A tous les miens. - univ-oran1.dz

1

A tous les miens.

2

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse ont été réalisés au laboratoire de

Chimie des Polymères à l’Université d’Oran1 Ahmed Benbella.

Je remercie mon encadreur le Professeur Amine HARRANE pour avoir bien voulu

diriger ce travail, pour m’avoir éclairé de ses conseils et sa disponibilité.

Je tiens à remercier le Professeur Mohammed BELBACHIR, directeur du

laboratoire de Chimie des Polymères à l’Université d’Oran, de m’avoir accueilli au

sein de son laboratoire.

Je remercie, également, le Professeur Rachid MEGHABAR, de m’avoir fait

l’honneur de présider le jury de soutenance. Je le remercie, également, d’avoir

répondu présent lorsque je suscitais son aide.

Je remercie vivement les membres du jury les Professeurs Smain BOUSALEM,

Abdelghani BENYOUCEF, Nabahat SAHLI et Mohammed Issam FERRAHI d’avoir

accepté d’évaluer ma thèse. Votre participation à mon jury de soutenance a été un

grand honneur pour moi.

Mes remerciements à Amine ADDOU et Malika AKEB qui veillent à la bonne

marche du laboratoire.

Je tiens à remercier tous mes collègues de l'université d'Oran et mes camarades du

Laboratoire de Chimie des Polymères, qui m'ont permis de passer des moments très

agréables, sympathiques et enrichissants. Je tiens à remercier toux ceux qui m'ont

apporté aide et conseils.

3

ABREVIATIONS

Mn : Masse molaire en nombre.

Mv : Masse molaire viscosimétrique.

Mw : Masse molaire en masse.

RMN : Résonance magnétique nucléaire.

RMN-13C: RMN du carbone.

RMN-1H: RMN du proton.

MAS : Magic Angle Spectroscopy.

RMN-29Si MAS : RMN du silicium du solide.

RMN-27Al MAS : RMN de l’aluminium du solide.

DRX : Diffraction des rayons X.

DSC : Calorimétrie Différentielle à Balayage.

PLA : Polylactide.

PLLA : Polylactide lévogyre.

PDLA : Polylactide dextrogyre.

PDLLA : Polylactide racémique.

PEG : Polyéthylène glycol.

CH2Cl2: Dichlorométhane.

Tg : températures de transition vitreuse.

Tf : température de fusion.

pARNi : petit ARN interférent.

PF : Perte au feu.

http://en.wikipedia.org/wiki/Differential_scanning_calorimetry

4

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS……………………………………………………………

ABREVIATIONS………………………………………………………………

SOMMAIRE……………………………………………………………………

INTRODUCTION GENERALE………………………………………………….

02

03

04

07

CHAPITRE I : RAPPEL BIBLIOGRAPHIQUE……………………………

1. LE POLYLACTIDE ……………………………………………………

CES APPLICATIONS………………………………………………….

PROPRIETES…………………………………………………………

PROPRIETES THERMIQUES………………………………………….

PROPRIETES MECANIQUES …………………………………………..

BIOCOMPATIBILITE ET BIODEGRADABILITE ………………….

SYNTHESES ET MECANISMES…………………………………...

2. INTERET DES COPOLYMERES A BLOCK AMPHIPHILES……….

3. LE COPOLYMERE A BLOCK AMPHIPHILE A BASE DE PLA ET

DE PEG …………………………………………………………………..

PROPRIETES ET APPLICATIONS…………………………………...

SYNTHESE……………………………………………………………

4. LE CATALYSEUR……………………………………………………..

APPLICATIONS DE LA MAGHNITE……………………………….

10

11

11

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23

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24

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32

CHAPITRE II : POLYMERATION DU D,L-LACTIDE CATALYSEE

PAR LA MAGHNITE-H+ …………………………………………………….

1. MECANISME DE POLYMERISATION PAR OUVERTURE DE

CYCLE DU LACTIDE…………………………………………………..

LES METHODES CONVENTIONNELLES…………………………

LA CATALYSE HETEROGENE (MAGHNITE-H+) ………………

2. CARACTERISATION DE LA MAGHNITE-H+ ………………………...

SPECTROMETRIE DE FLUORESCENCE DES RAYONS X………

3. POLYMERISATION DU DL-LACTIDE CATALYSEE PAR LA

MAGHNITE-H+ …………………………………………………………..

34

35

35

36

39

39

40

5

DIFFRACTION DES RAYONS X…………………………………..

SPECTROSCOPIE RMN-1H DU LIQUIDE DU PLA……………….

SPECTROSCOPIE RMN-1H MAS DE LA MAGHNITE-H+………..

RMN-27AL MAS……………………………… ………………….….

SPECTROSCOPIE RMN-29SI MAS……….………………………...

CONCLUSION ………………………………………………………………...…

40

42

44

45

47

51

CHAPITRE III : CINETIQUE ET ETUDE MECANISTIQUE DE LA

POLYMERISATION DU LACTIDE CATALYSEE PAR LA

MAGHNITE-H+ ………………………………………………………………...

1. EFFET DE LA QUANTITE DE MAGHNITE-H+……………………….

EFFET DE LA QUANTITE DE MAGHNITE-H+ SUR LE

RENDEMENT………………………………………………………

EFFET DE LA MAGHNITE-H+ SUR LA MASSE MOLECULAIRE

MOYENNE …………………….........................................................

2. EFFET DU TEMPS DE REACTION SUR LE RENDEMENT ET LA

MASSE MOLAIRE MOYENNE…………………………………………

3. MECANISME DE LA REACTION DE POLYMERISATION DU

LACTIDE CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+……………………

CONCLUSION……………………………………………………………………

52

53

53

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59

CHAPITRE IV: SYNTHESE DU COPOLYMERE TRIBLOC PLA-PEG-

PLA CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+………………………………..

1. SYNTHESE DU COPOLYMERE TRIBLOC PLA-PEG-PLA…………..

2. CARACTERISATION DU PLA- PEG-PLA……………………………...

ANALYSE RMN-1H …………………………………………………

ANALYSE RMN-13C (DEPT-135) …………………………………..

ANALYSE DSC ……………………………………………………...

3. MECANISME REACTIONNEL DE LA SYNTHESE DU

COPOLYMERE PLA-PEG-PLA CATALYSE PAR LA MAGHNITE-H+

CONCLUSION……………………………………………………..……………………

60

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62

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6

CHAPITRE V : CINETIQUE DE LA SYNTHESE DU COPOLYMERE

TRIBLOC PLA-PEG-PLA CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+………

1. EFFET DE LA QUANTITE DE LA MAGHNITE-H+ SUR LA

COPOLYMERISATION…………………………………………………

2. EFFET DE LA MASSE MOLAIRE DU PEG SUR LA

COPOLYMERISATION……………………………………………… …

3. EFFET DU TEMPS DE LA REACTION SUR LA

COPOLYMERISATION………………………………………………….

CONCLUSION……………………………………………………………………

CONCLUSION GENERALE………………………………………………….

PARTIE EXPERIMENTALE…………………………………………………

REFERENCES……………….…………………………………………………

71

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75

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86

8

Les polymères à base de polylactide possèdent d'excellentes propriétés physiques

et mécaniques comparables à ceux des polymères pétrochimiques (polyéthylène,

polystyrène…). Combiné à leurs caractéristiques comme des matériaux

biocompatibles et biodégradables, ce sont des candidats idéaux pour des applications

écologiques, biomédicales et pharmaceutiques.

Les applications médicales de ces polymères sont nombreuses puisqu’elles

englobent les articles médicaux jetables comme les gants, et les cathéters[1], les

sutures chirurgicales [2], les stents [3-5], les implants sous-cutanés [6] …etc. Ils sont

également employés en ingénierie tissulaire [7, 8]ou encore pour la libération

contrôlée de principes actifs [9]

En dehors des applications biomédicales, ils trouvent leur place dans le domaine

de l’éco-emballage comme l’emballage des fruits et légumes, les sacs plastiques

compostables, les gobelets en plastique, les emballages à bulles, … etc.

L’un de ces copolymères est le copolymère tribloc amphiphile, PLA-PEG-PLA. Il

associe un bloc PEG hydrophile et deux blocs PLA hydrophobes tous deux

biocompatibles et biodégradables.

Ce copolymère a déjà fait l’objet de nombreuses études dans le développement,

entre autres, de nanoparticules micellaires, qui ont été appliquées comme système de

libération contrôlée de principe actif pour le vaccin contre l'hépatite B, les

anticancers[10, 11], les système de libération contrôlée de pARNi pour le traitement

des pathologies cardiaques[12], et comme support injectable dans l’ingénierie

tissulaire ...

Le PLA et son copolymère PLA-PEG-PLA sont synthétisés par la polymérisation

par ouverture de cycle du lactide initiée par des catalyseurs métalliques ou

organométalliques, tels que les dérivés organo-stanneux. Ces catalyseurs homogènes

sont efficaces, mais présentent l’inconvénient d’être toxiques et il est difficile de les

éliminer complètement du polymère.

9

La substitution des catalyseurs homogènes classiques (tels que l'acide de Lewis)

par le système hétérogène est, au moins, aussi efficace et peut, en plus, offrir de

nombreux avantages:

Respect de la base de la chimie verte

Séparation plus facile, après simple filtration

Régénération du catalyseur

La Maghnite-H +, une argile acidifiée de la famille des montmorillonites, est un

nouveau éco-catalyseur non toxique qui montre une plus grande efficacité pour la

polymérisation cationique de monomères vinyliques et hétérocycliques.

, le présent travail tente, dans un premier temps, d'élucider les interactions entre

le monomère lactide et les plaquettes inorganiques de la Maghnite qui se produisent

lors de la réaction de polymérisation. Et dans un second temps, d’appliquer cette

polymérisation à la synthèse d’un copolymère tribloc amphiphile le PLA-PEG-PLA

afin d’améliorer ses propriétés de biocompatibilité.

Cette étude englobe cinq chapitres :

Le premier chapitre est un rappel bibliographique sur le polylactide et le

copoly(lactide-éthylène glycol-lactide) et leurs domaines d’applications.

Le second concernera la synthèse du polylactide par polymérisation cationique

par ouverture de cycle du lactide catalysée par la Maghnite-H+.

Le troisième chapitre fera l’objet d’une étude cinétique et mécanistique de la

catalyse hétérogène de la polymérisation du lactide catalysée par la Maghnite-H+.

Le quatrième chapitre traitera la copolymérisation du lactide en présence du

polyéthylène glycol catalysé par la Maghnite-H+ pour produire le copolymère tribloc

PLA-PEG-PLA.

Quand au cinquième chapitre, il sera question d’optimiser les résultats de cette

copolymérisation en étudiant l’effet des différents paramètres de synthèse sur celle-ci.

CHAPITRE I : RAPPEL BIBLIOGRAPHIQUE

11

1. Le polylactide :

Le polylactide est un polyester thermoplastique résultant de la polymérisation par

ouverture de cycle du lactide.

Il entre dans la composition de nombreux matériaux et leur confère d'excellentes

propriétés physiques et mécaniques comparables à ceux des polymères pétrochimiques

(polyéthylène, polystyrène…). Combiné à ses caractéristiques biocompatible et

biodégradable, c’est un candidat idéal pour des applications écologiques, biomédicales

et pharmaceutiques.

