de purge avec un flux de 30 mL min-1. Deux cycles successifs de chauffage et de refroidissement sont réalisés à l'identique. Pour chaque cycle, l'échantillon ainsi qu'un creuset vide de référence sont chauffés depuis une température minimale à une température maximale à 10°C min-1. La température est maintenue 2 minutes à la température maximale, puis il est refroidi de la température maximale à la température minimale à 10°C min-1. Sauf indication contraire, la température de transition vitreuse (Tg) et la température de fusion (Tf) sont mesurées au second cycle. Le cas échéant, en cas de perte de masse observée au cours du deuxième cycle, un troisième cycle est réalisé dans les mêmes conditions que le deuxième cycle. La température de transition vitreuse correspond à la température Tmg « midpoint température » telle que définie dans la norme ASTM D3418-99. La température de fusion (Tf) correspond à la pointe du pic de fusion.
Toutes les synthèses sont conduites sous atmosphère d'azote, sauf indications contraires.
Exemple 1 selon l'invention :
Le monomère méthacrylate de 2-(5-méthyl-4-oxo-2-phényl-thiazolidin-3-yl)-éthyle est synthétisé selon la séquence réactionnelle suivante avec la synthèse du 3-(2-hydroxy-éthyl)-5-méthyl-2-phényl- thiazolidin-4-one comme produit intermédiaire :
Synthèse du produit intermédiaire, le 3-(2-hydroxy-éthyl)-5-méthyl-2-phényl-thiazolidin-4-one, à partir de l'acide 2-mercaptopropionique, d'éthanolamine et de benzaldéhyde : Dans un ballon à quatre cols de 100 ml préalablement séché sous vide à plus de 100°C, équipé d'un condenseur, bulleur, thermomètre, ampoule à addition et barreau magnétique, sont introduits 21.23 g (soit 200 mmol) de benzaldéhyde à 99% (Merck B1334). On ajoutte goutte à goutte et sous agitation 12.22 g (soit 200 mmol) d'éthanolamine à 99% (Sigma Aldrich 411000) ; l'exothermie est maintenue à environ 60°C à l'aide d'un bain de glace. A la fin de l'ajout de l'amine, on introduit 22.35 g (soit 200 mmol) d'acide 2-mercaptopropionique à 95% (Sigma Aldrich W318000) ; l'exothermie est toujours maintenue à 60°C avec le bain de glace. Le milieu réactionnel est agité à 75°C durant 48 heures sous léger débit d'azote. Le liquide visqueux obtenu est purifié par chromatographie avec le mélange des solvants heptane / acétate d'éthyle / méthanol (10 : 6 : 4). Le produit est analysé par analyse de résonance magnétique nucléaire (RMN). L'analyse RMN 1H 600 MHz, DMSO-c/6 du produit a donné les résultats suivants :
1H NMR (600 MHz, DMSO-c/6) d 7.46 - 7.19 (m, 5H), 5.83 (s, 1H), 4.74 (t, J = 5.6 Hz, 1H), 4.12 - 3.88 (m, 1H), 3.55 (dt, J = 13.7, 6.0 Hz, 1H), 3.42 (dd, J = 11.0, 6.1 Hz, 1H), 3.31 - 3.23 (m, 1H), 2.59 (dt, J = 13.7, 6.2 Hz, 1H), 1.48 (d, J = 7.0 Hz, 3H). Synthèse du méthacrylate :
Le 3-(2-hydroxy-éthyl)-5-méthyl-2-phényl-thiazolidin-4-one (475 mg, 2 mmol) et l'anhydride de l'acide méthacrylique (300 mI, 2 mmol) sont dissous dans 70 ml d'acétonitrile, puis sont ajoutés 4.89 mg de diméthylaminopyridine (4.89 mg, 0.04 mmol). Le milieu récationnel est chauffé à 55°C pendant 18 heures. Le milieu réactionnel est alors filtré sur un filtre nylon de 5 μm. Ensuite, 8 mg d'inhibiteur, le 4-méthoxyphenol (MEHQ), sont ajoutés à la solution et l'acétonitrile est éliminé par distillation à 50°C à l'aide d'un évaporateur rotatif. Une huile jaune clair est obtenue et est diluée dans 30 ml de chloroforme. L'anhydride méthacrylique résiduel est hydrolysé en méthacrylate de sodium dans des conditions basiques par ajout de 10 ml d'une solution tampon de NaHCC>3 (pH 9) dans une ampoule à décanter. La phase organique est récupérée. 30 autres ml de CHCI3 sont ajoutés pour l'opération d'extraction qui est répétée une seconde fois. Les phases organiques récupérées sont lavées à l'eau, puis traitées avec de l'acide chlorhydrique à 1% jusqu'à l'obtention d'un pH neutre de la phase aqueuse. La phase organique est séchée sur du sulfate de sodium anhydre, filtrée sur un filtre nylon de 5 miti. Ensuite, 8 mg MEHQ sont ajoutés à la phase organique, le chloroforme est éliminé par distillation pour isoler le méthacrylate.
