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PROCEDE DE PREPARATION D'ACETALS DE MALONDIALDEHYDE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de préparation d'acétals de malondialdéhyde.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Les acétals de malondialdéhyde de formule (I) :
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dans laquelle R1, R2 et R3 sont des groupes alkyle, des groupes cycloalkyle, des groupes aralkyle ou des groupes aryle, identiques ou différents, ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, R4est un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aralkyle, ou un groupe aryle, ou représente R-CO- avec R = un alkyle, un cycloalkyle, un aralkyle ou un aryle, et R5 et R6 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H, un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aralkyle ou un groupe aryle ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, sont utilisés en tant qu'intermédiaires pour la préparation d'hétérocycles tels que des pyrazoles, des isoxazoles, des pyrimidines, des 2-aminopyrimidines ou des pyrimidones.
En plus de leur utilisation en tant qu'intermédiaires organiques, ils servent également de composants durcissants pour des films d'alcool polyvinylique et d'acétate de polyvinyle (document US 4 655 841).
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On sait que les tétraalkylacétals de malondialdéhyde, à savoir les tétraalkylacétals de malondialdéhyde 2-substitués et 2,2-disubstitués, respectivement, peuvent être synthétisés par réaction d'orthoformiates avec des éthers alkylvinyliques et des éthers alkylvinyliques substitués (document US 2 527 533) ou d'orthoformiates avec des esters vinyliques (document US 2 459 076) en présence d'acides de Lewis appropriés en tant que catalyseur.
Afin d'améliorer l'aspect économique du procédé, il est souhaitable de réaliser la réaction en présence d'un catalyseur hétérogène et éventuellement en continu.
L'utilisation de catalyseurs hétérogènes pour la réaction d'orthoformiates et d'éthers vinyliques a été, en fait, déjà décrite précédemment (document US 2 556 321). De plus, il a été mis en évidence que, par exemple, l'éther méthylvinylique et l'orthoformiate de triméthyle peuvent être mis à réagir en continu dans un réacteur tubulaire en utilisant du FeCl3 dissous en tant que catalyseur (document EP 0058928).
Toutefois, on a constaté que l'utilisation - autrement avantageuse - de catalyseurs hétérogènes pour la réaction d'orthoformiates avec des éthers alkylvinyliques conduit à plusieurs problèmes pratiques si elle est réalisée de manière traditionnelle. Le problème le plus important est lié à la durée de vie du catalyseur. Les catalyseurs acides de Lewis hétérogènes couramment utilisés, tels que des montmorillonites acides et des zéolites acides, ainsi que des acides de Lewis autrement homogènes, lorsqu'ils sont adsorbés sur un support approprié (par exemple le FeCl3 sur du Si02), se sont avérés être désactivés après des périodes de temps relativement courtes.
Par exemple, en utilisant de la montmorillonite K10# ou de la zéolite H-BEA 25# en vue de catalyser la réaction de l'éther méthylvinylique avec l'orthoformiate de triméthyle, le catalyseur a
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perdu une activité considérable après seulement 3 heures. Les rendements ont chuté de 80% à < 60% et le catalyseur a lentement foncé. Des durées de vie de catalyseur si courtes sont inacceptables dans des conditions commerciales et, en fait, annulent les avantages normalement associés à l'utilisation de catalyseurs hétérogènes, c'est-à-dire des coûts de catalyseur réduits, des coûts d'élimination réduits et le respect de l'environnement.
Dans les cas où des acides de Lewis autrement homogènes, tels que le FeCl3, l'AlCl3 ou le ZnCl2, ont été supportés sur du SiO2, de l'Al2O3 ou des montmorillonites, ou les Envirocats disponibles dans le commerce ont été utilisés, les catalyseurs ont rapidement perdu leur activité, et les produits se sont avérés contenir des quantités importantes des cations de catalyseur. Ce phénomène est couramment appelé lessivage .
En conséquence, un objectif de la présente invention est de proposer un procédé procurant les composés de formule générale I à partir d'orthoformiates et d'éthers alkylvinyliques, ou d'orthoformiates et d'esters vinyliques, en présence de catalyseurs hétérogènes sans l'inconvénient de durées de vie de catalyseur trop courtes.
RESUME DE L'INVENTION Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé de préparation d'acétals de malondialdéhyde de formule générale I :
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dans laquelle R1, R2 et R3 sont des groupes alkyle, des groupes cycloalkyle, des groupes aralkyle ou des groupes aryle, identiques ou différents, ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, R4 est un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aralkyle ou représente R7-CO- avec R7 = un alkyle, un cycloalkyle, un aralkyle ou un aryle, ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, et R5 et R6 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H, un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aralkyle ou un groupe aryle ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, en faisant réagir des éthers alkylvinyliques de formule générale II ou des esters vinyliques de formule générale III :
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orthoformiates de formule générale IV :
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dans lequel la réaction est réalisée en phase gazeuse, en utilisant un catalyseur.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La présente invention propose un procédé de préparation d'acétals de malondialdéhyde de formule générale I :
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dans laquelle R1, R2 et R3 sont des groupes alkyle, des groupes cycloalkyle, des groupes aralkyle ou des groupes aryle, identiques ou différents, ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, R4 est un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aralkyle/des groupes aryle ou représente R7-CO- avec R7 = un alkyle, un cycloalkyle, un aralkyle ou un aryle, ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, et R5 et R6 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H, un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe arylalkyle ou un groupe aryle ayant jusqu'à
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12 atomes de carbone,
qui permette l'utilisation d'un catalyseur hétérogène dans des conditions commerciales et qui conduise à des sélectivités supérieures.
Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon la présente invention, R1, R2et RJ sont identiques. Il est particulièrement préféré que dans le composé de formule I, R1, R2, R3 et R4 représentent un groupe méthyle. Il est également particulièrement préféré que dans le composé de formules générales I, R1, R2 et R3 représentent un groupe méthyle et R4 représente un groupe acétyle.
On a constaté que des durées de vie améliorées de catalyseurs hétérogènes, ainsi que des sélectivités supérieures, peuvent être obtenues de manière simple et que des acétals de malondialdéhyde de formule générale I sont obtenus avantageusement - si des éthers alkylvinyliques de formule générale II ou un ester vinylique de formule III :
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dans lesquelles R4, R5 et R5 sont tels que définis cidessus et R7 est un groupe alkyle, un groupe cycloalkyle, un groupe aralkyle ou un groupe aryle, ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, sont mis à réagir avec un orthoformiate de formule générale IV
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en phase gazeuse.
Les catalyseurs acides, de préférence des acides de Lewis forts, tels que le ZnCl2 sur de la montmorillonite K-306, le ZnCl2 sur A1203, le FeCl3 sur SiO2 ou les Envirocats EPZG et EPZ10, ont révélé des réactivités relativement supérieures et sont donc préférés.
Afin de faire évaporer les substances de départ et en particulier afin d'éviter la condensation des produits de formule générale I et/ou des substances de départ de formule générale II, respectivement III et IV, dans le lit de catalyseur, il s'est avéré avantageux de réaliser la réaction sous vide. Dans un mode de réalisation préféré selon la présente invention, la réaction est réalisée à une pression absolue comprise entre 0,1mm Hg et environ 500 mm Hg, une pression comprise entre environ 1 mm Hg et environ 50 mm Hg étant particulièrement préférée.
Bien que les composés de formule générale II, respectivement III et IV, puissent être mis à réagir en phase gazeuse à des températures pouvant descendre jusqu'à 20 C, il est avantageux de choisir des températures qui sont considérablement supérieures à celles idéales pour la phase liquide. Toutefois, audessus de 250 C, les orthoformiates de formule générale
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IV se sont avérés se décomposer à un degré considérable, même avec des temps de contact très courts. Les meilleurs rendements des composés de formule générale I étaient habituellement obtenus dans la gamme de températures d'environ 40 C à environ 150 C, et en particulier dans la gamme de températures d'environ 70 C à environ 100 C.
Des taux de conversion améliorés des substances de départ de formules générales II et III sont habituellement obtenus si les orthoformiates de formule générale IV sont utilisés en excès, c' est-à-dire en un excès molaire d'environ 1,1 à environ 3 fois supérieur, de préférence d'environ 1,2 à environ 1,5 fois supérieur.
Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon la présente invention, la réaction est réalisée en continu. En pratique, il n'est pas important qu'un mélange des composés de formules II, III et IV soit évaporé ou que l'on fasse passer des courants de vapeur individuels à travers un lit de catalyseur commun.
Un avantage particulier du procédé selon la présente invention est que la séparation des produits de formule générale I des substances de départ de formules générales II, III et IV peut être aisément réalisée par condensation fractionnée. Dans un mode de réalisation préféré, le produit de formule générale I, les substances de départ non transformées de formules générales II, III et IV, ou un mélange de ceux-ci, ainsi que des produits secondaires à point d'ébullition plus faible, tels que des éthers dialkyliques ou des formiates d'alkyle, sont condensés séparément en ajustant les températures de condensation.
Le cas échéant, le produit de formule générale I ainsi que les substances de départ récupérées de formules
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générales II, III et/ou IV peuvent alors être davantage purifiés par des techniques standard, de préférence par distillation fractionnée.
Dans un mode de réalisation préféré selon la présente invention, les substances de départ récupérées de formules générales II, III et/ou IV sont recyclées dans le procédé. A cet égard, il s'est avéré qu'une élimination de contaminants protiques, tels que des alcanols, est avantageuse pour l'obtention de rendements améliorés.
Ayant décrit la présente invention, on va à présent se référer à certains exemples qui sont uniquement fournis à des fins illustratives et ne sont pas destinés à être limitatifs.
Exemple 1 : 1,1,3,3-tétraméthoxypropane Un mélange de 20,61 g (0,36 mol) d'éther méthylvinylique et 48,99 g (0,46 mol) d'orthoformiate de triméthyle a été évaporé en continu dans une conduite de vide (50 mbars) en l'espace de 1,0 heure.