Ces applications :

Compte tenu de sa biocompatibilité et de son mode de dégradation, le PLA a

trouvé un grand nombre d’applications dans les domaines de l’emballage écologique et

du biomédical. Cependant, comme le coût de production de ce polymère est élevé

comparé aux polymères de commodité, ses applications sont souvent spécifiques et à

haute valeur ajoutée. Les applications médicales de ce polyester aliphatique sont

nombreuses puisqu’elles englobent les articles médicaux jetables comme les gants, et

les cathéters, les sutures chirurgicales [2], les stents [3-5], les implants sous-cutanés

[6] …etc. Ils sont également employés en ingénierie tissulaire [7, 8]ou encore pour la

libération contrôlée de principes actifs [9]

Figure 1 : Articles biomédicaux jetables, de gauche à droite : un stent, un cathéter et

des gans chirurgicaux.

En dehors des applications biomédicales, le polylactide a une place très

importante dans le domaine de l’emballage (emballage en vrac [13-16], sacs

compostables, gobelets plastiques, emballages à bulles [17], de produits adsorbants

jetables [18]… etc. ) puisqu’elle constitue environ 90% de la demande. Les


12

considérations environnementales ont conduit au développement de ces emballages

«propres». Aussi, les fabricants se sont intéressés aux polymères dégradables au

contact de l’eau ou de micro-organismes. Ainsi le PLA trouve de multiples

applications dans ce domaine et est notamment commercialisé par Cargill (Nature

Works®)

Figure 2 : Les emballages biodégradables à base de polylactide, de gauche à droite :

un pot de yaourt Activia, un paquet de chips Sun et des goblets biodégradables.

Propriétés :

Propriétés thermiques :

Les propriétés thermiques du polylactide ont été étudiées par Lim et col. [19] Le

PLA présente une température de transition vitreuse Tg entre 54,6 et 60,2 °C, qui

dépend à la fois du poids moléculaire et la pureté optique du polymère. À des

températures supérieures à Tg, le PLA est caoutchouteux, et dans le cas contraire il

devient vitreux et cassant.

La température de fusion du PLA est également fonction de sa pureté optique. La

température de fusion maximale obtenue pour le polymère stéréochimiquement pur

(soit L ou D) est d'environ 180 ° C avec une enthalpie de 40-50 J / g. La présence de

méso-lactide dans la structure PLA peut abaisser la Tf jusqu’à 130°C, en fonction de la

quantité de stéréoisomère incorporé au polymère.

Le PLA a une température de transition vitreuse relativement élevée et une

température de fusion basse par rapport aux autres thermoplastiques (figure 3).


13

Figure 3: Comparaison des températures transition vitreuse et des températures des

fusions des différents polymères thermoplastiques.

Propriétés mécaniques :

Le PDLLA a l’inconvénient d’être rigide et cassant, il est donc nécessaire

d’améliorer ses propriétés physiques pour élargir son champs d’applications. En effet,

les propriétés mécaniques peuvent être améliorées par le contrôle du rapport L/D ou

par l'utilisation d'un catalyseur spécifique lors de la polymérisation du PLA. Le

polylactide faiblement enchevêtré et réticulé peut être polymérisé à une température

inférieure à sa température de fusion, et le polymère ainsi obtenu montre une grande

résistance mécanique (jusqu'à 805 MPa).

En revanche, le poly(L-lactide) est un polymère à lente dégradation par rapport au

polyglycolide, il a une bonne résistance à la traction, une faible élasticité et un module

d’Youg élevé (environ 4,8 GPa) et, par conséquent, a été considéré comme un

biomatériau idéal pour de nombreuses applications, telles que les dispositifs de

fixation orthopédique, de dispositif de remplacement ou de renforcement de ligaments

[20, 21], de stents [22]….etc.

Le tableau 1 résume les propriétés mécaniques typiques du PLA.


14

Tableau 1: Propriétés mécaniques typiques de polylactide [23].

Propriétés Unités Conditions Valeurs

Limite

élastique à la

traction

MPa

Film ou disque de PLLA, Mw= (0,5-3) x 10-1 28-50

Fibres PLLA < 870

Film ou disque de PDLLA, Mw= (1,07-5,5) x 105 29-35

Module

d'élasticité MPa


Fibres PLLA < 9200


Module de

stockage

à la flexion

MPa



Allongement

à l'extrémité

élastique

%

Film ou disque de PLLA, Mw= (0,5-3) x 10-1 3,7-1,8

Film ou disque de PDLLA, Mw= (1,07-5,5) x 105 4,0-2,5

Film ou disque de PLLA, Mw= (0,5-3) x 10-1 6,0-2,0

Allongement

à la rupture %

Fibres PLLA dans le toluène 12-26

Fibres PLLA Mw= 1,8 x 105 25

Film ou disque de PDLLA, Mw= (1,07-5,5) x 105 6,0-5,0

Résistance

aux

cisaillements

MPa PLLA 54,5

Module de

cisaillement MPa Mono-filament de PLLA 1210-1430

Résistance à

la flexion MPa PLLA 132

Module de

flexion MPa PLLA 2800


15

Biocompatibilité et biodégradabilité :

Bien que, la dégradation des matériaux polymères est associée à une dégradation

biologique (enzymatique), elle est souvent amorcée par une dégradation abiotique

(dégradation mécanique, photodégradation, dégradation thermique et dégradation

chimique).

La dégradation abiotique chimique du PLA se produit en présence d’eau

provoquant l’hydrolyse des groupements ester du polymère. Cette dégradation est

lente et peut être catalysée par des acides ou des bases. La figure 4 représente la

vitesse de dégradation du PLA en fonction du pH du milieu [24].

Figure 4 : Variations dans la viscosité relative de solutions PLA120000 (0,5% en masse

de polymère) à différents pH en fonction du temps à 30°C.

La dégradation biologique du polylactide s'effectue dans un milieu humide et sous

des températures élevées. Elle se fait selon un processus de deux étapes :

L’hydrolyse lente des chaînes de PLA de masse moléculaire élevée en

oligomères de masse moléculaire plus faible.


16

Ensuite, dans la seconde phase, des microorganismes interviennent pour

poursuivre le processus de dégradation par la transformation des oligomères en

dioxyde de carbone et en eau (en présence d'oxygène) ou en méthane (en

absence d'oxygène).

Plusieurs études ont montrée que la vitesse de dégradation diminue avec

l'augmentation de la cristallinité. La masse moléculaire influe sur le processus de

dégradation du PLA de sorte que les polymères de masse moléculaire élevée se

dégradent lentement comparés à ceux de faible masse moléculaire. La température de

fusion du PLA affecte considérablement sa dégradation enzymatique. En effet, la

biodégradation est inversement proportionnelle à l'augmentation de la température de

fusion.

Synthèses et mécanismes :

Le polylactide est synthétisé par polymérisation par ouverture de cycle du lactide.

Les travaux publiés récemment proposent différents catalyseurs pour cette

polymérisation entre autres, l’octanoate d’étain, les alkoxydes de métaux, les

complexes métalliques…etc. Les mécanismes proposés sont pour la plus part des

mécanismes d’insertion-coordination.

L’octanoate d’étain :

L’octanoate d’étain est le catalyseur le plus utilisé dans l’industrie et dans la

majorité des travaux publiés récemment. Le mécanisme le plus récent de la

polymérisation du lactide initié par ce catalyseur en présence d’alcool a été proposé

par Boua-in et col. [25] C’est un mécanisme d’insertion-coordination (figure 5).


17

OSn

OOR

OO

O

O

R=C12H25

Sn(Oct)2 + R-OH OctSnOR + OctH

OHSn

OOR

OO

O

O

Figure 5: Etape d’initiation pour le mécanisme de polymérisation par

ouverture de cycle du lactide initié par l’octanoate d’étain.

Les alkoxydes de métaux :

Cheshmedzhieva et col [26]. Ont étudié le mécanisme réactionnel de la

polymérisation par ouverture de cycle du lactide initié par les alcoxydes de métaux

(figure 6) .

M—OR + Lactide Polylactide

Avec MOR : LiOPr ; Mg(OPr)2 ;Zn(OPr)2 ; LiOBu ; Mg(OBu)2 ; Zn(OBu)2

Ils proposent un mécanisme d’initiation en deux étapes :

La première est une addition coordinative de l’alkoxyde sur la fonction

carbonyle, la seconde est le clivage acyl-oxygène qui conduit à l’ouverture du cycle

lactide et produit un nouveau alkoxyde.


18

OO

O

OM

OO O

O

OR

OO

O

OMO

O OO

O

R

RO

OO

OO

O

O

O

OM

O

O

O

O

+ n-2

RO

OM

O 2n

O

O

OR

O

OO

OO

O MO

R

M

O

O

O

O

M ORO

O

OR

O

OM

Figure 6: Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle du lactide initié

par les alcoxydes de métaux.

Les complexes métalliques :

Les travaux publiés récemment portent sur l’emploi des complexes métalliques

avec des ligands amidates. ces complexes ont le même pouvoir catalytique que

l’octanoate d’étain et sont, parfois, moins toxiques [27, 28] et stéréosélectifs [29]

Le mécanisme réactionnel mis en jeu est un mécanisme d’insertion-coordination

schématisé sur la figure 7 :


19

Figure 7: Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle du lactide initié par les

complexes métalliques.

L’ajout d’alcool benzylique améliore considérablement l’effet catalytique de

complexes de métaux (figure 8). Selon Routaray et col. [27] il divise le temps de

réaction par deux, augmente le rendement et multiplie par quatre la masse moléculaire.

Le mécanisme mis en jeu est le suivant :

Figure 8: Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle du lactide initié par les

complexes métalliques en présence d’un alcool.


20

Le tableau 2 donne quelques exemples de complexes utilisés ces dans de récent

travaux.

Tableau 2: Quelques complexes utilisés récemment et leurs références :

Complexe Réf Complexe Réf

O

NCu

N

O

OCH3 H3CO

[27]

[29]

N

ZnO

O

NR1

R2R3

R3

R1

R2

[28] TiPrO

N

NOPr

O

O

RBu

BuR

Bu

Bu

[30]

NLn

(Me2HSi)2NN(SiHMe2)2

THF

Me3Si

Ln= Y; Lu; La

[31]

tBu

tBu

N R2

R1

AlO

R1=R2= Et; iPR; -(CH2)5

[32]


21

La Maghnite-H+ :

Harrane et col. [33] Ont utilisé la Maghnite-H+ comme catalyseur solide non

toxique pour la polymérisation par ouverture de cycle du lactide et ont proposé le

mécanisme réactionnel suivant (figure 9) :

Figure 9: Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle du lactide catalysée

par la Maghnite-H+ proposé par Harrane et col.[34].


22

Autres catalyseurs :

D’autres catalyseurs sont proposés tels que les aluminates d’alkyles [35] et les

amines primaires [36] dont les mécanismes sont décrits sur la figure 10 et 11 :

Figure 10: mécanisme de polymérisation du lactide en présence d’un aluminate

d’alkyle.


23

Figure 11: mécanisme de polymérisation du lactide en présence d’une amine primaire

et d’un acide protique.

2. Intérêt des copolymères à block amphiphiles :

Le terme amphiphile caractérise des copolymères dont la structure comprend deux

types de segments, les uns hydrophiles, les autres hydrophobes.

En solution, les copolymères amphiphiles peuvent ainsi être considérés comme des

surfactants macromoléculaires ayant des propriétés similaires aux surfactants

classiques de basse masse molaire.

A concentration faible, les macromolécules sont isolées. Lorsque la concentration

augmente et atteint une valeur critique, les chaînes s’organisent sous l’effet

d’interactions entre parties apolaires hydrophobes. On assiste alors à une ségrégation

de phase qui permet de diminuer l’enthalpie de solubilisation des macromolécules

avec apparition d’une structure de type cœur hydrophobe /couronne hydrophile si l’on

est dans l’eau.


