L' invention concerne un procédé fabrication de composés minéral/organique constitué cristaux minéraux et de chaînes organiques fixées en sur desdits cristaux _^ . Elle s'étend à de nouveaux comp minéral/organique pouvant être obtenus par mise en oe dudit procédé, ainsi qu'aux polymères préparés à parti certains de ces composés.

Par "chaîne organique", on entend dan suite tout assemblage hydrocarboné de type organique que que soient s ^r a longueur (chaînes courtes ou longues) e géométrie (chaînes linéaires ou cycliques).

Depuis plusieurs années, les chimiste sont attachés à préparer des composés minéral/organ possédant un support minéral sur lequel sont fixées chaînes organiques. Ces composés ont des applicat intéressantes, car ils permettent d'associer des propri caractéristiques des substrats minéraux (propri mécaniques, propriétés chimiques : échange d'i b i or ac t i v i té , propriétés optiques...) avec des propri différentes, caractéris iques des substances organi (faculté de polymérisation, propriétés de surface : ten superficielle, affinité à différents milieux...).

Toutefois, à l'heure actuelle, on connaît de méthodes de fabrication de tels composés minéral/organi Un premier lieu, il existe des procédé greffage consistant à greffer une chaî.ne organique su composé minéral déjà formé ; les procédés de greffage co sont essentiellement de deux types : qreffage de peroxydes du noir de carbone ; greffage de silènes sur des ox métalliques. Ces procédés consistent à préparer, en plusi phases distinctes, d'une part le support minéral (noi carbone ou oxyde) , d'autre part les chaînes organi (peroxydes ou silanes), puis à faire réagir ces compos chaud, de façon à libérer des liaisons covalentes, et fixer par covalence les chaînes organiques. L'inconvénien

ce type de procédés est qu'ils sont très limités et extrapolables à d'autres composés que ceux ci-dessus vis ils conduisent à un nombre très restreint de compo minéral/organique réalisables. De plus, les taux de greff obtenus par ces procédés sont faibles, cependant que la m en oeuvre à chaud de la phase de greffage est conso m a r d ' nergie »

On pourra se reporter à la publicat suivante, qui fait le point sur ces procédés de greffag

"A. VIDAL, 3.B. DONNET, Bull. Soc. Chim. France, 1985, n° p. 1088-1097, Le greffage sur surfaces solides de molécu organiques et de polymères".

Par ailleurs, on connaît un autre type procédé, permettant de lier un composé minéral et molécules organiques ionisables, par adsorption en surf Toutefois, cette liaison ionique minéral/organique est fa et labile (alors que, dans le cas précédent, la cha organique est liée très fortement par liaison covalente composé minéral), de sorte que les applications de ces cor liaison ionique sont très limitées. On pourra se reporter brevets ou publications suivantes pour plus de détails sur procédés par absorption :

- D.N. MISRA 0. Dental Res. 1986 65 (6) 7 11 Adsorption of benzoic acid on pure and cupric ion modi hy droxyapatite t implications for design of a coupling a to dental polymer composites,

- R. B0 EN 3. Dental Res. 1956 35, 360- Use of epoxy resins in restorative matériels, - A. BARR0UG et al., Bull. Soc. Ch

France 1985 4, 535-539 : sur les processus de dissolutio de recristallisation des phosphates dans les mili biologiques : rôle des phénomènes d ' adsorption .

La présente invention se propose de four un nouveau procédé de fabrication de compo minéral/organique, conduisant à des liaisons covalentes fo entre partie minérale et partie organique.

L'invention vise à préparer une nouv famille de composés inéral/organique, dans laquelle chaînes organiques fixées peuvent être de nature très dive

3 de façon à bénéficier d'une grande souplesse pour adapt composé fabriqué aux propriétés souhaitées.

Un objectif essentiel de l'invention e fournir un composé minéral/organique, dans lequel les ch organiques fixées par liaison covalente au substrat mi sont positionnées en surface dudit substrat, de façon à g toute leur réactivité.

Un autre objectif essentiel est de fourn composé minéral/organique dans lequel le substrat minér présente sous la forme de cristaux, bénéficiant ainsi propriétés induites par la structure cristalline (propr mécaniques, optiques, réactivité).

Un autre objectif est de fournir un pro de fabrication susceptible d'être mis en oeuvre à froid, des conditions très simplifiées par rapport aux procéd greffage connus.

Un autre objectif est d'obtenir un tau fixation élevé (défini comme le nombre de chaînes organ fixées par unité de surface du substrat minéral).

En outre, l'invention vise une applica spécifique du procédé consistant en la fabrication composé minéral/organique utilisable dans le dom biomédical, grâce à sa faculté de poly érisation (pa présence de chaînes organiques appropriées) e bioréact ivi té (par la présence d'un cristal minéral appr auquel conduit le procédé).

