Les molécules photochromes

Les molécules photochromes Boran Tekdogan, Gymnase Auguste Piccard, Lausanne Jérémie Loup, Université de Fribourg Résumé : Synthèse d’une molécule photochrome et étude de ses propriétés. Introduction : Les molécules photochromes sont des molécules qui transforment réversiblement leurs structures en fonction de la lumière à laquelle ils sont exposés. Nous avons choisi de synthétiser et d’étudier la 2-­‐(2,4-­‐dinitrobenzyl)pyridine. Nous avons procédé à deux nitrations de la 2-­‐benzylpyridine pour obtenir la molécule que nous voulons étudier. Matériel et méthode : F1 F2 Masse molaire [g/mol] Nombre de mole[mmol] Masse [g] Equivalent Densité [g/mol] Volume [mL] 2-­‐benzylpyridine 169.22 30 5.08 1 1.05 4.8 Acide sulfurique 98.08 60 5.88 2 1.84 3.2 Acide nitrique 63.01 45 4.36 1.5 1.41 3.1 Etape 1 : 1. La 2-­‐benzylpyridine (4.8 mL, 30 mmol) a été diluée dans l’acide sulfurique (6 mL) dans un ballon rond 50 mL 2. Dans un ballon cœur refroidit à 0°C (bain de glace), l’acide nitrique (3.1 mL, 45 mmol, 65% mol/mol) a été ajouté goutte à 1 goutte avec une seringue dans l’acide sulfurique (3.2 mL, 60 mmol) pour former le ion nitronium NO2+, agiter 5 minutes. 3. La solution obtenue a été transférée dans une ampoule à addition puis ajoutée goutte à goutte dans le ballon de 50 mL. 4. Laisser réagir pendant 1,5 heures à 0°C 5. Analyser l’avancement de la réaction par CCM (hexane : éther diéthylique, 1:1) Etape 2 : 1. Former ion nitronium NO2+ en répétant le point 2 et 3 de l’étape 1 et ajouter dans la réaction à température ambiante. 2. Le ballon a été équipé d’un condenseur et la réaction a été chauffée à 90°C pendant deux heures 3. Procéder à une analyse CCM (pentane : acétate d’éthyle, 1:1) Réaction pas terminée : laisser chauffer pendant la nuit Réaction toujours pas terminée : De l’acide nitrique (3.1 ml, 45 mmol) a été ajouté pour pousser la réaction et la solution a été chauffée à 110°C pendant 2 heures. 4. Procéder à une analyse CCM : réaction toujours pas terminée. Un mélange de trois produits est obtenu : F1, F2 et F3 F1 et F2 sont les molécules ayant qu’un seul groupe nitro. F3 est la molécule qui a réagi complètement et qui a deux groupes nitro. 5. Isoler F3 : diluer avec 100 mL d’eau. 6. Une solution de carbonate de sodium a été ajoutée jusqu'à obtenir un pH neutre (vérifier avec du papier indicateur de pH) pour pouvoir récupérer F3 en solution organique. 2 7. De l’acétate d’éthyle a été ajouté au mélange afin de récupérer F3 en solution organique et d’enlever toutes les impuretés solubles dans l’eau. Première purification : 1. La phase organique de la solution est isolée avec une ampoule à décanter. Phase organique : F1, F2 et F3. Phase aqueuse : Na2CO3 La phase aqueuse est extraite trois fois avec l’acétate d’éthyle. 3. Les phases organiques sont rassemblées et lavées avec une solution saturée de NaCl. 4. La solution est séchée avec du sulfate de sodium puis filtreé pour enlever le Na2SO4 5. L’acétate d’éthyle contenu dans la solution est évaporé avec le rotavap. Deuxième purification : 1. Isoler F3 avec une chromatographie sur colonne. Séparer F1, F2 et F3 selon leur polarité. Suivre l’avancement de la purification avec des chromatographies sur couche mince. 2. Passer F3 au rotavap pour le solidifier. Sable de mer F1, F2 et F3 Silice 3 Analyse et résultats: 1. Spectroscopie RMN 1H et 13C (cf. annexe 1 et 2) 2. Spectrométrie de masse (cf. annexe 3) 3. Point de fusion : Notre substance a un point de fusion à ~60°C au lieu de 76°C 4. Propriétés photochromiques : Sous une lampe pendant une heure A l’abri de la lumière dans un frigo pendant 5 heures Chauffé à 50°C pendant une heure 4 Argumentation : Les résultats obtenus sont convaincants. La spectroscopie RMN nous confirme que nous avons bien synthétisé la molécule recherchée. La masse de cette dernière correspond également. Nous remarquons tout de même que la température de fusion est plus basse. Cette différence de température est due aux petites impuretés présentes sur le spectre RMN. Les propriétés photochromiques correspondent aux attentes. Remerciements : Je tiens à remercier La science appelle les jeunes ainsi que ses collaborateurs pour l’organisation de cette semaine d’immersion dans le monde de la chimie. En outre, je remercie tout particulièrement l’Université de Fribourg et Sofia Martin Caba pour leur accueil ainsi que Monsieur Jérémie Loup pour son enseignement et son aide précieuse. 5 Annexe 1 6 Annexe 2 7 Annexe 3 8