24

Figure 12 : Forme morphologique des micelles sphériques.

L’intérêt des surfactants macromoléculaires par rapport aux surfactants classiques

réside entre autre dans les faibles valeurs de leurs CMC1. La relative stabilité des

micelles formées, en particulier dans les milieux très dilués, explique leur intérêt dans

le domaine de la libération contrôlée de principes actifs. Autre avantage des

amphiphiles macromoléculaires se trouve dans le fait qu’ils forment des objets

submicroscopiques dont la petite taille leur permet de circuler dans le corps et leur

confère une certaine furtivité vis-à-vis du système réticuloendothélial, en particulier si

la partie hydrophile contient du PEG connu pour son effet « d’écran » vis-à-vis des

protéines de défense. A ces avantages on peut ajouter ceux propres aux polyesters

aliphatiques (PLA, PLAGA, et PCL) utilisés comme bloc hydrophobe, leur

dégradabilité intrinsèque produit des métabolites entrant dans le cycle de Krebs ce qui

leur assure une biocompatibilité quasi unique dans le monde des amphiphiles.

3. Le copolymère à block amphiphile à base de PLA et de PEG :

Propriétés et applications :

Angelopoulou et col. [10] Ont utilisé le copolymère à bloc PLA- PEG pour la

stabilisation de l’oxyde de graphène pour l’appliquer comme un système de libération

contrôlée de médicaments pour un agent anticancéreux, le Paclitaxel.

1 Concentration micellaire critique


25

Diao et col. [12] Ont utilisé des nanoparticules de PEG -PLA comme système

de libération contrôlée de pARNi2 pour le traitement des pathologies cardiaques

(figure 13).

Figure 13: Vue d'ensemble de la préparation et la livraison de siRNA de

nanoparticules encapsulées dans les cœurs de poisson zèbre après résection

ventriculaire

Nakajima et col. [37] ont synthétisé le poly (éthylène glycol-L-lactide-D-

lactide) tribloc copolymère et ont étudié les micelles formées par l’émulsion de ce

copolymère.

Il a été constaté que ce copolymère peut former des cristaux de structure

cubique simple au centre des micelles formant ainsi une structure micellaire plus stable

(figure 14).

2 Petits ARN interférents


26

Figure 14 : Représentation schématique des différentes morphologies nano-structurés

des particules de micelles en raison des différents sites de sc cristallisation: (a) la

périphérie du noyau dans le PEG 5000-PDLA1000-PLLA4000; (b) le centre de noyau dans

le PEG 5000-PDLA4000-PLLA1000

Harrane et col. [33] Ont préparé des hydrogels à base du copolymère triblock

PLA- PEG -PLA et ont étudié ses propriétés mécaniques, son taux de gonflement, sa

biodégradabilité sur une période de six mois et sa cytocompatibilité en fonction de

l’agent de réticulation utilisé (figure 15).

Figure 15: Images typiques de l'élastomère PLA-PEG-PLA à l'état sec (a) et

(b), et de l'état hydraté (c) - (e) avec récupération de forme après une

contrainte mécanique.

a

c

b

d e


27

Chen et col. [11] Ont utilisé ces nanoparticules de diblock copolymère PLA-

PEG pour la libération contrôlée non-virale de gènes pour le traitement des cancers,

anomalies génétiques et autres pathologies. Il a été démontré que ce copolymère a une

meilleure efficacité de transfection3 que les nanoparticules de PLA.

Gao et col. [38] Ont étudié la capacité des nanoparticules de copolymères PEG-

PLA comme système de libération contrôlée de médicaments au cerveau après une

administration intranasale.

Venkatraman et col. [39] ont étudié la biodégradabilité à court terme des films

(figure 16) et des microsphères du copolymère tribloc PLA- PEG -PLA, ainsi que la

vitesse de libération de deux anticancers: le Fluorouracil (hydrophile) et le paclitaxel

(hydrophobe).

Figure 16: Variation de la masse moléculaire en fonction du temps (dans une solution

tampon au phosphate isotonique PH 7,4, à 37 ° C).

Ruan et col. [40] Ont préparé des microsphères de PLA- PEG -PLA et l’ont

utilisé comme système de libération d’un anticancer le paclitaxel (figure17). Ces

microsphères montrent une meilleure efficacité dans la libération de principes actifs

hydrophobes que le poly (lactide-co-glycolide) habituellement utilisé. 3 La transfection est le processus de transfert de gènes dans des cellules eucaryotes, n’utilisant pas comme vecteur un virus (par opposition à la transduction).

https://fr.wikipedia.org/wiki/Eucaryote

https://fr.wikipedia.org/wiki/Virus

https://fr.wikipedia.org/wiki/Transduction_%28g%C3%A9n%C3%A9tique%29


28

Figure 17: Cinétique de libération in vitro de paclitaxel à partir de microsphères

polymères: effet des polymères et des solvants (dans une solution tampon au

phosphate isotonique PH 7,4, à 37 ° C, sous agitation 110 tours/min)..

Synthèse :

Les copolymères dibloc PLA-PEG sont synthétisés par polymérisation par

ouverture de cycle de DL-lactide en présence du monométhoxy-polyéthylène glycol

[10, 37] ou le furanyl-polyéthylène glycol [41] en utilisant l’octanoate d’étain comme

catalyseur.

La synthèse du copolymère tribloc PLA- PEG -PLA se fait par polymérisation

par ouverture de cycle du lactide initié par le polyéthylène glycol en présence de

l’octanoate d’étain [39, 42, 43]. Cette réaction est réalisée à 110°C à reflux dans le

toluène pendant 12 heures.


29

4. Le catalyseur :

Le catalyseur que nous avons utilisé est une argile acidifiée de la famille des

montmorillonites appelée Maghnite-H+ et qui fait l’objet de nombreuses études dans

notre laboratoire. Elle est préparée selon le processus précédemment rapporté par M.

BELBACHIR et al. [44]

La montmorillonite est composée d’un empilement de feuillets formé de trois

couches : Une couche octaédrique d’alumine, entre deux couches tétraédriques de

silice (figure 18).

Figure 18: Représentation des agencements des atomes dans l’espace des couches

tétraédriques et octaédriques.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Octa%C3%A8dre

http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9tra%C3%A8dre


30

La Maghnite brute est extraite à partir du dépôt de Hammam Boughrara dans la

région de Maghnia. Les spectres de diffraction de rayons X (figure 19) montrent la

présence de quantité majoritaire de montmorillonite représentée par l'apparition d'une

série de pics intenses; la présence d'autres phases cristallines telles que le quartz, le

feldspar et l’illite sont détectées (Tableau 3). Selon Arbaoui et Boucherit [45], il est

composé de 65% de montmorillonite, 15% de quartz, 10% de feldspar et des traces

d’illite, de calcite et de Smectite. Elle présente une capacité d'échange cationique

(CEC = 91 meq / 100 g) et de surface spécifique (SAA = 710m2 / g). Cette argile a été

traitée avec une solution d'acide sulfurique pour obtenir la Maghnite-H+.

Figure 19: Spectre DRX de (a) Maghnite brute, et (b) Maghnite-H+ (0,25 M)


31

Tableau 3: Caractéristiques RX de la Maghnite brute et la Maghnite-H+ (0.25M).

Echantillon dhkl (Ǻ) hkl Nature de l’échantillon

Maghnite brute

12.50

4.47

4.16

3.35

3.21

3.03

2.55

1.68

1.49

001

110

‘’

‘’

‘’

‘’

200

009

060

Montmorillonite

Montmorillonite

Quartz

Quartz

Feldspath

Calcite

Montmorillonite

Montmorillonite

Montmorillonite

Maghnite-H+

(0.25M)

15.02

4.47

4.16

3.35

3.21

3.03

2.55

1.68

1.49

001

110

‘’

‘’

‘’

‘’

200

009

060

Montmorillonite

Montmorillonite

Quartz

Quartz

Feldspath

Calcite

Montmorillonite

Montmorillonite

Montmorillonite


32

Applications de la Maghnite :

La Maghnite activée représente un bon catalyseur pour des polymérisations

cationiques elle présente l’avantage d’être écologique, économique, régénérable par

simple filtration.

La Maghnite-H+ peut être utilisée comme catalyseur solide pour la synthèse de

polymères [46-48], de copolymères [49], des MOFs (MOF-5/Maghnite-H+ [50]), ou la

synthèse de monomères [51].

Quelques unes de ces synthèses :

Polymérisation du 4-(Oxiran-2-ylméthyl)morpholine [46] :

O

H2C N O

H2C

HC

H2C OHO H

n

n

Maghnite-H en masse

80°C

N

O

Synthèse du polyglycidol hyperramifié [47] :


33

Synthèse du copolymère tribloc PCL- PEG -PCL [49] :

O

O

OH2C C

O

OH2C

H2C O

C

OH2C OHH

m nn

Maghnite-Hen masse

5 580°C24 heures

+H

O

H2C

CH2

HO

m

2n

Synthèse du polystyrène [48] :

HC CH2HC

H2C

nMaghnite-Na

Température ambiante

Synthède du poly (2-methyl-2-oxazoline)-allyl macromonomère [52] :

O

N

H3C

+Cl

Maghnite-H

CH3CN, T>70°C

H2CCH

H2C

N

H2C

CH2

OH

OH3C

n

n

Substitution nucléophile de l’héxachlorocyclotriphosphazène par l’allylamine [51] :

NH2P

N

PN

P

N

Cl Cl

Cl

ClClCl

+

HNNH

NH

HN

NH

HN

H2C C

HCH2

H2CC

HH2C

H2C C

HCH2

H2C C

HCH2

H2CC

HH2C

H2CC

HH2C

Maghnite-HBénzène

Température ambiante 24 heures

CHAPITRE II : POLYMERATION DU D,L-LACTIDE CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+

35

Le PLA est généralement utilisé dans des applications biomédicales telles que la

matrice contrôlée de libération de médicaments, support pour l'ingénierie tissulaire, les

stents, les implants sous-cutanés, les sutures chirurgicales… etc.

Conventionnellement, le PLA est synthétisé par polymérisation par ouverture de

cycle du lactide en utilisant des catalyseurs métalliques ou organométalliques, tels que

les dérivés d’organo-stanneux. Ces catalyseurs sont toxiques [53] et difficile à éliminer

totalement du polymère.

L’une des méthodes les plus faciles et moins toxiques est la catalyse hétérogène de

la polymérisation du lactide en utilisant une montmorillonite acidifiée, la Maghnite-

H+.

1. Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle du lactide :

Le polylactide est synthétisé par polymérisation par ouverture de cycle du lactide.

Les travaux publiés récemment proposent différents catalyseurs pour cette

polymérisation entre autres, l’octanoate d’étain, les alkoxydes de métaux, les

complexes métalliques…etc. Les mécanismes proposés sont pour la plus part des

mécanismes d’insertion-coordination.

Les méthodes conventionnelles :

Parmis les catalyseurs conventionnels utilisés dans la polymérisation par

ouverture de cycle du lactide, l’octanoate d’étain est, jusqu’a présent, le plus utilisé

dans l’industrie et la recherche scientifique. Plusieurs mécanismes de cette

polymérisation ont été proposés. Les alcoxydes de métaux et les complexes

métalliques sont également de bons catalyseurs pour la polymérisation de ce

monomère. Le mécanisme proposé pour ces catalyseurs sont des mécanismes

d’insertion-coordination décrits sur les figure 5-6 (voir chapitre I).


36

La catalyse hétérogène (Maghnite-H+) :

Dans des travaux précédents, on a déjà fait état de l’efficacité de la Maghnite-

H+ comme catalyseur solide pour les polymérisation vinyliques [48, 54] et

hétérocycliques [46, 47].