Le procédé conforme à l'invention fabriquer un composé minéral/organique constitué de cri minéraux et de chaînes organiques fixées par covalenc surface desdits cristaux consiste :

- à mélanger les composés suivants (a), (c) dans un milieu liquide, contenant de l'eau et ayant constante diélectrique inférieure à celle de l'eau : (a) au moins un composé organ phosphorylé de formule générale (Z PO ) - (CH ₂ ) _n - G, où Z de l'hydrogène ou un cation monovalent, n un nombre entie moins égal à 1, et G un groupement éthylénique, acryli aromatique ou aliphatique possédant au moins deux carbo tel que ledit composé porte uniquement comme groupem

ionisables le groupement phosphate (Z2 OΛ) ou des groupements ionisables éloignés de ce groupement phosphate d'au moins trois carbones, (b) au moins un composé minéral phosphaté constitué par de l'acide ^' or thophosphorique ou un sel de cet acide soluble dans l'eau,

(c) au moins un sel de calcium, - et à séparer le précipité de structure apatitique obtenu.

Le procédé conforme à l'invention conduit à une coprecipitation des composés (a), (b) (c) avec formation de cristaux de structure apatitique à partir des composés minéraux ; au cours de cette précipitation, c'est-à-dire pendant la formation même de la structure apatitique, les groupements phosphates du composé organique phosphorylé s'introduisent dans les tunnels de cette structure, cependant que le reste de la molécule organique - (CH ),, - G demeure h l'extérieur de la structure en raison de ses caractéristiques stériques. Ainsi, on obtient un composé minéral/organique très stable, dans lequel les propriétés de la partie organique - CH2) _n - G ne sont pas masquées.

On rappelle qu'une apatite est un composé de structure analogue à celle de la f 1 uoroapa t i t e de formule Ca _j ,g (PO^)g F2 qui cristallise dans le système hexagonal un groupe d'espace P63/m.

Par ailleurs, au mélange de base (a), (b), (c) sus-évoqué, l'on peut également mélanger, en vue de la précipitation, un ou des composés minéraux supplémentaires du groupe suivant (d) : carbonate, hydroxyde, halogénure (notamment chlorure), sel alcalino-terreux (notamment sel de magnésium), sel alcalin (notamment sel de sodium), sel de terTe rare (notamment sel d'europium). Ainsi, l'on fixe, soit dans les tunnels de la structure apatitique, soit dans les sites P0A, soit dans les sites calcium, des anions ou des cations qui contribueront à donner au composé minéral/organique des propriétés spécifiques recherchées dans chaque application.

En particulier, selon un mode de mise en oeuvre préféré, 'on mélange les composés (a), (b), (c) et les

5 composés minéraux supplémentaires (d) dans des proporti adaptées pour conduire à une ossature apatiti (Ca, Me) (PO _ή , X ) g Y _v , où Me est un cation alcalino-terre alcalin ou de terre rare du groupe suivant : Mg ⁺⁺ , Na ⁺ , Eu X est un anion du groupe suivant : HP0 _ή "", C0- _j ~~, Y un an du groupe suivant : OH", Cl", 003"", u est compris entr et 10, et v (nombre d'anions du tunnel) est compris entr et 2. La notation (Ca, Me) ou (PÛ , X) signifie, la façon habituelle, que la première espèce est présente ou PO^) et peut être partiellement substituée par la deuxi espèce (Me, X), laquelle peut le cas échéant ne pas existe

Selon un mode de mise en oeuvre permett d'obtenir un taux de fixation élevé, la coprecipitation effectuée dans un milieu basique contenant de l'eau et ay une constante diélectrique inférieure à celle de l'eau. particulier, on peut utiliser un mélange eau/alcool, a addition d'une base (choisie pour ne pas interférer avec anions et cations présents dans le milieu).

Le procédé peut en particulier consiste ajouter dans un volume d'eau, (a) le composé organi phosphorylé et (b) le composé minéral phosphate ventuellement un carbonate, à ajouter ensuite une solut aqueuse et/ou alcoolique d'une base, à ajouter l'alcool, p à ajouter une solution aqueuse et/ou alcoolique de (c) sel calcium et éventuellement de sel alcalino-terreux, alcalin de terre rare, ensuite à isoler le précipité obtenu. mélanges sont de préférence effectués de façon que le rapp volumique eau/eau + alcool du milieu final soit compris en 35 % et 65 % et que le rapport : nombre de cations (Ca, Me nombre de molécules organiques + nombre d'anions (PO _* , X) s compris entre 0,6 et 1,4 et en particulier voisin de 1. température est avantageusement ajustée dans une pl comprise entre 10° C et 80° C, de préférence au voisin de 37° C.

La coprecipitation...effectuée dans conditions, des espèces définies plus haut, permet d'obte l'ossature apatitique définie plus hatiit avec le meill rendement.

