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L'invention concerne la préparation de l'acide alpha- hydroxyglutarique, de la lactone de cet acide et de l'acide alpha- hakloglutarique; elle vise,plus particulièrement, la préparation des composés précités à partir du 3-halocyclopentène ainsi que la con- version de ces composés en acide glutamique.
L'invention est relative à un procédé de production d'un composé de l'acide @@utarque, quiçonsiste à traiter un 3- halocyclopenène par un agent d@oxydation jusqu'à ce que la quasi- totalité du 3-halocyclopentène soit oxydé, et à récupérer le composé
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de l'acide glutarique résultant à partir du mélange formant le produit de la réaction.
L'invention concerne en outre un procédé qui consiste à traiter un composé de l'acide glutarique par de l'ammcni@que à une température supérieure à environ 200 C, à hydrolyser le nélan- ge forué par le produit de la réaction dans des conditions appro- priées à l'hydrolyse des composés précurseurs de l'acide glutami- que, et à récupérer l'acide glutamique à partir du produit de l'hydrolyse.
L'acide alpha-hydroxyglutiariquee, sa lactone et === l'acide alpha-chloroglutarique sont des composés déjà connus. La déshydro- génation de l'acide alpha-hydrcxyglutarique donne de l'acide alpha- cétoglutarique qu'on peut transformer en acide glutamique. La. production de l'acide glutamique, en utilisant ce procédé, est cependant irréalisable industriellement par suite du coût élevé des matières premières et des réactifs, ainsi que de la complica- tion des procédés. Il était donc nécessaire de découvrir un procédé industriel de production de l'acide alpha-hydroxyglutarique et, en particulier, un procédé permettant de transformer ces composés en acide glutamique.
L'acide L-glutamique sous forme de son sel monosodique est largement utilisé comme produit d'assaisonnement. On récupère sensiblement' la totalité de l'acide glutamique utilisé commerciale- Ment à partir de produits naturels, tels que des protéines et des résidus de la betterave sucricre, com @e le "filtrat concentré de Steffen" . On ne connaissait pas auparavant un procédé de synthèse de l'acide glutamique réalisable industriellement.
L'invention a pour objet: - un procédé de production de composés de l'acide glutarique à partir des 3-halocyclopentènes; ... un procédé de production de l'acide alpha-hydroxyglu- tarique, de la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique, ou de
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l'acide alpha-haloglutarique ou encore d'un mélange de deux ou de plusieurscomposés, à partir du 3-halocyclopentène; - un procédé de production de composes de l'acide glutarique alkyl-substitué à partir du 3-halocyclopentène alkyl- substitué correspondant; - un procédé de synthèse de l'acide DL-glutamique à partir du 3-halocyclopentène;
- un prpcédé de production de l'acide L-glutamique à partir de l'acide alpha-hydroxyglutarique, de la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique, de l'acide alpha-haloglutarique ou d'un mélange de deux ou de plus de deux des composes précités.
Conformément à l'invention, on oxyde un 3-halocyclopen- tène, tel que le 3-chlorocyclopentène ou le 3-bromocyclopentène, pour obtenir ou bien de l'acide alpha-hydroxyglutarique, la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique, un acide alpha-haloglutarique ou bien un mélange de deux ou de plus de deux des composés précités., On peut traiter par l'ammoniaque,l'acide alpha-hydroxyglutarique ou la lactone de cet acide ou l'alpha-haloglutarique ou encore un mélange de deux ou de plus de deux de ces produits, pour produire ensuite l'acide glutamique ou un composé précurseur de ce dernier.
L'hydrolyse du composé précurseur de l'acide glutamique, aussi bien dans des conditions habituelles acides ou alcalines, se traduit par la formation. d'acide DI-glutamique qu'on peut séparer afin de pro- duire l'acide L-glutamique.
Le terne "halocyclopentène";, utilisé au cours de la présente description) se rapporte aux halocyclopentènes non substi- tués, tels que le chlorocyclopentène, le bromocyclopentène,. l'iodo- cyclopentcne et le fluorocyclopentèen, et aux halocyclopentènes substitués, tels que les halocyclopentènes alkyl-substitués, par exemple les halocyclopentènes dans lesquels un ou plusieurs substi- tuants alkyl, ou autres sont rattachés à un et orne de carbone faisant partie du noyau cyclopenténique.