L’isobutylène [54] et le THF [55] sont deux monomères qui ne polymérisent

que par voie cationique (figure 20 et 21).La polymérisation de ces deux monomères,

entre autres, par la Maghnite-H+ laisse penser que ce catalyseur est un catalyseur de

type cationique.

Figure 20: Mécanisme de polymérisation de l’isobutylène catalysé par la Maghnite-H+


37

Figure 21: Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle dy THF en présence

de l’acide acétique catalysé par la Maghnite-H+.

En se basant sur ces deux mécanismes, Harrane et col. [34] Ont supposé que la

polymérisation du lactide par la Maghnite-H+ était une polymérisation cationique et

ont proposé le mécanisme suivant (figure 22) :


38

Figure 22: Mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle du lactide catalysé

par la Maghnite-H+ proposé par Harrane et col.[34]

Nous proposons, dans ce travail, de confirmer et d’étudier avec plus de détails le

mécanisme de polymérisation du lactide catalysée par la Maghnite-H+ en étudiant les

interactions entre le monomère lactide et les plaquettes inorganiques de la Maghnite

qui se produisent lors de la réaction de polymérisation par la spectroscopie de la RMN

MAS). Et pour cela nous avons adopté une stratégie qui consiste à étudier la structure


39

de la Maghnite-H+ avant la réaction et la comparer avec celle du nanocomposite

Maghnite-H/polylactide.

Cette étude pourrait devenir une référence dans le domaine de la compéhention

du comportement très complexe de la montmorillonite en tant que catalyseur car elle

propose un modèle de stratégie pour l’étude des mécanismes réactionnels des

polymérisations d’autres monomères catalysées par la Maghnite-H+ (éthers cycliques,

monomères vinyliques, monomères azotés, …).

2. Caractérisation de la Maghnite-H+ :

Spectrométrie de fluorescence des rayons X :

La composition et la structure de la Maghnite-H+ ont été étudiés dans de

précédant travaux [34, 49, 54-60], dans lequel on a démontré que la Maghnite est une

argile montmorillonite avec une unité de répétition de base: [Si4O10Al3 + (2-x) Mg2 + x

(OH)2].

Le tableau 4 montre la composition chimique de la Maghnite-H+ obtenue par

analyse SFX. Les résultats confirment que ce matériau est un aluminosilicate.

Dans des travaux antérieurs, il a été démontré qu'il existe une corrélation entre

le traitement à l'acide et l'activité catalytique de Maghnite-H+[44]. Le traitement acide

de '' Maghnite-Brute '' réduit la teneur en site octaédrique (Al2O3) qui provoque une

augmentation de la proportion de silice [34, 61]. Il a été trouvé que la meilleure valeur

pour la conversion du monomère a été obtenue avec la Maghnite-brut traité par 0,25 M

de solution d'acide sulfurique, dans laquelle il existe une saturation complète de la

montmorillonite avec des protons, sans destruction de la structure du catalyseur.

Tableau 4 : Composition (en %) de la Maghnite par spectrométrie de fluorescence des

rayons X (SFX)

Echantillon SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 SO3 PF

Maghnite-H+ 71.70 14.03 0.71 0.28 0.80 0.21 0.77 0.15 0.34 11.05


40

Polymérisation du DL-lactide catalysée par la Maghnite-H+ :

La préparation du catalyseur se fait par le traitement de la Maghnite prétraitée par la

société ENOF (Maghnia) par une solution d’acide sulfurique 0,25M comme décrit par

M. Belbachir et al. [44]

La polymérisation cationique par ouverture de cycle du DL-lactide a été catalysée

par la Maghnite-H+ en masse à 100 ° C. Le nanocomposite obtenu a été analysé par

DRX, RMN-27Al MAS et RMN-29Si MAS sans aucune purification (Figure 23).

O

O

CH3H3C

O

O

Maghnite-Hen masse

100°C

OCH

CO

CH

CH3

O CH3

On

n

Figure 23: Synthèse du polylactide catalysé par la Maghnite-H+.

Nous avons remarqué que la réaction de la Maghnite-Na avec le lactide ne

donne aucune polymérisation. Ceci prouve que la polymérisation du lactide est de type

cationique qui fait intervenir les ions H+.

Diffraction des rayons X :

L’analyse DRX des échantillons a été effectuée en utilisant la méthode des

poudres en utilisant un rayonnement Cu-Kα (λ = 1,5418 Å). Les mesures de DRX de

la Maghnite-H+ (figure 24) montrent un large pic de Montmorillonite-H+ centrée sur

une valeur de 15.8 Å qui correspond à la distance entre les feuillets, comme décrit

dans un précédent travail [56], les autres pics sont attribués à la structure de la

montmorillonite : les cites octaédriques oxyde d’aluminium et cites tétraédriques

oxyde de silicium [56, 62]. La comparaison entre les diffractogrammes de la

Maghnite-H+ (figure 24 (a)) et le mélange Maghnite-H+/polymère après la réaction

(figure 24 (b)), montre qu'il n'y a pas de changements significatifs sur la structure

cristallographique de la Maghnite-H+ après la réaction. Nous pouvons donc conclure

que la polymérisation se produit uniquement sur la surface de la Maghnite-H+. Le pic

du poly D, L-lactide n’apparait pas car il est complètement amorphe (Figure 25).


41

Figure 24 : Diffraction des Rayons X de la Maghnite-H+ (a) et le mélange Magnite-H+ /polymère après la réaction (b) (enregistré sur

un diffractomètre Philips PW 1710 en utilisant un rayonnement Cu-Ka (λ = 1.5418A °), d est rapporté en Å


42

Figure 25 : Spectre DRX de : (a) PLLA [63], et (b) PDLLA [64].

Spectroscopie RMN-1H du liquide du PLA :

La RMN-1H (Figure26 et tableau 5) montre un pic à 4,9 ppm correspondant aux

groupes méthines et 1,3 ppm des groupes et méthyles des unités lactides. Les pics à 4,2

et 5,75 ppm sont attribués, respectivement, aux protons des bouts de chaines OH et

OCH3.

La présence du groupement méthoxy en bout de chaîne laisse supposer que la

terminaison se fait par désactivation du cation par le méthanol (utilisé ici comme non-

solvant). Ce renseignement pourrait être utilisé pour produire des copolymères à bloc à

base de PLA (Chapitre IV).

Tableau 5 : Déplacements chimiques du spectre RMN-1H du polylactide et leurs

assignations.

Déplacement chimique

(ppm) Assignation Intégration

1,3 CH3 de la chaine. 2,97

4,2 OCH3 des bouts de chaines. 0,22

4,9 CH de la chaine. 1,00

5,75 OH des bouts de chaines. 0,22


43

Figure 26: Spectre RMN-1H du polylactide (Brucker 300 MHz dans le DMSO-d6).


44

Spectroscopie RMN-1H MAS de la Maghnite-H+ :

Le spectre RMN-1H MAS de la Maghnite-H+ (figure 27) montre deux grands pics à

des valeurs de déplacement chimique à 2,2 et 6,9 ppm. Le pic à 2,2 ppm est attribué

aux protons des groupes hydroxyles dans le feuillet octaédrique de la Maghnite; ce

signal correspond à un feuillet de nature dioctaédrique4 dans l’argile [65]. Le pic à 6,9

ppm est attribué à des sites acides de Brønsted sur la surface du catalyseur. Ce signal

est en accord avec ceux qui sont attribués aux acides solides [66, 67].

Dans un travail antérieur [59], on a démontré que le signal à 6,9 ppm correspond

aux groupes AlOH et SiOH au voisinage des atomes d'Aluminium. En conséquence,

les protons des acides de Brønsted dans les unités Si (OH)Al devraient venir d'une

substitution isomorphe d’atomes d’Aluminium dans les feuillets tétraédriques5.

Figure 27 : Spectres RMN-1H MAS de la Maghnite-H+ (30 kHz).

4 La structure dioctaédrique contient dans la couche octaédrique des atomes d'aluminium occupant deux sites sur trois 5 La substitution isomorphe d’un atome de silicium par un atome d’aluminium crée une charge négative qui est compensé par des cations entre les feuillets. Dans notre cas, les ions H+


45

RMN-27Al MAS:

La RMN-27Al MAS est une méthode utile pour distinguer les unités AlO4

tétraédriques et AlO6 octaédriques dans le matériau [68, 69]. La figure 28 montre les

spectres RMN-27Al MAS de la Maghnite-H+ (a) et du mélange Maghnite-H+/polymère

après la réaction de polymérisation (b). Les déplacements chimiques sont résumés

dans le tableau 6.

Les spectres fournissent des informations sur l'environnement local des sites

d'aluminium dans la Maghnite, deux petites bandes de deux AlO4 tétracoordonné

(AlTD1 et ALTd2) à 58-60 ppm et 68-71 ppm, et un autre signal à 3-4 ppm attribué à

AlO6 (AIOH) octaédrique [69]. Les sites AlO4 dans la structure de la Maghnite sont la

conséquence de la substitution isomorphe d'ions Si4+par des ions Al3+entre les feuillets

silicates tétraédriques [54, 59, 61].

A première vue, les spectres de RMN-27Al de la Maghnite-H+ et du mélange

Maghnite-H+ / polymère sont identiques, cependant, on observe deux différences

significatives : une augmentation de l’intensité du pic à ~3,1ppm correspondant aux

sites octaédriques, et une diminution de l’intensité du pic correspondant aux sites

tétraédriques AlTD1 (~70ppm). Le pic à ~60ppm (ALTd2) reste inchangé.

Les résultats suggèrent que les sites ALTd2 sont inactifs, tandis que les sites

tétraédriques AlTd1 sont des sites réactifs à la surface de la Maghnite [69, 70].

En résumé, les atomes d’aluminium des sites tétraédriques à la surface de l’argile

contribuent à la polymérisation du lactide en tant qu’acide de Lewis.


46

Figure 28: Spectres RMN-27Al MAS des échantillons, (a) Maghnite-H+ ; (b) Mélange Maghnite-H+/polymère après la réaction

(30 kHz).


47

Tableau 6: Déplacements chimiques et intégrations des pics en RMN-27Al MAS de la

Maghnite-H+ et du mélange Maghnite-H+/polymère après réaction.

Echantillon

(AlOH) (AlTd2) (AlTd1)

𝛿

(ppm)

Intégration

(%)

𝛿

(ppm)

Intégration

(%)

𝛿

(ppm)

Intégration

(%)

Maghnite-H+ 3.1 84 59.5 12 69.9 4

Maghnite/Polymère 3.5 87 60.4 12 71.2 1

Specroscopie RMN-29Si MAS :

Les spectres RMN-29Si MAS (figure 29) montrent un pic à -94,5 ppm qui

correspond aux SiO4 tétraédrique voisin d’un tétraèdre AlTd [71]. Ce pic demeure

inchangé avant et après réaction. Ceci est la preuve que les sites silicates ne

contribuent pas à la polymérisation du lactide.


48

Figure 29: Les spectres RMN-29Si MAS des échantillons a) Maghnite-H+; b) Mélange Maghnite-H+ /polymère après la

réaction (10 kHz)


49

Les résultats obtenus dans ce chapitre nous ont permit de mieux comprendre ce

qui se passe à l’interface Maghnite-H+/monomère au moment de la polymérisation :

La réaction ne se passe pas entres les feuillets mai elle se passe sur la surface de

l’argile.

Les sites AlO6 octaédriques et les sites SiO4 tétraédriques n’interviennent pas

dans la réaction de polymérisation du lactide.