Il convient de souligner que, dans le procéd de l'invention, le composé inéral/organique est obtenu i situ, à froid ou à température très douce, en une seule étap de coprecipi ation, qui, à la fois, forme le crista apatitique et assure l'insertion du groupement orthophosphat de la molécule organique dans le tunnel de la structur apatitique. De la sorte, le groupement ort ho phosphate de l molécule organique est lié par liaison ionique à l'intérieu m ême de la structure apatitique dont il fait parti intégrante, ce qui conduit à une très bonne cohésion d l'ensemble, cependant que la chaîne organique de chaqu molécule demeure liée par liaison covalente, à ce groupeme orthophosphate. Cette chaîne s'étend à l'extérieur du crist en raison de son encombrement stérique et de l'absence d groupements ioniques proches des orthophosphates.

On obtient ainsi dans tous les cas un compo minéral/organique très stable, sans aucune tendance à séparation des parties minérales et organiques. Les chaîn organiques positionnées à l'extérieur du cristal peuvent êt très diverses et sont choisies en fonction des propriét recherchées dans chaque application. Elles gardent leu réactivité propre ou leurs propriétés spécifique puisqu'elles se trouvent dégagées du cristal, libres de réag ou de conférer à l'ensemble des propriétés de surfac déterminées .

Il est essentiel pour obtenir ce résultat conserver aux chaînes organiques leur réactivité et leu propriétés, que les molécules organiques utilisées pour co recipita ion possèdent plus de deux carbones, généralement entre 3 et 20 carbones, et portent comm groupements ionisables, uniquement les groupemen orthophosphates ou des groupements ionisables éloignés ceux-ci. En effet, dans le cas contraire, en particulier ces molécules possèdent des chaînes très courtes tels q é thanolam ine , et portent d'autres groupements ionisabl proches du phosphate (aminés dans l'e'xemple sus-évoqué) , l' constate que leur réactivité ou leiirs propriétés so masquées, vraisemblablement en raison d'une inserti complète de celles-ci dans la structure apatitique. Il est

noter qu'une étude en laboratoire avait été effectuée par les inventeurs en 1982 sur les chaînes éthanolamine et avait conclu à l'existence d'une liaison minéral/organique, mais sans déboucher sur un intérêt pratique en raison de l'occultation des propriétés spécifiques de la partie organique ("ITBM, A. Lebugle, E. Zahidi, G. Bonel, 1982, Vol. 3, n° 6 p. 626-634").

En particulier le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir un composé minéral/organique qui présente des propriétés de surf ace pré déterm inée (hydrophobie...) ou qui est apte à développer des liaisons préd ter in es (polymérisation, fixation avec d'autres chaînes). Ces propriétés sont obtenues par le choix d'un composé organique possédant les propriétés de surface désirées ou apte à développer les liaisons recherchées.

L'on peut avantageusement utiliser des molécules organiques faisant partie d'une des familles de formules suivantes :

(H ₂ P0 ₄ ) - (CH ₂ ) _n - 0 - C - II

0 R _λ \ ^ ₃

dans lesquelles Ri est un radical hydrogène ou alkyle et R ₂ ou R - _j un radical hydrogène, aryle ou alkyle saturé ou insaturé, fonctionnalisé ou non selon les propriétés recherchées.

Ces molécules de préparation facile possèdent des doubles liaisons qui permettent de c op ol y m ér i se r le composé minéral/organique obtenu.

La préparation de ces molécules organiques peut notamment consister à faire agir un agent phosphory lant sur l'alcool correspondant à la molécule recherchée :

Par ailleurs, le choix des anions et cations minéraux de départ conditionne les propriétés physiques ou chimiques du cristal minéral : propriétés mécaniques, optiques... Ce choix sera effectué parmi les espèces déjà citées en fonction des propriétés désirées.

L'invention s'étend, en tant que tels, à des composés minéral/organique préparés par le procédé défini plus haut, constitué de cristaux minéraux et de chaînes organiques fixées en surface desdits cristaux.

Les composés d'une première famille revendiquée se caractérisent en ce qu'ils possèdent une structure apatitique de formule suivante :

(Ca, He) _u (P0 ₄ , X) (P0 ₄ ) - (CH ₂ ) _n - 0 -

où Me est un métal facultatif suivant : Mg, N a ou Eu, u étant compris entre 8 et 10,

X est un hydroqénophosphate et/ou un carbonate, Y est un hydroxyle, un chlore et/ou un carbonate, situé dans le tunnel, v étant compris entre 0 et 2,

Ri est un radical hydrogène ou alkyle et R ₂ , R- _* un radical hydrogène, aryle ou alkyle, n étant un entier au moins égal à 1, x étant supérieur à 0 et inférieur à 2. Ces composés sont aptes à copolymériser avec un monomère acrylique, en raison de la nature de leur chaîne organique. L'invention s'étend au polymère ainsi obtenu.