On cite comme substituants alkyl
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représentatifs les groupes alkyl inférieurs, c'est-à-dire des groupes alkyl contenant Moins d'environ huit atones de carbone, par exemple les groupes méthyl, éthyl, propyl, isopropyl, butyl, etc. Le terme "halocyclopentène" se rapporte aux halocyclopentènes
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non substitués, notamment le ciilorocyclopentène, le broraocyclopen- tène, l'iodocyclopentène ou le fluorocycl entène.
L'oxydation d'un 3-halocyclopentène conformément à l'invention donne un composé de l'acide glutarique qui correspond à la matière première en ee qui concerne le nombre d'atomes de car- bone contenu dans la molécule. On peut,par exemple, transformer un alkyl halocyclopentène en l' acide glutarique alkyl-substitué correspondant, en un acide alkyl hydroxyglutarique ou sa -lactone ou en un acide alkyl haloglutarique ou en un mélange de deux ou de plus de deux de ces composés de l'acide glutarique, suivant @ conditions de réaction utilisées.
Dans l'un des modes de mise en oeuvre de l'invention, on produit un 3-halocyclopentène en chauffant tout d'abord un di-
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cyclopentadiène à une température supérieure à 170 C. Les dicyclo- pentadiènes se dépolynérisent dans ces conditions pour former des cyclopentadiènes. Le traitement du cyclopentadiène par un hologé- nure d'hydrogène gazeux, de préférence l'acide chlorhydrique, à @ température inférieure à 0 C comprise de préférence entre environ
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-50 C et -70 C, fournit des 3-halocyclopentènes qu'on peut séparer du mélange constituant le produit de réaction au moyen d'une dis- tillation sous des pressions inférieures à celle de l'atmosphère.
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L'oxydation d'un 3 -halocyclopentène en acide alpha- hydroxyglutarique, en la lactone de cet acides en cide alpha- hcloblutarique ou en un mélange de deux ou de plus de deux de ces composés, et effectuée, conformément à l'invention, en traitant le 3-halocyclopentène par un agent d'oxydation, de préférence au sein d'un solvant approprié.
Des agents d'oxydation énergiques, tels
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que l'acide nitrique, le permanganate de potassium et les 1icrro',J:-
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tes des métaux alcalins sont préférables, mais on peut aussi utili- ser d'autres agents d'oxydation similaires, Le bichromate de po- tassium est utilisé de préférence conjointement avec l'acide sulfu- rique, mais on peut aussi l'utiliser en présence d'acide acétique ou d'acides similaires. On exécute l'oxydation par l'acide nitri- que en milieu aqueux. Les permanganates, y compris les permangana-
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tes d'un métal alcalin ou d'un Métal alcalina-terre1..1x.... peuvent être utilisés dans un milieu acide, neutre ou alcalin.
Les conditions d'utilisation des différents agents d'oxydation sont courantes et le solvant utilisé dépend de la nature de l'agent d'oxydation. On exécute, par exemple, l'oxydation par l'acide nitrique en présence d'un catalyseur, tel que le vanadium pris sous la forme d'un vanada- te de métal alcalin et, de préférence, à une température supérieure à environ 50 C. On exécute de préférence les oxydations au chroma- te et au permanganate à la température ambiante ou à une température inférieure.
On prolonge la réaction d'oxydation jusqu'à ce que la presque totalité du 3-halocyclopentène ait réagi. Habituellement, une période de temps comprise entre environ 0,5 et 10 heures est suffisante pour achever la réaction, mais dans des conditions modé- rées, des temps plus longs peuvent être nécessaires. Le mélange formé par le produit de la réaction contient, en plus de l'acide alpha-hydroxyglutarique, la lactone de cet acide ou de l'acide
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alpha-c loro;lut2rique et, éventuellement, un peu d'ecide succini- que et un peu d'acide oxalique. On effectue la récupération des composés de l'acide lutarique à partir du mélange par extraction au moyen d'un solvant approprié, tel que l'éther, ou au moyen de n'importe quel autre procédé convenable.
On peut évaporer à siccité la solution éthérée résultante, ce qui laisse les composés de l'acide glutarique comme résidu.