Seuls les protons H+ et les sites AlO4 tétraédriques à la surface de l’argile entre

en jeu dans cette réaction.

Le mécanisme de la polymérisation par ouverture du cycle du lactide est une

polymérisation cationique initiée par un acide de Brønsted. Toutefois, les atomes

d’aluminium sur la surface de l’argile attirent les molécules de lactide permettant ainsi

d’accélérer la réaction.

En effet, la vitesse de réaction dans ce cas là ne dépend pas uniquement des

collisions entre le monomère et la surface de l’argile mais aussi de l’affinité entre les

sites nucléophiles du lactide et les sites AlO4 acide de Lewis sur la surface de l’argile.

Cependant, nous n’avons pas pu établir, par cette stratégie d’étude,

l’implication des sites AlO4 et H+ sur les bords du feuillet.

Le mécanisme d’initiation est schématisé sur la figure 30 :


50

OSi

OAl

OSi

O

OSi

OAl

OSi

O

Site AlO4 tétraédrique

O

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

OO

O

Al

O

O

Site octaédrique

OSi

OAl

OSi

OH O

O

O

O

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

OO

O

O

O

O

O

HO

O

O

OO

O

Al

H

H

Figure 30 : Mécanisme d’initiation de la polymérisation par ouverture de cycle du

lactide.


51

Cette étude est un bon début dans la compréhension de ce qui ce passe à la

surface de la Maghnite au moment de la polymérisation du lactide. Mais est-ce que ces

résultats s’appliquent à la polymérisation de tous les monomères ? Nous avons toute

raison de croire que non. En effet, ce travail ne pourrait s’appliquer qu’à des lactones

qui ont la propriété de ne pas s’insérer entre les feuillets de la Maghnite-H+ (glycolide,

caprolactone [49]…).

Cette étude pourrait être un modèle de stratégie pour l’étude des mécanismes

réactionnels des polymérisations d’autres monomères catalysées par la Maghnite-H+

(éthers cycliques, monomères vinyliques, monomères azotés, …). Effectivement,

chaque mécanisme de polymérisation de monomères différents pourraient mener à des

résultats propres au cas étudié (polymérisation anionique, réaction entre les

feuillets…etc).

Conclusion :

L’objet de ce travail est l’étude mécanistique de la polymérisation du lactide

induite par une argile acidifiée appelée Manganite-H+.

Ce catalyseur non toxique permet de produire du poly lactide par un nouveau

procédé facile à manipuler.

La Maghnite-H+ a été analysé par SFX, DRX, RMN-1H, RMN-27Al MAS, et

RMN-29Si MAS avant et après réaction.

Cette étude démontre clairement l'efficacité de la Maghnite-H+ en tant que

catalyseur pour la polymérisation cationique du lactide.

Les mesures effectuées démontrent que la polymérisation du lactide se produit à

la surface du catalyseur et met en jeu deux sites acides, l’un de Brønsted (H+) et

l’autre de Lewis (AlO4 tétraédrique).

Cette étude pourrait être un modèle de stratégie pour l’étude des mécanismes

réactionnels des polymérisations d’autres monomères catalysées par la Maghnite-H+

(éthers cycliques, monomères vinyliques, monomères azotés,…etc).

CHAPITRE III : CINETIQUE ET ETUDE MECANISTIQUE DE LA POLYMERISATION DU LACTIDE CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+

53

Dans ce chapitre, nous avons étudiés l’effet de la quantité de catalyseur et

l’effet du temps de réaction sur la polymérisation du lactide catalysé par la Maghnite-

H+.

Les deux paramètres étudiés sont l’évolution du rendement et la masse molaire

moyenne du polymère obtenu.

Les masses molaires ont été analysées par GPC.

Cette étude cinétique, combinée aux résultats exposés dans le chapitre II nous

permettra de comprendre le mécanisme réactionnel qui régit la polymérisation du

lactide en présence de la Maghnite-H+ comme catalyseur et d’optimiser les conditions

opératoires de la réaction.

1. Effet de la quantité de Maghnite-H+ :

Effet de la quantité de Maghnite-H+ Sur le rendement :

Le rendement a été calculé en comparant la masse du polymère obtenu et la

masse du monomère utilisée.

Rendement = Masse du polymère obtenu x 100

Masse du monomère

Nous avons effectué des réactions avec différents rapports massiques Maghnite-

H+/Monomère (figures 31 et 32).

L’effet catalytique de la Maghnite est clairement démontré par le fait que la

vitesse de réaction augmente avec l’augmentation de la quantité de catalyseur.


54

Figure 31: Evolution du rendement de la réaction en fonction de la quantité de

Maghnite-H+ (en masse, 100°C, pendant 7 heures).

Effet de la Maghnite-H+ sur la masse moléculaire moyenne :

Les masses molaires ont été analysées par viscosimétrie. La diminution de cette

masse molaire moyenne viscosimétrique avec la quantité de Maghnite peut être

expliquée par le fait que l’augmentation des cites actifs favorisent l’étape d’initiation

au détriment de la propagation (figure 32).

Figure 32: Effet de la quantité de catalyseur sur la masse molaire moyenne (en masse,

100°C, pendant 7 heures).


55

2. Effet du temps de la réaction sur le rendement et la masse moléculaire

moyenne:

L’évolution du rendement et de la masse molaire moyenne en fonction du temps

sont représentées sur les Figures 33 et 34.

Nous remarquons que le rendement et la masse molaire moyenne augmentent en

fonction du temps.

Nous constatons une augmentation rapide du taux de conversion dans les huit

premières heures, en suite la vitesse de réaction commence à diminuer. Ceci peut

s’expliquer par plusieurs facteurs :

L’équilibre monomère/polymère : la PLA étant un polymère biodégradable,

nous pouvons nous attendre à une réaction équilibrée qui dépendrait du rapport

monomère/polymère.

L’augmentation de la viscosité diminue la mobilité des molécules lactide

présentes dans le mélange.

Des résultats similaires sont remarqués dans la majorité des réactions de

polymérisation par ouverture de cycle catalysés par la Maghnite-H+ [46, 72-74]. Le

tableau7 résume ces résultats.

Figure 33: Effet du temps de la réaction sur le rendement (en masse, T=100°C).


56

Figure 34: Effet du temps de la polymérisation du lactide sur la masse molaire

moyenne du polymère (en masse, T=100°C).

Tableau 7: Cinétique de la polymérisation du lactide catalysé par la Maghnite-H+

(T=100°C).

Quantité de Maghnite-H+ (% en masse /lactide)

Temps de réaction (heure)

Rendement (%)

Mv 1 Mw/Mn2

5 3 3,5 2300 1,1 5 4 15 4000 1,16 5 5 18 6300 1,21 5 7 37 8400 1,26 5 9 41 9500 2,1

10 3 5 2800 1,11 10 4 21 3500 1,23 10 5 25 4500 1,19 10 7 52 5100 1,29 10 9 56 6300 2,36 15 3 7 1100 1,1 15 4 35 2000 1,28 15 5 37 2200 1,37 15 7 57 2500 1,36 15 9 64 3100 2,2

1 Calculée par viscosimétrie. 2 Calculé par GPC.


57

3. Mécanisme de la réaction de polymérisation du lactide catalysée par la

Maghnite-H+ :

Selon les résultats obtenus dans ce travail et les études théoriques sur les propriétés

catalytiques de la montmorillonite, l’acidité de Brønsted ne suffit pas à expliquer cette

activité catalytique élevée observée de ce matériau. L’acidité de Lewis joue, donc, un

rôle important dans la catalyse d’une telle réaction.

Il a, donc, été conclu que la réaction se produit sur des groupes hydroxyles voisins

d’un site aluminium tétraédrique à la surface de l’argile, les deux sites agissants de

façon concertée en tant que co-catalyseurs acide de Lewis et de Brønsted.

Le mécanisme proposé est schématisé sur la figure 35 :

Initiation :

Le lactide se fixe sur la surface de l’argile par la formation de deux liaisons de

coordination entre les oxygènes du monomère et l’atome d’aluminium. En suite, le

proton H+ à proximité est attaqué par l’oxygène endocyclique. Puis, Une attaque

nucléophile par un deuxième monomère provoque la rupture de la liaison oxygène-

alkyle pour créer un autre site électrophile.

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

O

HO

O

O

O

OSi

OAl

OSi

O

H

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

O

HO

O

O

O

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

OH

O

O

O

O

Figure 35 : Mécanisme d’initiation de la polymérisation du lactide catalysé par la

Maghnite-H+.


58

Propagation :

La propagation se fait par une succession d’insertions et d’attaque nucléophile des

monomères entre le feuillet et la chaine propageante.

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

OH

O

O

O

O

O

O

O

On

OSi

OAl

OSi

O

O

O

O

O

HO

O2n

Figure 36 : Mécanisme de la propagation de la polymérisation du lactide catalysé par

la Maghnite-H+.

Terminaison :

La terminaison est provoquée par la désactivation de la chaine propageante

cationique par le méthanol ajouté en fin de réaction comme non solvant.

OSi

OAl

OSi

O

O

O

O

O

HO

O2n

O MeH

HO

O2nOMe

OSi

OAl

OSi

OH

Figure 37 : Mécanisme de la terminaison de la polymérisation du lactide catalysé par

la Maghnite-H+.


59

Conclusion:

Dans ce chapitre, l’effet de différèrent paramètres de synthèses ont été étudiés.

Il apparait que le rendement augmente avec l’augmentation de la quantité de

catalyseur et le temps de la réaction.

En revanche, la masse molaire diminue avec l’augmentation de la quantité de

la Maghnite-H+.

Le rendement atteint un maximum de 64% en masse au bout de 9 heures de

réaction avec 15% en masse de catalyseur.

L’étude du mécanisme de cette polymérisation hétérogène montre que

l’amorçage se produit à des endroits ayant à la fois le groupe hydroxyle acide de

Brønsted, et un site aluminium à proximité acide de Lewis, agissants de façon

concertée.

Un mécanisme réactionnel de cette polymérisation a été proposé.

CHAPITRE IV: SYNTHESE DU COPOLYMERE TRIBLOC PLA-PEG-PLA CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+

61

Il a été démontré que la polymérisation cationique par ouverture de cycle du

lactide induite par la Maghnite-H+ est une excellente alternative aux catalyseurs

conventionnels toxiques [53].

Le copolymère PLA-PEG-PLA est un copolymère amphiphile, biocompatible et

biodégradable, utilisé dans le domaine biomédical comme système de libération

contrôlée de principe actif, pour le traitement des pathologies cardiaques, et comme

support injectable dans l’ingénierie tissulaire ...

Pour contourner les inconvénients des catalyseurs acides de Lewis, nous nous

somme inspirés de la synthèse du PLA pour proposer une nouvelle méthode de

synthèse du copolymère PLA-PEG-PLA en utilisant la Maghnite-H+ comme

catalyseur.

1. Synthèse du copolymère tribloc PLA-PEG-PLA :

La principale méthode pour la synthèse du copolymère à bloc PLA- PEG-PLA est

la polymérisation par ouverture de cycle du lactide initiée par l'oxyde d'éthylène en

présence de l’octanoate d'étain en tant que catalyseur [33, 39, 41, 42, 75-77].

Pour les applications biomédicales, ce catalyseur n’est pas le candidat idéal en

raison de sa toxicité [53]. Dans ce travail, nous proposons une nouvelle méthode de

synthèse de ce copolymère par polymérisation cationique du lactide en présence du

polyéthylène glycol en utilisant la Maghnite-H+ comme catalyseur solide non toxique

(Figure 38).