Les composés d'une autre famille revendiquée se caractérisent en ce qu'ils possèdent une structure apatitique de formule suivante :

(Ca, Me),, (P0 ₄ , X ) _ή Y, (PQ ₄ ) - (CH ₂ ) _n -

o Me est un métal facultatif suivant : Mg, Na ou Eu, u étan compris entre 8 et 10, X est un hydrogénophospha e et/ou un carbonate,

Y est un hydroxyle, un chlore et/ou un carbonate, situé dan le tunnel, v étant compris entre 0 et 2,

R ₂ et R-» sont des radicaux hydrogène, aryle ou alkyle, n étan un nombre entier au moins égal à 1, x étant supérieur à 0 e inférieur à 2.

La description qui suit présente des exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Exemple 1 Composés minéral/organique fabriqués à partir de phosphate d calcium et de phosphate d ' hy droxyéthy lméthacrylate

La molécule organique constituée par l phosphate d'hy droxy thy lméthacrylate a été préparé suivant l processus décrit par SWART ("3. G. S ART ; A; A; DRIESSEN an A.C. DEVISSER ACS Symp. Ser 1976 31, 151-160 Calcification an bone induction studies in h e t e r o g e n e o u s phosphorylate bydrogels"). Cette méthode consiste à faire réagir à un t e m pé ra t u re c o m p r i se en t r e 0 e t 5 ° C d l'hy dro thy lméthacrylate (HEMA) avec du pentoxyde de phosphor en milieu di chl oro m é t hane . Elle conduit à un mélanqe d monoester et de diester. Après évaporation du solvant e addition d'eau permutée dégazée, le monoester a été séparé e le précipitant sous la forme de son sel de baryum. Le baryum été ensuite éliminé par dissolution du sel dans l'acid sulfurique et précipitation du sulfate. Les contrôles ont ét réalisés aux différentes étapes de la synthèse à l'aide d techniques : analyse chimique (dosage du phosphore sous l forme minérale ou organique, du baryum, C.H.N.), spec roscop i IR et RMN. Ils montrent que le produit final obtenu, l molécule or'ganique souhaitée, est en accord avec la formule

H ₂ P0 ₄ - CH ₂ - CH ₂ - 0 - C - C = CH ₂ -

0 CH,

calcium, dans une solution ammoniacale B contenant des io o r t h o p h o s p h a t e e t d e s i o n s p h o s p h a d ' hy dr o y é h y 1 m é t h a c r y 1 a t e , c'est-à-dire la molécu organique, en proportions variables. Les deux solutions A et utilisées présentent les compositions suivantes :

1 j. -— S ooulu uti J.o un 11 A n : 10 m IIUiXllJ.iiUmIoUJl.eCsO de n nint-riaαtuec ca lcium Ca(NO-,) ₂ , 4H ₂ 0 sont dissoutes dans 30 ml d'e per rmmutée dégazée et additionnée de 30 ml d'éthanol.

2 - Solution B : 10 millimoles au total phosphate bia moniacal (NH ) ₂ HP0 et de phospha d'hydroxyéthylméthacrylate H P0 _Δ - CH ₉ - CH - 0 - C - C =

0 CH ₃ sont dissoutes dans 80 ml d'eau permutée et dégazée. A cet solution sont ajoutés successivement 15 ml d'une soluti ammoniacale (d = 0,92) et 95 ml d'éthanol.

Dans la solution B, on fait varier entre 0 1 le rapport du nombre d'ions phosphate organique sur nombre total des ions phosphate organique et minéral que l' désigne par i . Dans ces conditions le rapport du nomb d'ions calcium sur le nombre total d'ions phosphate organi et minéral en solution reste constant et égal à 1.

On constate la formation immédiate coprécipités. Ceux-ci sont aussitôt filtrés sur bϋchner a un vide de trompe à eau pour l'aspiration du liquide, solution étant versée sur un filtre en papier de diamètre 20 cm.

La filtration dure environ 5 minutes et aussitôt suivie d'un lavage dans le bϋchner en vers progressivement une solution de lavage préalablement prépar

Cette solution a été préparée par mélange 60 ml d<eau permutée dégazée, 10 ml d'une solution d'ammon (d r 0,92) et 70 ml d'éthanol. Cette solution est versée

le précipité en quinze minutes de façon à conserver toujou une petite quantité d'eau sur le précipité, afin de le lav efficacement sans le fissurer. A la fin de ce lavage, le corps obtenu e aussitôt séché à l'étuve à 80° C pendant 15 h. Au terme de laps de temps, on recueille un produit que l'on broie mortier d'agate sous la forme d'une poudre très fine.

