Cycloaddition d'azoture et alcyne initiée par la lumière pour la synthèse de triazoles

The photoinitiation of copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) reactions allows for precise spatiotemporal control with high conversions of reactant. This study examines various critical factors that influenciate the photo-CuAAC reaction kinetics by deliberately varying reaction conditions, including types and concentrations of monomers, copper salt, and photoinitiator, as well as light exposure time and solvent content. Three methods were assessed for in-situ reaction kinetics characterization and monitoring: proton Nuclear Magnetic Resonance, near-infrared spectroscopy, and real-time Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Two monofunctional azide monomers (6-azidohexan-1-ol and ethyl azidoacetate) and three difunctional alkyne monomers (bispropargyl malonate, bispropargyl succinate,and bispropargyl adipate) were synthesized and evaluated as CuAAC reactants. Variations in triple-bonded monomers did not significantly affect reaction time and conversion. Exposure to 405nm wavelength light correlated with azide conversion up to 3 minutes of illumination, related to the reaction half-life. For the first time, through the mathematical development of azide-alkyne cycloaddition and copper reduction reaction equations, a kinetic model was developed and tested to represent the experimental results of the photo-CuAAC reaction.

Résumé

La photo-initiation des réactions basées sur la cycloaddition azote-alcyne catalysée par le cuivre(I) (de l’acronyme CuAAC, du anglais Copper catalyzed azide-alkyne cycloaddition) permet un contrôle spatio-temporel précis avec des conversions de réactifs élevées. Cette étude explore divers facteurs critiques influençant la cinétique de réaction photo-CuAAC en variant délibérément les conditions de réaction. Celles-ci comprennent les types et les concentrations de monomères, de sel de cuivre et de photo-initiateur, ainsi que le temps d'exposition à la lumière et la teneur en solvant. Trois méthodes ont été évaluées pour caractériser et surveiller la cinétique de réaction in situ: la Résonance Magnétique Nucléaire des protons, la spectroscopie proche infrarouge et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en temps réel. Deux monomères azotés monofonctionnels (le 6-azidohexan-1-ol et l’azidoacétate d’éthyle) et trois monomères alcynes difonctionnels (le malonate de bispropargyle, le succinate de bispropargyle et l’adipate de bispropargyle) ont été synthétisés et évalués comme réactifs de la CuAAC photoinitiée. Avec les variations de monomères avec triple liaison, le temps et la conversion des réactions n'ont pas subi d'influences majeures. Le temps d’exposition à la longueur d’onde de 405nm a montré une corrélation avec la conversion des azotures jusqu’à 3 minutes d’illumination, ce qui est lié au temps de demi-vie réactionnel. À travers le développement mathématique des équations des réactions de la cycloaddition azoture-alcyne et de la réduction du cuivre, il a été possible, pour la première fois, de développer et de tester un modèle cinétique qui représente les résultats expérimentaux de la réaction de photo-CuAAC.