Synthesis of morpholine-2,5-diones and (co)polydepsipeptides for the valorisation of amino acids

Au cours de ce travail, l’élaboration, la polymérisation et la copolymérisation organocatalysée des morpholine-2,5-diones, des monomères cycliques produits à partir d’acides α-aminés, ont été étudiés. Dans un premier temps un protocole de synthèse de morpholine-2,5-diones, commun à plusieurs acides α-aminés a été développé. Celui-ci a pu être mis en application sur un mélange d’acides aminés, afin de produire des mélanges de morpholine-2,5-diones. Ces dernières ont alors été copolymérisées à l’aide de différents catalyseurs afin de démontrer le potentiel des copolydepsipeptides pour la valorisation de biomasse protéinée. Dans un second temps, la polymérisation organocatalysée de la 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione et sa copolymérisation avec le lactide ont été étudiées en employant la 1,8-diazabicyclo[5,4,0]undéc-7-ène et une thiourée comme système co-catalytique. Celui-ci permet de synthétiser les polydepsipeptides et copolymères poly(depsipeptide-r-lactide)s de manière contrôlée. Finalement, afin de réduire l’impact environnemental de la synthèse des morpholine-2,5-diones et des polydepsipeptides, nous avons fait appel à la synthèse assistée par mécanochimie et par micro-ondes. A l’aide de ces techniques, une gamme de morpholine-2,5-diones a pu être produite avec bien plus de rapidité et de facilité qu’en solution, en utilisant considérablement moins de solvants et d’énergie. La mécanochimie a également été employée avec succès pour la polymérisation organocatalysée de la 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione et pour sa copolymérisation avec le lactide. Cette étude permet une comparaison directe entre la ROP en solution et la ROP assistée par mécanochimie qui est, à ce jour, un domaine largement inexploré.Over the course of this work, the elaboration and the organocatalysed polymerisation and copolymerisation of morpholine-2,5-diones, monomers derived from α-amino acids, was studied. Firstly, an experimental protocol was developed, allowing for the synthesis of morpholine-2,5-diones from different amino-acids. The latter was then used for the production of a mix of morpholine-2,5-diones from a blend of amino-acids. This mixture of morpholine-2,5-diones was subsequently copolymerised using different catalysts. Next, the ring-opening polymerisation of 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione as well as its copolymerisation with lactide was investigated via organocatalysis using 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene and a thiourea co-catalyst. This catalytic system granted great control over the synthesis of polydepsipeptides and poly(depsipeptide-r-lactide) copolymers. Finally, with the aim of reducing the environmental impact of the different reactions developed herein, mechanochemical and microwave-based procedures were investigated. Using these techniques, a range of morpholine-2,5-diones were successfully produced in a much simpler and faster manner whilst using considerably less solvent and energy. Mechanochemistry also proved successful for the organocatalysed ring-opening polymerisation of 3S-(isobutyl)morpholine-2,5-dione and its copolymerisation with lactide. This study grants access to the direct comparison between solution and mechanochemical based ROPs which is, to date, a mostly unexplored field