Les soprécipités, séchés, réduits en poudr ont fait l'objet d'une analyse chimique par dosage du calciu phosphore minéral, phosphore organique, carbone, (hydrogène azote, d'une analyse par diffraction des rayons X d'u analyse par spec tr o s co p i e infrarouge, d'une analy thermogravimétrique et d'une analyse par microcalorimétrie. Ces différentes techniques montrent q lorsque le rapport Ri est compris entre 0 et 0,2, le rappo

R égal au rapport du nombre d'ions phosphate organique sur nombre total des ions phosphate organique et minéral dans solide est compris entre 0 et 0,03. Il se forme dans c conditions une phase apatitique dont la composition chimiq est en accord avec la formule

Ca _g P0 ₄ HP0 ₄ P0 ₄ R 0H avec x = 6R _S /1-R _S . 3,5 2,5 x 0,5-2x

Cette phase dérive du phosphate octocalciq de structure apatitique de formule Ca ₈ P0 _{4 m} HP0 ₄ 0H _n>3 3,5 2,5 dans lequel les ions 0H~ du tunnel sont remplacés par des io phosphate organique RP07". Pour x = 0,25 la substitution d ions 0H~ par des ions RP0 ₄ ^~ est totale.

Lorsque le rapport R, est compris entre 0 et 0,35, c'est-à-dire Rς compris entre 0,03 et 0,09, il forme une apatite dont la composition est comprise entre Ca ₈ P0 ₄ HP0 ₄ P0 ₄ R

3,5 2,5 0,25

et Cag^ _j (P0 ₄ ) (HP0 ₄ ) RP0 ₄ 0H

4,44 1,56 0,63 0,16.

Cette phase dérive du phosphate tricalcique apatitique. Ma

là encore, on a une substitution des ions 0H~ du tunnel par des ions phosphate d ' h y drox yé thy lm é t hacr y late . Au-delà de R _c = 0,09, il se forme un système biphasé. La molécule organique ( phosphate d' hy droxyé thylm éthacry late) n'est pas localisée en totalit dans les tunnels de l'apatite. En effet, on peut copoly mériser à la température ordinaire l'apatite dans laquelle les ions 0H~ sont remplacés p-ar des ions (P0 ₄ R) ^2" (R étant la chaîn organique fixée) avec de l'HEMA en présence d'un amorceur, l peroxyde de benzoyle, et d'un accélérateur, le di éthyl p toluidine. On constate que la liaison éthylénique du phosphat d'hydroxyéthylméthacry late n'est pas "piégée" par le crista d'apatite. On montre ainsi que seule l'extrémité de l molécule organique, le groupement phosphate, est fixée dans l cristal d'apatite à l'entrée des tunnels. Le reste de l molécule, c'est-à-dire la chaîne organique est libre et gard ainsi toute sa réactivité physique ou chimique.

Exemple 2 :

Composés minéral/organique fabriqués à partir de phosphate d calcium et de phosphate de 2 hydroxypropylméthacrylate

La molécule organique constituée par l phosphate de 2 hydro ypropyl éthacrylate a été préparé suivant un processus analogue à celui déjà évoqué (SWART) dan le cas de 1 ' h y d r o x y é t h 1 é t h ac r y 1 a t e : 47,5 g de hydroxypropylméthacrylate

(H0 - CH~ - CH~ - CH, λ - 0 - „ C - I C = CH,) ont été ajoutés

0 CH ₃ 15,6 g de pentoxyde de phosphore mis en suspension dans 600 m de dichlorométhane à une température comprise entre 0 et 5° C Après 48 h, le solvant est évaporé et 500 ml d'eau ajoutés. L monoester a été séparé du diester à l'aide de son sel d baryum, puis régénéré avec de l'acide sulfurique e précipi ation de BaS0 . L'analyse montre que le monoeste obtenu présente bien la formule

^P0 4 - CH ₂ - CH ₂ - CH ₂ - 0 - C - C = CH ₂ . On obtient 18 5 g d

Il I

0 CH ₃ monomère .

Cette molécule organique, le phosphate

d ' h y d r o x y p r o p y 1 m é t h a c r y 1 a t e a été coprécipité avec un phosphate minéral par un sel de calcium en milieu basique, dans un mélange eau-éthanol (50 %, 50 % en volume) en adoptant des conditions analogues à celles décrites dans l'exemple 1. Par exemple en partant de 10 millimoles de nitrate de calcium, 6,5 millimoles de phosphate diammonique et 3,5 millimoles de phosphate organique, on obtient 1,03 g de coprécipité. L'étude des coprécipités par les différentes technique d'analyse montre que la molécule organique est fixée à l'apatite par le groupement P0 ₄ au niveau des tunnels.