Polymérisation du méthacrylate :
100 mg du méthacrylate avec 2% en poids d'Irgacure 819 sont placés dans un flacon de 2 ml muni d'un bouchon en silicone (en anglais « snap cap »). L'ensemble est purgé à l'argon, puis exposé sous une lampe « Henley » (lampe UV « Uvaprint 100-200 HPCV2 » (Honle / Germany), longueur d'onde : 200-800 nm) pendant 3 minutes. Il est obtenu un solide, polymère de température de transition vitreuse de 35°C déterminée par analyse DSC. Il n'est pas observé de fusion dans la plage de température allant jusqu'à 260°C.
Exemple 2 selon l'invention :
Le monomère méthacrylate de 2-hydroxy-3-[2-(5-méthyl-4-oxo-2-phényl-thiazolidin-3-yl)-éthoxy]- propyle est synthétisé selon la séquence réactionnelle suivante avec la synthèse du 3-(2-hydroxy- éthyl)-5-méthyl-2-phényl-thiazolidin-4-one comme produit intermédiaire :
Le produit intermédiaire, le 3-(2-hydroxy-éthyl)-5-méthyl-2-phényl-thiazolidin-4-one, est synthétisé selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1.
Dans un ballon à 4 cols de 100 ml préalablement séché sous vide à plus de 100°C, équipé d'un condenseur, bulleur, thermomètre et barreau magnétique, sont introduits 0.16g de NaOH (soit 4mmol), puis 30 ml d'éthanol anhydre sous agitation jusqu'à dissolution complète de la soude. On ajoute 0.475 g (soit 2 mmol) de 3-(2-hydroxy-éthyl)-5-méthyl-2-phényl-thiazolidin-4-one. Ensuite, 0.357g (2 mmol) de 3-chloro-2-hydroxypropylméthacrylate sont ajoutés en six aliquotes de 50 pl toutes les 10 minutes (dépôt de NaCI sur les parois du ballon). Le milieu réactionnel est agité à la température de 23°C durant 16 heures sous léger débit d'azote. L'éthanol est éliminé par distillation à 40°C. Ensuite, 50 ml d'acétate d'éthyle sont ajutés, puis 10 ml d'acide chlorhydrique à 1%. La phase organique est séparée dans une ampoule à décanter et est lavée deux fois avec 10 ml d'eau. Ensuite, 5 mg d'un inhibiteur, le 4-méthylphénol (200 ppm), sont ajoutés et l'acétate d'éthyle est éliminé par distillation à 40°C. Un liquide transparent visqueux est obtenu. Le monomère est purifié par chromatographie avec le mélange heptane : acétate d'éthyle et méthanol (5 : 5 : 1, en volume).