Figure 38 : Synthèse du copolymère PLA- PEG-PLA catalysée par la Maghnite-H+


62

Cette méthode alternative permet d'obtenir le copolymère avec un bon rendement

et totalement purifié de traces de catalyseur après une simple filtration.

La structure du copolymère obtenu a été confirmée par différentes méthodes

spectroscopiques et thermique (RMN-1H , RMN-13C (DEPT-135) et DSC).

2. Caractérisation du PLA- PEG-PLA :

Analyse RMN-1H:

La RMN-1H (figure 40) été effectuée dans le CDCl3, elle montre un pic à 4,9 et

1,3 ppm correspondant aux groupes méthine et méthyle du PLA, un pic à 3,4 ppm

correspondant au groupement méthylène du PEG. Le pic à 4,1 ppm est attribué au

groupement méthylène dans le segment PEG en position alpha du groupement -COO-

du PLA.

La disparition du pic à 3,8 ppm (CH2-OH) et l'apparition du pic à 4,1 ppm

(CH2-O-PLA) confirment la formation du copolymère à bloc PLA- PEG-PLA.

Ce spectre est en bon accord avec ceux de la littérature [33, 41, 42, 77] (figure 39).

PLA [78] (500MHz dans CDCl3)

PEG400

(300MHz dans CDCl3)

Exemple de spectre du PLA-PEG-PLA [41]

(600MHz dans CDCl3)

PLA-PEG-PLA (300MHz dans CDCl3)

Figure 39: Comparaison des spectres RMN-1H du produit de la réaction avec ceux de

la littérature.

ppm (t1)1.02.03.04.05.06.07.0

0

500000000

1000000000


63

La masse moléculaire moyenne en nombre du bloc PLA a été estimé à partir des

intégrations des pics à 3,4 ppm (I3,4) et 4,8ppm (I4,8) et le poids moléculaire moyen du

PEG employé comme il a été décrit précédemment [33].

Degré de polymérisation du PLA :

DPn (PLA) I4,9/1 DPn (PLA) : Degré de polymérisation du PLA

OE : nombre d’unités oxyde d’éthylène.

I4,9 : intégration du pic à 4,9 ppm

I3,8 : intégration du pic à 3,8 ppm

OE= Mn (PEG)

I3,8/4 44

DPn (PLA)= I4,9 x Mn (PEG) x 4

I3,8 x 44

Masse moléculaire du bloc PLA :

Mn (PLA) = DPn (PLA) x 72


64

Figure 40: Spectre RMN-1H du PLA200- PEG1000-PLA200 (Brucker 300 MHz dans le CDCl3).


65

Analyse RMN-13C (DEPT-135) :

Pour une analyse RMN-13C (DEPT-135), les groupes CH et CH3 sont négatifs alors

que les groupes CH2 sont positifs. Les carbones quaternaires n'apparaissent pas.

Cette analyse nous permet de séparer les pics qui ont des déplacements chimiques

très rapprochés et de différencier entre les CH, CH2 et CH3.

Le spectre RMN-13C (DEPT-135) du copolymère (Figure 41 et 42) est en accord

avec la littérature [77]. Elle montre un pic à 70, 4 ppm (CH2O des motifs PEG), 69, 2

et 16, 8 ppm (CH et CH3 des unités PLA). Les pics à 68 et 64 ppm sont attribués à des

groupes méthylène du PEG en position alpha et bêta du bloc PLA. L’extrémité de la

chaîne est caractérisée par des pics à 66ppm (groupe CH) et 20,4 ppm (groupe CH3).

Les carbones du groupement carbonyle n’apparaissent pas en DEPT-135.

L’apparition des pics à 68 et 64 ppm est la preuve que nous avons obtenu le

copolymère PLA-PEG-PLA et non un mélange des deux homopolymères PLA et PEG.

PLA [78] (600MHz dans

CDCl3)

PLA- PEG-PLA (300MHz dans

CDCl3)

Figure 41: Comparaison des spectres RMN-13C avec ceux de la littérature.

CDCl3


66

Figure 42: Spectre RMN-13C (DEPT-135) du PLA200- PEG1000-PLA200 (Brucker 300 MHz dans le CDCl3).


67

Analyse DSC :

Les propriétés thermiques du copolymère PLA- PEG-PLA sont étudiées par

calorimétrie différentielle à balayage. L’échantillon ont été soumis à un premier

chauffage suivi d'un refroidissement rapide à -65°C et un second chauffage à jusqu’à

180°C. Les résultats sont représentés sur la Figure 44. La température de transition

vitreuse Tg du matériau a été observée à- 40 ° C. Au cours du processus du second

chauffage, un pic de cristallisation apparaît à Tc = -7,25 ° C et un pic de fusion Tf =

38,24 ° C est observé. Ces résultats sont en accord avec ceux rapportés dans la

littérature pour les copolymères PLA- PEG-PLA [33, 79-81] (figure 43).

La présence d'une seule valeur de Tg différente de celles des deux

homopolymères PEG et PLA confirme que seul le PLA-PEG-PLA a été obtenu et non

pas un mélange des deux homopolymères PLA et PEG [79-82].

PEG 1000[83] PLLA[19]

Exemple de spectre du PLA-PEG1000-PLA [33]

(Sous azote, second chauffage)

PLA-PEG-PLA (Sous azote, second

chauffage)

Figure 43: Comparaison des propriétés thermiques du PEG, PLA et du copolymère

PLA-PEG-PLA.


68

Figure 44: Calorimétrie différentielle à balayage du PLA- PEG1000-PLA (DSC Perkin Elmer Instrument ; sous azote).


69

1. Mécanisme réactionnel de la synthèse du copolymère PLA-PEG-PLA

catalysée par les Maghnite-H+ :

En se basant sur les résultats obtenus dans le second chapitre, nous avons proposé

un mécanisme réactionnel pour la synthèse du copolymère PLA-PEG-PLA catalysée

par la Maghnite-H+ (figure 45).

Initiation :

La polymérisation du lactide est amorcée par un proton H+ sur la surface du

catalyseur et accélérée par la fixation du monomère sur un site AlO4 voisin.

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

O

HO

O

O

O

OSi

OAl

OSi

O

H

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

O

HO

O

O

O

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

OH

O

O

O

O

Figure 45: Mécanisme d’initiation proposé pour la copolymérisation du lactide avec

le PEG catalysé par la Maghnite-H+.

Propagation :

La propagation se fait par une succession d’insertions et d’attaque nucléophile

des monomères entre le feuillet et la chaine propageante.


70

O

O

O

O

OSi

OAl

OSi

OH

O

O

O

O

O

O

O

On

OSi

OAl

OSi

O

O

O

O

O

HO

O2n

Figure 46: Mécanisme de propagation proposé pour la copolymérisation du lactide

avec le PEG catalysé par la Maghnite-H+.

Terminaison :

La terminaison est provoquée par la désactivation de ces sites actifs par les

groupements hydroxyle de PEG.

OSi

OAl

OSi

O

O

O

O

O

HO

O2n

OSi

OAl

OSi

OH

HO

OH

HO

OnO

O HO

O

n

PLAPLA PEG

Figure 47: Mécanisme de terminaison proposé pour la copolymérisation du lactide

avec le PEG catalysé par la Maghnite-H+.

Conclusion :

Ce travail s’est intéressé à l'utilisation de la Maghnite-H+ comme catalyseur

non toxique pour la synthèse du copolymère tribloc PLA-PEG-PLA.

Pour des applications biomédicales. Cette méthode simple et efficace fournit un

matériau totalement purifié de traces du catalyseur par simple filtration.

Les preuves de la copolymérisation ont été fournies par RMN-1H, RMN-13C

(DEPT-135) et DSC.

En s’inspirant des résultats trouvés dans le chapitre précédent, un mécanisme

de synthèse du copolymère PLA-PEG-PLA catalysée par la Maghnite-H a été proposé.

CHAPITRE V : CINETIQUE DE LA SYNTHESE DU COPOLYMERE TRIBLOC PLA-PEG-PLA CATALYSEE PAR LA MAGHNITE-H+

72

Dans le but de déterminer les conditions optimales de cette réaction de

copolymérisation du lactide avec le PEG en présence de la Maghnite-H+, nous

proposons, dans ce chapitre, d’étudier l’effet des différents paramètres de synthèse sur

l’avancement de la copolymérisation du lactide avec le PEG en présence de la

Maghnite-H+.

Les effets de la quantité de catalyseurs, l’effet de la masse molaire du PEG

utilisé et l’effet du temps de réaction sur le rendement et la masse molaire moyenne du

bloc PLA seront étudiés.

1. Effet de la quantité de la Maghnite-H+ sur la copolymérisation :

Effet de la quantité de la Maghnite-H+ sur le rendement :

Le rendement a été déterminé selon l’équation décrite au chapitre III.

L'effet de la quantité du catalyseur est représenté sur la Figure 48 et 49 et

résumées dans le tableau 8. Ces données montrent que le rendement augmente avec la

quantité de Maghnite-H+. L'effet de la Maghnite-H+ comme catalyseur cationique pour

la polymérisation du lactide est clairement démontrée.

Figure 48: Effet de la quantité de Maghnite-H+ sur le rendement (temps de réaction:

24 heures; température: 120°C ; en masse)


73

2. Effet de la quantité de la Maghnite-H+ sur la masse molaire du block PLA :

Pour cette étude, nous avons choisi de suivre l’évolution de la réaction en se

basant sur la masse molaire moyenne en nombre du bloc PLA. ce qui change c'est

uniquement le bloc PLA,la masse du bloc bloc PEG est connue et reste inchangée.

C'est pour cette raison il est judicieux de suivre que l'évolution du PLA

La masse molaire moyenne en nombre Mn du bloc PLA a été déterminée par

RMN-1H et calculée selon la relation détaillée au chapitre IV.

Mn (PLA)= I4,9 x Mn (PEG) x 4 x 72

I3,8 x 44

La figure 49 décrit l'effet de la quantité de catalyseur sur la masse moléculaire

moyenne du copolymère obtenu. La courbe montre une diminution de la masse

moléculaire du bloc PLA avec l'augmentation de la quantité de catalyseur. Ceci est dû

à l’augmentation du nombre de cites actifs qui favorise l'étape d'initiation au détriment

de la propagation.

Figure 49: Effet de la quantité de Maghnite-H+ sur la masse moléculaire moyenne du

bloc PLA (temps de réaction: 24 heures; température: 120°C ; en masse).


74

Tableau 8: Effet de la quantité de Maghnite-H+ sur le rendement et la masse

moléculaire moyenne du bloc PLA (temps de réaction: 24 heures; température: 120°C

; en masse)

Mn du bloc

PEG

Quantité de catalyseur

(%w/w)

Rendement

(%)

Mn du bloc

PLA1

1000 2 0,1 560

1000 4 1,1 460

1000 6 10 400

1000 7 17 370

1000 8 25 347

1000 10 34 319

2000 2 20 671

2000 4 23 512

2000 6 29 450

2000 7 32 412

2000 8 36 380

2000 10 60 346

3000 2 50 593

3000 4 53 534

3000 6 54 476

3000 7 55 440

3000 8 57 425

3000 10 85 425 1 Déterminée par RMN-1H


75

3. Effet de la masse molaire du PEG sur la copolymérisation :

Les résultats illustrés sur les figures 48 et 49 montrent que la masse molaire du

PEG utilisé a une influence sur le rendement du copolymère obtenu. En effet,

l’augmentation de la masse du PEG diminue le rendement. Ceci peut s’expliquer par le

fait que la température de fusion du copolymère est inférieure à celle du PEG

homopolymère (figure 44, Chapitre IV) ce qui occasionne plus de perte de rendement

après purification par précipitation (Difficulté remarquée dans la pratique).