La copoly mérisation de ce coprécipité avec du 2 hydrox propyl éthacrylate montre que la double liaison éthylénique de la molécule participe à la poly érisation indiquant ainsi que la chaîne est libre et garde toute sa réactivité .

Exemple 3 :

Composés minéral/organique fabriqués à partir de phosphate de calcium et de phosphate d ' hydrox but lacrylate

La molécule organique, le phosphate de 4 hydroxybuty lacrylate a été préparé toujours suivant le même processus que dans les exemples 1 et 2 : 45 g d'hydroxybutylacrylate (H0-CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -0 -C-C = CH ₂ ) ont été

0 H ajoutés à 14,7 g de pentoxyde de phosphore. Après séparation du diester, on obtient 18,02 g de monoester. Les différentes techniques d'analyse montrent que le produit final, c'est-à- dire la molécule organique est en accord avec la formule

H ₂ P0 ₄ -CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -0-C-C=CH ₂

0 H Dans ce cas encore , le pho spha te d'hydro ybutylacrylate a été coprécipité avec un phosphate minéral par un sel de calcium dans les mêmes conditions et de la même façon que précédem ent. Par exemple, en partant de 10 millimoles de nitrate de calcium, de 6,5 millimoles de phosphate biammoniacai et de 3,5 millimoles de ce phosphate organique, on obtient 1,20 g de coprécipité. L'analyse chimique couplée aux autres techniques montre que la molécule organique dans ce cas encore vien t se f i xer par

l'interm diaire de son groupement P0 ₄ dans le tunnel cristal d'apatite, le reste de la chaîne restant libre gardant toute sa réactivité.

Exemple 4

Composés minéral/organique fabriqués à partir de phosphate calcium et de phosphate d ' hydroxyéthylacry late

La molécule organique, le phosphate 2 h y drox yéthy lacrylate a été élaboré selon le process précédemment décrit. 47,2 g de 2 hydroxyéthylacry late (H0-CH ₂ -CH ₂ -0-C-CH=CH ₂ ) ont été ajoutés à 15,6 g de pentoxy

0 de phosphore. Après séparation du diester à l'aide du sel baryum, on obtient 19,1 g de monoester. L'analyse montre bi qu'il s'agit de la molécule organique de formule P0 ₄ -CH ₂ -CH ₂ -0-C-CH=CH ₂ . 0

Le phosphate d' hy droxyé thy lacry lat e a é coprécipité avec un phosphate minéral par un sel de calci comme précédemment. En partant de 10 millimoles de calciu 6,5 millimoles de phosphore minéral et 3,5 millimoles phosphate organique, on obtient 1,52 g de coprécipité. Dans cas encore, on observe par les différentes techniques d'étu que la molécule organique se fixe dans le tunnel du crist d'apatite, par l'intermédiaire du groupement P0 ₄ , le reste la molécule, c'est-à-dire la chaîne restant libre accessible à la copolymérisation .

Exemple 5 :

Composés minéral/organique fabriqués à partir de phosphate calcium et de phosphate de 3 butène 1 ol

La molécule organique, le phosphate

3 butène 1 ol a été préparé toujours suivant le mê processus, par action de 30 g de 3 butène 1 ol sur 17,9 g pentoxyde de phosphore. Après séparation du diester, obtient 16 g de monoester dont la formule est

P0 ₄ -CH ₂ -CH ₂ -CH=CH ₂ -

Ce monoester a été coprécipité avec phosphate minéral par un sel de calcium. Par exemple

partant de 10 ^' millimoles de calcium, 6,5 millimoles phosphate minéral et 3,5 millimoles de phosphate organique, obtient 0,92 g de coprécipités. Dans ce coprécipité exemple, l'analyse montre que la fixation se fait toujours niveau du tunnel par le groupement P0 ₄ de la molécule. copoly érisation de ce coprécipité révèle que la liai éthylénique du reste de la molécule garde sa réactivité.

Exemple 6 :

Composés minéral/organique fabriqués à partir de phosphate calcium et de phosphate de 3 hexène 1 ol

La molécule organique, le phosphate

3 hexène 1 ol a été obtenu selon la même méthode par actio 45 g de 3 hexène 1 ol 0H-CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ =CH ₂ -CH ₂ -CH ₃ sur 19,2 g pentoxyde de phosphore. Après séparation du diester, obtient 20 g de monoester répondant à la formule

P0 ₄ -CH ₂ -CH ₂ -CH=CH-CH ₂ -CH ₃

Les coprécipités de phosphate de 3 hex 1 ol de phosphate minéral par un sel de calcium ont réalisés. Par exemple, en partant de 10 millimoles de calci

6,5 millimoles de phosphate minéral et 3,5 millimoles phosphate de 3 hexène 1 ol , on obtient 0,96 g de coprécipi

Ces coprécipités sont analogues à ceux décrits dans exemples précédents : fixation de la molécule dans les tunn par le groupement P0 _4> réactivité conservée du reste de molécule .