Exemple 3 selon l'invention :
Le monomère est synthétisé selon la séquence réactionnelle suivante avec la synthèse du 2,2’-(l,4- phénylène) bis[3-(2-hydroxyéthyl)-5-méthyl-l,3-thiazolidin-4-one] comme produit intermédiaire :
Synthèse du produit intermédiaire, le 2,2’-(l,4-phénylène) bis[3-(2-hydroxyéthyl)-5-méthyl-l,3- thiazolidin-4-one] à partir du téréphtalaldéhyde, d'éthanolamine et d'acide 2-mercaptopropionique: Dans un ballon à quatre cols de 100 ml préalablement séché sous vide à plus de 100°C, équipé d'un condenseur, bulleur, thermomètre et barreau magnétique, sont introduits 13.4 g (soit 100 mmol) de téréphtalaldéhyde, puis 44.69 g (soit 400 mmol) d'acide 2-mercaptopropionique à 95%. On observe une exothermie à environ 40°C et le mélange est agité à température ambiante jusqu'à dissolution du solide. On ajoute ensuite 12.22 g (soit 200 mmol) d'éthanolamine d'un seul coup ; une exothermie est observée à environ 105°C. Le milieu réactionnel est agité 24 heures à température ambiante sous léger débit d'azote. Après 24 heures de réaction, on prélève un aliquote de 10 g qui est dissous dans 300 ml de butanone (éthyl méthyl cétone) à 40°C. La phase organique est lavée avec 3 x 300 ml de NaOH à 0.6M (pH 9) et 3 x 300 ml de NaCI à 20%. La phase aqueuse est réextraite avec 3 x 300 ml de butanone. Les phases organiques réunies sont séchées sur Na2S04, filtrées et évaporées. On obtient 7 g d'un liquide visqueux jaune qui est purifié sur gel de silice avec le mélange de solvant acétate d'éthyle et heptane. On isole un solide blanc après la purification.
H NMR (600 MHz, DMSO) d 7.50 - 7.27 (m, 2H), 6.00 - 5.74 (m, 1H), 4.78 (t, J = 5.5 Hz, 1H), 4.00 (qd,
J = 7.1, 6.1 Hz, 1H), 3.58 (dt, J = 13.7, 5.7 Hz, 1H), 3.45 (dd, J = 11.1, 5.9 Hz, 1H), 3.35 (dd, J = 11.0, 5.6 Hz, 1H), 2.60 (dt, J = 13.6, 6.4 Hz, 1H), 1.56 - 1.41 (m, 3H). Synthèse du méthacrylate :
Le 2,2'-(l,4-phénylène) bis[3-(2-hydroxyéthyl)-5-méthyl-l,3-thiazolidin-4-one] (793 mg, 2 mmol) et anhydride de l'acide méthacrylique (630 mI, 2 mmol) sont dissous dans 70 ml d'acétonitrile, puis sont ajoutés 4.89 mg de diméthylaminopyridine (0.04 mmol). Le milieu récationnel est chauffé à 55°C pendant 15 heures. Le milieu réactionnel est alors filtré sur un filtre nylon de 5 pm. Ensuite, 8 mg d'inhibiteur, le 4-méthoxyphenol (MEHQ), sont ajoutés à la solution et l'acétonitrile est éliminé par distillation à 50°C à l'aide d'un évaporateur rotatif. Une huile jaune clair est obtenue et est diluée dans 30 ml de chloroforme. L'anhydride méthacrylique résiduel est hydrolysé en méthacrylate de sodium dans des conditions basiques par ajout de 10 ml d'une solution tampon de NaHCC>3 (pH 9) dans une ampoule à décanter. La phase organique est récupérée. 30 autres ml de CHCI3 sont ajoutés pour l'opération d'extraction qui est répétée une seconde fois. Les phases organiques récupérées sont lavées à l'eau, puis traitées avec de l'acide chlorhydrique à 1% jusqu'à l'obtention d'un pH neutre de la phase aqueuse. La phase organique est séchée sur du sulfate de sodium anhydre, filtrée sur un filtre nylon de 5 pm. Ensuite, 8 mg MEHQ sont ajoutés à la phase organique, le chloroforme est éliminé par distillation pour isoler le méthacrylate.