On a fait passer le mélange gazeux par-dessus un catalyseur en lit fixe chauffé (84 C) (longueur du lit de catalyseur : 9 cm ; du lit de catalyseur : 1,5 cm) . On a recueilli 65, 11 g du mélange de produits par condensation à -78 C. Une analyse par chromatographie gazeuse a indiqué la formation de 1,1,3,3-tétraméthoxypropane (surface FID 1,4%).
Le catalyseur hétérogène a été préparé en dopant 100,00 g de billes de A1203 avec 5, 0 g de ZnCl2. On a utilisé 1000 g d'acétonitrile en tant que solvant.
Exemple 2 : 1,1,3,3-tétraméthoxypropane
Le mode opératoire expérimental de l'exemple 1 a été suivi, à la différence que l'on a utilisé le catalyseur ci-dessous. L'analyse du condensat (65,40 g) a révélé
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la formation de 1,1,3,3-tétraméthoxypropane (surface FID 4, 0%) .
Le catalyseur hétérogène a été préparé en dopant des billes de montmorillonite K-306 avec 3,0 g de PdCl2(ACN)2, 5, 0 g de ZnCl2 et 1, 0 g de CuCl2. On a utilisé 1000 g d'acétonitrile en tant que solvant.
Avant son utilisation, le catalyseur a été conditionné avec 1,0g de BF3*OEt2 et 25,0 g d' orthoformiate de triméthyle et ensuite séché pendant 3,0 heures à 82 C/vide de pompe à huile afin d'éliminer l'excès de réactifs.
Exemple 3 : 1,1,3,3-tétraéthoxypropane Un mélange de 20,00 g (0,28 mol) d'éther éthylvinylique et 41,11 g (0,28 mol) d'orthoformiate de triéthyle a été évaporé en continu dans une conduite de vide (45 mbars) en l'espace de 1,0 heure. On a fait passer le mélange gazeux par dessus un catalyseur en lit fixe chauffé (90 C) (longueur du lit de catalyseur : 9 cm ; diamètre du lit de catalyseur : 1,5 cm). On a recueilli 59,48 g du mélange de produits par condensation à -78 C. Une analyse par chromatographie gazeuse a indiqué la formation de 1,1,3,3-tétraéthoxypropane (surface FID 5,8%).
On a réutilisé le catalyseur hétérogène de l'exemple 2.
Exemple 4 : 2-éthyl-1,1,3,3-tétraméthoxypropane Un mélange de 25,01 g (0,29 mol) d'éther éthyl-1- propénylique et 40,06 g (0,38 mol) d'orthoformiate de triméthyle a été évaporé en continu dans une conduite de vide (40 mbars) en l'espace de 1,0 heure. On a fait passer le mélange gazeux par dessus un catalyseur en lit fixe chauffé (85 C) (longueur du lit de catalyseur : 9 cm ; diamètre du lit de catalyseur : 1,5 cm). On a recueilli 63,76 g du mélange de produits
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par condensation à -78 C. Une analyse par chromatographie gazeuse a indiqué la formation de 2-méthyl-1-éthoxy-1,3,3-triméthoxypropane (surface FID 2,5%). On a réutilisé le catalyseur hétérogène de l'exemple 3.
Exemple 5 1,1,3,3-tétraméthoxypropane et 1,1,3- triméthoxy-3-acétoxypropane Un mélange de 50,0 g (0,58 mol) d'acétate de vinyle et 53,0 g (0,50 mol) d'orthoformiate de triméthyle a été évaporé en continu dans une conduite de vide (30 mbars) en l'espace de 1,0 heure. On a fait passer le mélange gazeux par dessus un catalyseur en lit fixe chauffé (80 C) (longueur du lit de catalyseur : 10 cm ; diamètre du lit de catalyseur : 2 cm). On a recueilli 101,9 g du mélange de produits par condensation à -78 C. Une analyse par chromatographie gazeuse a révélé la formation de 1,3,3-triméthoxy-1-acétoxypropane et de 1, 1, 3, 3-tétraméthoxypropane en un rapport de 1:1.
En quantifiant l'orthoformiate de triméthyle non transformé ainsi que les produits, on a calculé que les pertes d'orthoformiate de triméthyle dues à la fragmentation et à d'autres réactions secondaires étaient de 2,0% seulement.
Le catalyseur hétérogène a été préparé en dopant des billes de montmorillonite K-306 avec 3,0 g de PdCl2(ACN)2, 5, 0 g de ZnCl2 et 1,0 g de CuClz . On a utilisé 1000 g d'acétonitrile en tant que solvant.
Avant son utilisation, le catalyseur a été conditionné avec 1,0 g de BF3*OEt2 et 25,0 g d' orthoformiate de triméthyle et ensuite séché pendant 3,0 heures à 80 C/vide de pompe à huile afin d'éliminer l'excès de réactifs.