Exemple 7 Réactivité de la liaison éthylénique : copoly mérisation a de 1 ' hydroxyéthylméthacrylate (HEMA)

La réactivité de la double liaison phosphate d'hy droxyéthylméthacry late fixé par coprecipitat du cristal d'apatite peut être établie en copo 1 y m r i san t coprécipité avec de 1 ' hy droxyéthy lméthacrylate .

On constitue tout d'abord un méla pulvérulent A constitué^e 500 mg de coprécipité de formule

^Ca 8,93 (P0 _A ) (HP0 ₄ ) (RP0 ₄ ) 0H

4,44 1,56 0,63 0,16

obtenu dans les conditions précédentes en adoptant un rappo R, égal à 0,35, avec 0,06 g de peroxyde de benzoy (amorceur). On prépare à cô é une solution B constituée 500 mg d'hydroxyéthylméthacrylate et 0,02 ml de di éthyl p toluidine (accélérateur pour la prise à la températu ordinaire). On ajoute vivement le mélange A à la solution en mélangeant l'ensemble pendant 15 secondes avec une spatul

Une ^' fois la polymérisa ion achevée (apr quelques minutes) le copolymère obtenu a été mis en suspensi dans une solution composée de 490 ml d'eau permutée et dégaz et de 10 ml d'acide perchlorique 2N. De la même façon coprécipité non copolymérisé a été mis en suspension dans u solution identique. Dans les deux cas, on a dosé en foncti du temps la teneur globale des solutions en phosphore et le teneur en phosphate organique. Tandis que dans le cas d' coprécipité non copolymérisé le rapport phosphate organiq sur phosphate total reste constant et égal à 0,09, on consta que dans le cas d'un copolymère, ce rapport diminue fonction du temps jusqu'à la valeur 0,04. La diminution de rapport traduit la dissolution sélective du phosphate minér associé au coprécipité copolymérisé. La valeur du rappo obtenu 0,04 montre que 60 % du monomère associé au phospha de calcium dans le coprécipité apatitique a participé à copoly érisation .

Si on diminue le rapport masse de coprécipi sur la masse d'hydroxyéthylméthacrylate, on augmente le ta de copolymérisation et on tend vers une copoly érisati totale .

Exemple 8

Réactivité de la liaison éthylénique : copolymérisation av du méthylméthacry late (M. M. A.)

La réactivité de la double liaison phosphate d'hydroxyéthylméthacrylate fixé par coprecipitati du cristal d'apatite peut également être établie copoly érisant "en solution" dans le benzène un coprécipi avec du m éthy lméthacry 1 ate. On sait que le benzène est solvant du méthylméthaçrylate et du poly méthylméthacrylate. On mélange tout d'abord 5 ml de M. M. A. à d

quantités variables de benzène, par exemple comprises ent 1 ml et 3 ml. On ajoute ensuite, toujours à la températu ordinaire, 1 g de coprécipité de formule Ca _8>93 (P0 ₄ ) _4>4 (HP0 ₄ ) ₁₎₅₆ (RP0 ₄ ) _0>63 0H _n>16 obtenu dans les conditions précédentes en adoptant rapport Ri égal à 0,35 , et 0,5 g de peroxyde de benzoy (amorceur). Le coprécipité n'étant pas soluble dans le mélan liquide, est mis en suspension par agitation. La températ est ensuite rapidement portée à 50° C à l'aide d'un ba ther ostaté, et maintenue à cette valeur pendant 8 heures.

Après refroidissement, le solide obtenu e mis à dissoudre dans 150 ml d'acétone pendant 24 heures. partie non soluble est récupérée par cen t r i f uga t i on sous forme d'une poudre, puis analysée par InfraRouge dosage C.H.N.. Par IR, on remarque une augmentation très net de la partie organique par rapport au coprécipité. Par C.H. on constate que la teneur en carbone a été augmentée, p rapport au coprécipité, d'un facteur 6. Ces observatio traduisent la copoly érisation du monomère fixé à l'apatit avec le méthy lméthacrylate .