Polymérisation du méthacrylate :
100 mg du méthacrylate avec 2% en poids d'Irgacure 819 sont placés dans un flacon de 2 ml muni d'un bouchon en silicone (en anglais « snap cap »). L'ensemble est purgé à l'argon, puis exposé sous une lampe « Henley » (lampe UV « Uvaprint 100-200 HPCV2 » (Honle / Germany), longueur d'onde : 200-800 nm) pendant 3 minutes. Il est obtenu un solide, polymère de température de transition vitreuse de 154°C déterminée par analyse DSC. Il n'est pas observé de fusion dans la plage de température allant jusqu'à 260°C.

Claims

Revendications
1. Monomère qui contient un motif 4-thiazolidinone relié à un noyau benzénique et qui contient un groupe comportant une fonction (méth)acrylate, lequel monomère est de formule (1-1) dans laquelle Y est (méth)acrylate, Q est méthyle , A est un espaceur qui relie l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y, Ri est alkyle, m est un entier allant de 0 à 4, R2 est hydrogène ou est un groupe de formule (I-R2),
Y' étant identique à Y, Q' étant identique à Q, A' étant identique à A, A' reliant l'atome d'azote du cycle thiazolidinone à Y', le symbole * désignant l'atome de carbone relié à un atome de carbone du noyau benzénique par liaison covalente, les espaceurs étant une chaîne alcanediyle divalente pouvant être interrompue par un ou plusieurs atomes d'oxygène ou par une ou plusieurs fonctions COO, OCO ou bien être substituée par une ou plusieurs fonctions OH.
2. Monomère selon la revendication 1, dans lequel m est égal à 0.
3. Monomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel A et A' sont alcanediyle, de préférence éthanediyle.
4. Monomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel A et A' sont de formule - (CyH2y)-CH2-CH(OH)-CH2- ou -(CyH2y)-COO-CH2-CH2-, y étant un entier.
5. Monomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel A et A' sont de formule - (CyH2y)-(CzH2zO)p-, y, z et p étant des entiers.
6. Monomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel A et A' sont une chaîne formée d'un alcanediyle -(CyH2y)- et d'un groupe polaire de formule CH2-CH(OH)-CH2- ou-(CyH2y)- COO-CH2-CH2- reliés entre eux par l'intermédiaire d'une chaîne polyéther de formule -(CZH2Z0)P-, y, z et p étant des entiers.
7. Procédé de synthèse d'un monomère défini à l'une quelconque des revendications 1 à 6 qui comprend deux réactions, la première réaction étant une réaction de condensation d'un aldéhyde de formule (II), d'un composé (III) et d'un composé de formule (IV), la deuxième réaction étant une réaction d'estérification pour insérer la fonction (méth)acrylate dans le produit de réaction de la première réaction, le composé (III) étant de formule Y1-B-NH2,
Yi étant hydroxyle ou carboxyle, Q1 étant méthyle, B étant un groupe carboné divalent qui relie l'atome d'azote à Yi, Ri étant alkyle, m étant un entier allant de 0 à 4, R étant hydrogène ou une fonction aldéhyde, un des symboles Y1, Q1 et R contenant une fonction hydroxyle ou carboxyle.
8. Polymère contenant des unités d'un monomère défini à l'une quelconque des revendications 1 à 6.
9. Polymère obtenu par polymérisation radicalaire d'un monomère défini à l'une quelconque des revendications 1 à 6, seul ou en mélange avec un autre monomère (méth)acrylate.
10. Procédé de synthèse d'un polymère qui comprend la polymérisation radicalaire d'un monomère défini à l'une quelconque des revendications 1 à 6 en présence d'un catalyseur photoactivable à une irradiation de la lumière ultraviolet-visible.
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