En revanche, la masse molaire moyenne des blocs PLA ne semble pas être

influencés par la masse molaire du PEG.

4. Effet du temps de la réaction sur la copolymérisation :

Les Figures 50 et 51 montrent l'évolution du rendement et du poids moléculaire du

bloc PLA en fonction du temps. Il apparaît que le rendement et le poids moléculaire

moyen d'augmentent avec le temps. Le rendement atteint un maximum de 82% après

30 heures de temps de réaction (Tableau 9).


76

Figure 50: Effet du temps de réaction sur le rendement (10% de catalyseur;

température: 120°C ; en masse)

Figure 51: Effet du temps de réaction sur la masse moléculaire du bloc PLA (10%

de catalyseur; température: 120°C; en masse)


77

Tableau 9: Effet du temps de réaction sur le rendement et la masse du bloc PLA (10%

de catalyseur; température: 120°C ; en masse)

Mn du bloc

PEG

Temps

(heures)

Rendement

(%)

Mn du bloc

PLA1

1000 6 31 304

1000 18 34 315

1000 24 36 319

1000 30 81 445

1000 36 83 591

1000 48 83 1245

2000 6 32 295

2000 18 32 282

2000 24 60 346

2000 30 77 370

2000 36 81 590

2000 48 80 1350

3000 6 34 350

3000 18 36 378

3000 24 40 425

3000 30 64 569

3000 36 73 738

3000 48 74 1400 1 Déterminée par RMN-1H


78

Conclusion :

L'effet de la quantité de Maghnite-H+ et le temps de réaction sur le rendement du

copolymère PLA-PEG-PLA et le poids moléculaire moyen du bloc PLA ont été

étudiés.

Le rendement augmente et la masse molaire moyenne quand on augmente la

proportion de catalyseur.

Le rendement et la masse molaire croit avec le temps. Après 30 heures de réaction

on remarque une diminution de la vitesse de réaction qui tend vers un état d’équilibre.

Il apparaît que le rendement atteint un maximum de 82% (en masse / lactide) au

bout de 30 heures de réaction avec10% (en masse / lactide) de catalyseur.

80

Le polylactide et son copolymère le PLA-PEG-PLA sont deux matériaux

biocompatibles, très utilisés dans le domaine biomédical. Leur toxicité bien que faible,

est due à la subsistance de traces de molécules métalliques ou organométalliques

utilisées comme catalyseurs pour la synthèse de ces matériaux.

Dans ce travail, nous avons, dans un premier temps, polymériser le lactide en

présence de la Maghnite-H+ comme catalyseur non toxique et nous avons étudié le

mécanisme réactionnel de cette polymérisation.

La stratégie adoptée consiste à comparer les analyses DRX, RMN-1H, RMN-27Al MAS, et RMN-29Si MAS de la Maghnite-H+( avant la réaction) et du

nanocomposite Maghnite/polylactide (après la réaction).

Les résultats démontrent que la réaction se passe à la surface de l’argile sur un

site AlO4 tétraédrique à proximité d’un site acide de Bronsted (H+)où la réaction de

polymérisation est initiée par les ions H+ et catalysée par les atomes d’aluminium

comme acide de Lewis.

Ces résultats nous ont permit de proposer une nouvelle méthode de synthèse du

copolymère PLA-PEG-PLA par la polymérisation par ouverture du cycle du lactide en

présence du PEG et catalysée par la Maghnite-H+. Cette méthode nous permet

d’obtenir ce matériau avec un bon rendement.

Les preuves de cette copolymérisation ont été apportées par RMN-1H, RMN-13C

(DEPT-135) et DSC.

Une étude cinétique de la polymérisation du lactide et la copolymérisation du

lactide avec le polyéthylène glycol a permit de proposer des mécanismes de ces

synthèses et de déterminer les conditions opératoires optimales pour celles-ci.

PARTIE EXPERIMENTALE

82

1. Réactifs

Le DL-lactide (Sigma Aldrich) a été purifié par recristallisation dans l’acétate

d’éthyle.

Le polyéthylène glycol (Mn=1000, 2000 and 3000) (Sigma Aldrich) ont été utilisés

comme tel.

La Maghnite a été extraite du dépôt de Hammam Boughrara dans la région de

Maghnia et prétraitée par la société ENOF.

Le méthanol (Fluka), l’acétate d’éthyle et le dichlorométhane (Sigma Aldrich),

l’éther diéthylique (Riedel-de Haën, 99,5%) et l’acide sulfurique (Organics 96-98%)

ont été utilisés sans purification.

2. Préparation de la Maghnite-H+ (0,25M) :

La préparation du catalyseur se fait par le traitement de la Maghnite prétraitée par

une solution d’acide sulfurique 0,25M comme décrit par M. BELBACHIR et al. [44]

Dans un ballon de 1000ml, 30g de Maghnite prétraitée a été mise sous agitation

dans 120 ml d’eau distillée pendant 2heures. Ce temps écoulé, on y ajoute 100 ml

d’une solution aqueuse d’acide sulfurique 0,5M. Celle-ci est maintenue sous agitation

pendant 48 heures.

L’argile est ensuite filtrée, rincée à l’eau distillée jusqu’à pH neutre, séchée dans

l’étuve à 110°C et finement broyée.

La Maghnite-H+ est ensuite stockée dans un flacon à l’abri de l’humidité. Avant

chaque réaction la Maghnite-H+ est préalablement séchée à l’étuve à 110°C pendant 2

heures.

Cette argile a été analysée par DRX, RMN-1H, RMN-27Al, et RMN-29Si MAS


83

3. Polymérisations :

Polymérisation du lactide catalysée par la Maghnite-H+

Le D,L-lactide a été polymérisé en masse en présence de la Maghnite-H+ comme

catalyseur.

Dans un ballon de 100 ml, 144 mg de Maghnite-H+ (10% en masse /lactide) a été

séchée pendant 2heures à 110°C. Le ballon a été fermé et refroidi à température

ambiante, en suite, 1,44g de lactide (10mmol) a été ajouté et laissé sous agitation

pendant 9 heures à 100°C.

Le composite obtenu a été analysé par RMN-1H, RMN-27Al, RMN-29Si MAS, et

DRX.

Etude cinétique de la polymérisation du lactide:

Dans six tubes à essai, nous avons mis 0,72 mg de Maghnite-H+ (5% en masse

/lactide) et 1,44g de lactide (10mmol). Le mélange a été mis sous agitation magnétique

à 100°C. Les tubes sont retirés de la plaque chauffante aux temps 3, 4, 5,7, et 9 heures.

Le produit est a été solubilisé dans 50 ml de dichlorométhane, filtré et précipité

dans 250ml de méthanol froid, séché à l’air libre et pesé.

L’opération est répétée pour des masses de 1,44mg (10% en masse /lactide) et

2,16mg (15% en masse /lactide).

La masse molaire du polymère obtenu a été déterminé par GPC et viscosimètrie.

La copolymérisation du lactide avec le polyéthylène oxyde :

Le copolymère a été polymérisé en masse avec la Maghnite-H+. 1 g (6,9 mmol) de

DL-lactide, 0,69 mmol de PEG et 0,1 g (10% en masse / lactide) de Maghnite-H+

séchée a été agité à 120 ° C. Au bout de 48 heures, le produit a été refroidi à

température ambiante, solubilisé dans 10 ml de dichlorométhane, filtré pour éliminer


84

le catalyseur, et précipité dans 100 ml d'éther éthylique froid. Le produit a ensuite été

pesé et analysé par RMN-1H, RMN-13C (DEPT-135), et DSC.

4. Techniques de caractérisation

RMN-1H et RMN-13C (DEPT-135) du liquide :

La résonance magnétique nucléaire du proton a été effectuée sur un appareil

Brucker 300MHz, avec, comme solvant, le CDCl3.

RMN-1H , RMN-27Al, et RMN-29Si MAS :

Les spectres RMN-1H, RMN-27Al MAS, et RMN-29Si MAS ont été enregistrés

avec un spectromètre Bruker (AVANCE 500) en utilisant comme référence le

tétraméthylsilane pour les spectres 1H et 29Si et Al (NO3) 3x6H2O dans l'eau pour les

spectres 27Al.

DSC

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a été effectuée sous azote sur un

analyseur thermique Perkin Elmer Instrument DSC6. Les échantillons ont été soumis à

un premier chauffage suivi d'un refroidissement rapide (20°C min-1) à -65°C et un

deuxième chauffage à 10°C min-1 jusqu’à 180°C. la température de transition vitreuse

(Tg) a été mesurée sur la seconde phase de chauffage.

GPC

A été réalisée sur un chromatographe "Spectra-Physics" équipé de quatre colonnes

d'Ultrastyragel (103, 104, 105 et 106 A˚). Le solvant utilisé est le THF et l'étalonnage

de l'appareil a été réalisé avec le polystyrène de masse moléculaire connue.

Viscosimétrie

La masse molaire viscosimétrique a été déterminée avec un viscosimètre capillaire

« Ubbelohde ». La viscosité intrinsèque, [ƞ] (mL / g), a été mesurée dans le THF à 25 °


85

C. La relation entre le poids moléculaire moyen Mv et la viscosité intrinsèque est

donnée pour PLA (dans le CHCl3, à 25 ° C), par l'équation : [ɳ] = 2,21.10-4 Mv 0,77.

DRX

La Diffraction des rayons X pour les échantillons de poudre pressée ont été

enregistrés sur un diffractomètre Philips PW 1710 en utilisant un rayonnement Cu-Kα

(λ = 1,5418 Å).

SFX

La spectrométrie de fluorescence des rayons X ont été préparés en utilisant la

méthode de fusion LiB4O7. Les perles obtenues ont été analysées sur un spectromètre

Philips PW 2400X.

86

References

[1] C.P. Hamann, S.S. Plamthottam, Polylactide hydrosol and articles made

therefrom, SmartHealth, Inc. (Phoenix, AZ) 2015.

[2] G. Chen, D. Egidio, Process for the formation of high strength bio-absorbable

suture fibers and the suture produced thereby, Google Patents, 2012.

[3] A. Borck, Polymer stent, Google Patents, 2012.

[4] J.S. Stinson, Bioabsorbable self-expanding stent, Google Patents, 2001.

[5] C. Clerc, Bioabsorbable stent-graft and covered stent, Google Patents, 2002.

[6] A. Sendl-Lang, K.-T. Kramer, G. Schutz, Subcutaneous implants containing a

degradation-resistant polylactide polymer 2011.

[7] M. Shah Mohammadi, M.N. Bureau, S.N. Nazhat, in: P.A. Netti (Ed.),

Biomedical Foams for Tissue Engineering Applications, Woodhead Publishing, 2014,

pp. 313-334.

[8] A. Salerno, M. Fernández-Gutiérrez, J. San Román del Barrio, C. Domingo,

The Journal of Supercritical Fluids 97 (2015) 238-246.

[9] M. Vert, European Polymer Journal 68 (2015) 516-525.

[10] A. Angelopoulou, E. Voulgari, E.K. Diamanti, D. Gournis, K. Avgoustakis,

European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 93 (2015) 18-26.

[11] J. Chen, B. Tian, X. Yin, Y. Zhang, D. Hu, Z. Hu, M. Liu, Y. Pan, J. Zhao, H.

Li, C. Hou, J. Wang, Y. Zhang, Journal of Biotechnology 130 (2007) 107-113.

[12] J. Diao, H. Wang, N. Chang, X.-H. Zhou, X. Zhu, J. Wang, J.-W. Xiong,

Developmental Biology 406 (2015) 196-202.