Exemple 9

Composés inéral-organique fabriqués à partir de phospha mixte de calcium, magnésium et de phosphate d'HEMA

Le mode opératoire suivi est le même q celui décrit dans l'exemple 1, sauf que l'on remplace u partie du nitrate de calcium par du nitrate de magnésium : solution A est constituée de 8 millimoles de Ca (N0 ₃ ) ₂ , 4H et 2 millimoles de Mg (N0 ₃ ) ₂ , 6H ₂ 0 dissoutes dans 30 ml d'e permutée dégazée et additionnée de 30 ml d'éthanol. Il forme, en adoptant un rapport R, égal à 0,35 , un phospha apatitique de calcium, magnésium avec un rapport atomiq Mg/Ca + Mg égal à 0,20 , et un rapport R (phospha organique/phosphate total) égal à 7 %. La molécule organiqu le phosphate d'hema est toujours fixée à l'apatite, disponible pour une copolymérisation. _≈<

Exemple 10 Composés minéral-organique fabriqués à partir de phos' ha

mixte de calcium-europium et de phosphate d 'HEMA

Comme dans l'exemple précédent, une partie du nitrate de calcium est substituée, mais dans ce cas, il s'agit de nitrate d'europium : la solution A est constituée de 8 millimoles de Ca (N0 ₃ ) ₂ , H ₂ 0 et 2 millimoles de Eu (N0 ₃ ) , 5H ₂ 0 dissoutes dans 30 ml d'eau permutée dégazée et additionnée de 30 ml d'éthanol. Le rapport R _| _ est fixé à 0,35. Les autres conditions 'sont celles adoptées dans l'exemple 1. On obtient dans ces conditions un phosphate apatitique de calcium, europium présentant un rapport atomique Eu/Eu + Ca égal à 20 %, et un rapport R _s égal à 0,07.

Les différentes techniques d'étude montrent tout d'abord que la molécule organique vient toujours se fixer dans le tunnel de l'apatite par l'intermédiaire de son groupement P0 ₄ , le reste de la chaîne restant libre et gardant sa réactivité. Ces techniques montrent ensuite que le coprécipité présente toujours les propriétés de luminescence de l'europium.

Exemple 11

Composés minéral-organique fabriqués à partir de phosphate de calcium, de phosphate d'HEMA, en présence d'ions carbonate.

Le mode opératoire suivi est le même que celui décrit dans l'exemple 1, sauf que l'on ajoute 5 millimoles de carbonate d'ammonium (NH ₄ ) ₂ C0 dans la solution B. Le rapport R. est toujours égal à 0,35.

Le précipité obtenu est un phosphate de calcium carbonate apatitique. Le rapport R 5 est égal à 0,06 tandis que le rapport atomique Ca/Phosphate minéral + phosphate organique est égal à 1,41.

La molécule organique phosphorylé est dans ce cas encore fixée à l'apatite par son groupement P0 ₄ introduit dans le tunnel. La double liaison éthylénique présente toujours sa réactivité.

Exemple 12

Composés minéral-organique fabriqués à partir de phosphate de calcium et de phosphate d'HEMA, en présence d'ions chla-rure Les conditions opératoires sont les mêmes que

celles décrites dans l'exemple 1 sauf que l'on remplace le nitrate de calcium par du chlorure de calcium. Le rapport R, est égal à 0,35. Il se forme un phosphate de calcium apatitique renfermant des ions chlorure (0,1 atome pour 6 atomes de phosphore "minéral"), et ayant toujours la molécule organique, le phosphate d'hema, fixée. Le rapport Rς est plus faible (0,04) qu'en l'absence d'ions chlorure (0,09), en raison de la compétition entre les ions chlore et les ions phosphohema dans le tunnel de l'apatite. Le rapport atomique Ca/Phosphate minéral + phosphate organique est égal à 1,41.

Exemple 13

Composés minéral-organique fabriqués à partir de phosphate de calcium, de phosphate d'HEMA, en présence d'ions chlorure, et dans des conditions de constante diélectrique du milieu, et de concentrations différentes des autres exemples

Dans cet exemple, on a utilisé une concentration des réactifs et une constante diélectrique de la solution B différentes de celles adoptées pour les autres exemples. Ainsi, pour constituer la solution B, 6,5 millimoles de phosphate biammoniacai (NH ₄ ) ₂ HP0 ₄ , et 3,5 millimoles de phosphate d'hema sont dissoutes dans 238 ml d'eau permutée et dégazée (au lieu de 80). A cette solution sont ajoutés successivement 15 ml d'une solution ammoniacale (d ≈ 0,92) (inchangé), et 150 ml d'éthanol (au lieu de 95). Dans ces conditions, le rapport volumique eau/alcool dans la solution B n'est plus égal à (50 %, 50 %) mais à (63 % , 37 %) . Le volume total de la solution contenant les réactifs n'est plus de 190 ml mais de 403 ml. La solution A est constituée de 10 millimoles de chlorure de calcium (au lieu de nitrate de calcium), dissoutes dans 30 ml d'eau, permutée, dégazée et additionnée de 30 ml d'éthanol.

On obtient un précipité dont les techniques d'analyse montrent qu'il est constitué de phosphate de calcium apatite, contenant des ions chlorure.

Ce coprécipité possède un raport R _ς égal à 0,04 et un rapport atomique Ca/Phosphore minéral + Phosphore organique égal à 1,41. Le phosphate d'hema se fixe toujours au cristal d'apatite par son groupement P0 situé dans le tunnel.