[13] X. Chen, K.H. Schilling, J. William E. Kelly, Impact modified polylactide,

Chronopol, Inc. (Golden, CO) 1999.

[14] A. Mistriotis, D. Briassoulis, A. Giannoulis, S. D’Aquino, Postharvest Biology

and Technology 111 (2016) 380-389.

[15] J.C.E. Hewitt, C.S. Konkel, Films d'emballage et d'étiquetage, Google Patents,

2014.

[16] V. Siracusa, P. Rocculi, S. Romani, M.D. Rosa, Trends in Food Science &

Technology 19 (2008) 634-643.

[17] D.H. Hawes, M.P. Wade, Biodegradable blister pack, Google Patents, 2009.

87

[18] F.-J.D. Tsai, B.C. Wertheim, Biodegradable polylactide nonwovens with

improved fluid management properties Kimberly Clark Worldwide, Inc. (Neenah, WI)

2001.

[19] L.T. Lim, R. Auras, M. Rubino, Progress in Polymer Science 33 (2008) 820-

852.

[20] J.A. Cooper, H.H. Lu, F.K. Ko, J.W. Freeman, C.T. Laurencin, Biomaterials 26

(2005) 1523-1532.

[21] H.H. Lu, J.A. Cooper Jr, S. Manuel, J.W. Freeman, M.A. Attawia, F.K. Ko,

C.T. Laurencin, Biomaterials 26 (2005) 4805-4816.

[22] M. Zilberman, K.D. Nelson, R.C. Eberhart, Journal of Biomedical Materials

Research Part B: Applied Biomaterials 74B (2005) 792-799.

[23] L.h. Azouz, Etude des interactions de mélanges (polymères

biodégradables/principe actif) obtenus par différentes méthodes de préparations,

Departement de chimie, Université Abderrahmane MIRA-Bejaïa, 2010.

[24] J.H. Jung, M. Ree, H. Kim, Catalysis Today 115 (2006) 283-287.

[25] K. Boua-In, N. Chaiyut, B. Ksapabutr, OPTOELECTRONICS AND

ADVANCED MATERIALS 4 (2010) 1404 - 1407.

[26] D. Cheshmedzhieva, I. Angelova, S. Ilieva, G.S. Georgiev, B. Galabov,

Computational and Theoretical Chemistry 995 (2012) 8-16.

[27] A. Routaray, S. Mantri, N. Nath, A.K. Sutar, T. Maharana, Chinese Chemical

Letters in press (2016).

[28] Z.-R. Dai, C.-F. Yin, C. Wang, J.-C. Wu, Chinese Chemical Letters in press

(2016).

[29] X. Hu, C. Lu, B. Wu, H. Ding, B. Zhao, Y. Yao, Q. Shen, Journal of

Organometallic Chemistry 732 (2013) 92-101.

[30] H.-W. Ou, H.-Y. Chen, H.-C. Tseng, M.-W. Hsiao, Y.-L. Chang, N.-Y. Jheng,

Y.-C. Lai, T.-Y. Shih, Y.-T. Lin, H.-Y. Chen, Journal of Molecular Catalysis A:

Chemical 394 (2014) 97-104.

[31] M. Deng, F. Chen, J. Chen, Y. Luo, Journal of Organometallic Chemistry 808

(2016) 117-121.

88

[32] S.K. Roymuhury, D. Chakraborty, V. Ramkumar, European Polymer Journal 70

(2015) 203-214.

[33] A. Harrane, A. Leroy, H. Nouailhas, X. Garric, J. Coudane, B. Nottelet, Biomed

Mater 6 (2011) 065006.

[34] A. Harrane, M.E.A. Belaouedj, M. Belbachir, Reactive and Functional

Polymers 71 (2011) 126-130.

[35] J.Y. Yoo, Y. Kim, Y.S. Ko, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 19

(2013) 1137-1143.

[36] M. Bednarek, M. Basko, T. Biedron, E. Wojtczak, A. Michalski, European

Polymer Journal 71 (2015) 380-388.

[37] M. Nakajima, H. Nakajima, T. Fujiwara, Y. Kimura, S. Sasaki, Polymer 66

(2015) 160-166.

[38] X. Gao, J. Chen, W. Tao, J. Zhu, Q. Zhang, H. Chen, X. Jiang, International

Journal of Pharmaceutics 340 (2007) 207-215.

[39] S.S. Venkatraman, P. Jie, F. Min, B.Y.C. Freddy, G. Leong-Huat, International

Journal of Pharmaceutics 298 (2005) 219-232.

[40] G. Ruan, S.-S. Feng, Biomaterials 24 (2003) 5037-5044.

[41] Y.-I. Hsu, K. Masutani, T. Yamaoka, Y. Kimura, Polymer 67 (2015) 157-166.

[42] J. Matsumoto, Y. Nakada, K. Sakurai, T. Nakamura, Y. Takahashi,

International Journal of Pharmaceutics 185 (1999) 93-101.

[43] P. Ouyang, Y.-q. Kang, G.-f. Yin, Z.-b. Huang, Y.-d. Yao, X.-m. Liao, Front.

Mater. Sci. China 3 (2009) 15-24.

[44] M. Belbachir, A. Bensaoula, Composition and method for catalysis using

bentonites, 2006.

[45] F. Arbaoui, M.N. Boucherit, Applied Clay Science 91–92 (2014) 6-11.

[46] S. Seghier, M. Belbachir, Arabian Journal for Science and Engineering (2015)

1-7.

[47] A. El-Kebir, A. Harrane, M. Belbachir, Arabian Journal for Science and

Engineering (2015) 1-6.

[48] N. Bensaada, M. Ayat, R. Meghabar, M. Belbachir, Current Chemistry Letters 4

(2015) 55-60.

89

[49] Z. Draoua, A. Harrane, M. Belbachir, Journal of Macromolecular Science, Part

A 52 (2015) 130-137.

[50] S. Bennabi, M. Belbachir, Advanced Materials Letters 6 (2015) 271-277.

[51] L. Medjdoub, A. Rahmouni, M. Belbachir, Global Journal of Science Frontier

Research: B Chemistry 14 (2014).

[52] Y. Ghillal, A. Hachemaoui, A.M. Benkouider, A. Yahiaoui, M. Belbachir,

Journal of Polymer Research 21 (2014) 1-9.

[53] C.M. Viau, J.M. Cardone, T.N. Guecheva, M.-L. Yoneama, J.F. Dias, C.

Pungartnik, M. Brendel, J. Saffi, J.A.P. Henriques, Chemosphere 86 (2012) 477-484.

[54] A. Harrane, R. Meghabar, M. Belbachir, International Journal of Molecular

Sciences 3 (2002) 790.

[55] K. Benkenfoud, A. Harrane, M. Belbachir, Chinese Journal of Polymer Science

30 (2012) 56-62.

[56] Y. Yu, R. Li, Q. Li, Progress in Reaction Kinetics and Mechanism 38 (2013)

425-430.

[57] A.R.d. Nascimento, J.A.B.L.R. Alves, M.A.d.F. Melo, D.M.d.A. Melo,

M.J.B.d. Souza, A.M.G. Pedrosa, Materials Research 18 (2015) 283-287.

[58] A. Harrane, N. Naar, M. Belbachir, Materials Letters 61 (2007) 3555-3558.

[59] M. Haouas, A. Harrane, M. Belbachir, F. Taulelle, J. Polym. Sci. B: Polym.

Phys. 45 (2007) 3060-3068.

[60] A. Harrane, M. Belbachir, Macromolecular Symposia 247 (2007) 379-384.

[61] M. Ayat, A. Harrane, M. Belbachir, Journal of Applied Polymer Science 109

(2008) 1476-1479.

[62] C. Claver, E. Fernández, R. Margalef-Català, F. Medina, P. Salagre, J.E.

Sueiras, Journal of Catalysis 201 (2001) 70-79.

[63] N.A. Weir, F.J. Buchanan, J.F. Orr, D.F. Farrar, A. Boyd, Biomaterials 25

(2004) 3939-3949.

[64] W. Cui, X. Li, S. Zhou, J. Weng, Journal of Biomedical Materials Research Part

A 82A (2007) 831-841.

[65] M.D. Alba, M.A. Castro, P. Chain, M. Naranjo, A.C. Perdigón, Physics and

Chemistry of Minerals 32 (2005) 248-254.

90

[66] L. Peng, H. Huo, Y. Liu, C.P. Grey, Journal of the American Chemical Society

129 (2007) 335-346.

[67] A. Omegna, M. Vasic, J. Anton van Bokhoven, G. Pirngruber, R. Prins,

Physical Chemistry Chemical Physics 6 (2004) 447-452.

[68] S. Komarneni, R. Roy, C.A. Fyfe, G.J. Kennedy, H. Strobl, Solid-state [27]Al

and [29]Si magic-angle spinning NMR of aluminosilicate gels, Wiley, Malden, MA,

ETATS-UNIS, 1986.

[69] T. Ohkubo, K. Saito, K. Kanehashi, Y. Ikeda, Science and Technology of

Advanced Materials 5 (2004) 693-696.

[70] K. Okada, N. Arimitsu, Y. Kameshima, A. Nakajima, K.J.D. MacKenzie,

Applied Clay Science 31 (2006) 185-193.

[71] A. Hernández-Laguna, E. Escamilla-Roa, V. Timón, M.T. Dove, C.I. Sainz-

Díaz, Physics and Chemistry of Minerals 33 (2006) 655-666.

[72] K. Beloufa, N. Sahli, M. Belbachir, Journal of Applied Polymer Science 115

(2010) 2820-2827.

[73] H. Gherras, A. Hachemaoui, A. Yahiaoui, A. Benyoucef, A. Belfedal, M.

Belbachir, Synthetic Metals 162 (2012) 1750-1755.

[74] Harrane Amine, Oussadi Karima, Belaouedj Mohamed El Amine, M. Belbachir,

R. Meghabar, Journal of Polymer Research 12 (2005) 361-365.

[75] A.K. Jain, A.K. Goyal, N. Mishra, B. Vaidya, S. Mangal, S.P. Vyas,

International Journal of Pharmaceutics 387 (2010) 253-262.

[76] A.K. Jain, A.K. Goyal, P.N. Gupta, K. Khatri, N. Mishra, A. Mehta, S. Mangal,

S.P. Vyas, Journal of Controlled Release 136 (2009) 161-169.

[77] D.W. Lim, T.G. Park, Journal of Applied Polymer Science 75 (2000) 1615-

1623.

[78] S. Balaji, S.P. Selukar, K.K. Parwe, B.G. Mohite, Advanced Materials Letters 3

(2012) 161-171.

[79] F. Ramazani, C. Hiemstra, R. Steendam, F. Kazazi-Hyseni, C.F. Van Nostrum,

G. Storm, F. Kiessling, T. Lammers, W.E. Hennink, R.J. Kok, European Journal of

Pharmaceutics and Biopharmaceutics 95, Part B (2015) 368-377.

[80] J. Yang, Y. Liang, C.C. Han, Polymer 79 (2015) 56-64.

91

[81] L. Yang, A. El Ghzaoui, S. Li, International Journal of Pharmaceutics 400

(2010) 96-103.

[82] Y. Byun, K. Rodriguez, J.H. Han, Y.T. Kim, International Journal of Biological

Macromolecules 81 (2015) 591-598.

[83] A.V. Gerasimov, M.A. Ziganshin, V.V. Gorbatchuk, L.S. Usmanova, Der

Pharma Chemica 5 (2013) 149-155.

A tous les miens. - univ-oran1.dz

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