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'Un mélange d'acide Lilpi, a-1.,ydro-xy,.-Iuta ri que, de la lactone de cet acide et d'un acide alpha-haloglutarique (de préférence le
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dérivé chloré ou brome, mais le cas échéant aussi les composés iodés et fluorés), en Milieu aqueux, se transforme spontanément par suite d'un séjour à la température ambiante, en un produit constitué essentiellement par de la lactone de l'acide alpha-hydro- xyglutarique seule. En faisant varier les conditions d'oxydation du 3-halocyclopentène, le mélange résultant de la réaction d'oxydation contient, comme constituant prédominante de l'acide alpha-hydroxyglu- tarique, de la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique ou de l'acide alpha-haloglutarique.
Etant donné que l'un quelconque de ces composés ou leur mélange peuvent être traités par l'ammoniaque pour obtenir de l'acide glutamique ou un composé précurseur de ce dernier et que ce mélange peut être hydrolyse en acide glutamique, il n'est pas nécessaire de produire n'importe quel produit déterminé parmi ces derniers comme produit unique de décomposition quand on défaire former de l'acide glutamique comme produit final.
De même, quand la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique doit constituer le produit final, il n'est pas nécessaire d'utiliser des conditions spéciales pour empêcher la formation d'acide alpha-haloglutarique simultanément avec la décomposition parce qu'un mélange aqueux d'acide alpha-hydroxyglutarique, de la lactone de cet acide et d'aci, de alpha-haloglutarique donne spontanément, par suite d'un séjour à la température ambiante, la lactone de l'acide alpha-hydroxyglu- tarique. Après la transformation sensiblement complète du mélange en lactone, on peut récupérer cette dernière au moyen d'une simple évaporation de la solution, ce qui laisse la lactone sous forme de @ésidu.
On peut préparer l'acide glutamique à partir de l'acide a hydroxyglutarique ou de sa lactone ou d'un acide alpha-halo- glutarique ou d'un mélange @@@ ces produits par traitement à l'am- moniaque à des températures élevées,. On obtient les neilleurs rendements à des températures supérieures à environ 250 C,
mais on peut aussi utiliser des aussi bas.ses qu'environ 200 C
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quand on peut s'accomoder de rendements plus faibles. on exécute de préférence le traitement à l'ammoniaque pendant environ une demi-heure à environ 30 heures à des températures comprises entre environ 5C C et environ 350 C, mais on peut aussi utiliser des temps plus courts et/ou des températures plus élevées.
Avant le traitement par l'ammoniaque, il convient de neutraliser ou d'éliminer de préférence l'acide sulfurique présent dans la solution contenant le composé de l'acide glutarique.
Si on utilise l'acide sulfurique pour l'oxydation, les ions sulfate -contenus dans le mélange constituant le produit de réaction peuvent être précipites sous la. forme de sulfate de baryun, par un traite- ment avec BaO ou avec l'hydroxyde de baryum, par exemple, puis l'éliminer au moyen d'une filtration. On peut, de même, séparer d'autres ions Minéraux sous la forme de leurs sels insolubles.
On peut exécuter le traitement par l'ammoniaque en utilisant ou bien l'ammoniaque aqueux ou l'ammoniaque anhydre. On peut utiliser le carbonate d'ammonium comme catalyseur quand on utilise l'ammoniaque en solution aqueuse, Mais on obtient aussi d'excellents résultats en l'absence d'un catalyseur de ce genre.
Avant le traitement par l'ammoniaque, il est désirable d'éliminer les acides présents afin de diminuer la quantité d'ammoniaque né- cessaire. Cn peut aussi éliminer les acides gras inférieurs au moyen d'une .évaporation.
La quantité d'ammoniaque utilisé soit sous forme aqueu- se, soit. sous forme anhydre n'est pas déterminante et elle peut varier entre des limites Iras espacées. Il suffit d'utiliser une quantité suffisante d'ammoniaque pour obtenir la réaction complète avec la lactone de l'acide alpha-hydroxy¯glutarique, ou avec l'acide alpha-haloglutarique, ou avec un mélange de ces produits, suivnt le ces.
,Le produit de la réaction avec l'ammoniaque est consti- tué par l'acide glutamique ou par un produit précurseur de celui-ci
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qu'on suppose être le sel d'ammonium de l'acide 2-oxo-5-pyrrolidine C:rUUJ:yllclue Ce produit précurseur est fccilr:,v,ent tr;3fur.;té en acide lutamique au moyen d'une hydrolyse faite dans les !,ê;1es con- ditions qui transforme l'acide 2-oxo-5-pyrrolidine curbcxyliquo en acide glutamique . On récupère l'acide glutamique du produit de
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l'hydrolyse au moyen d'une cristallisation à son point isoélectri- que.
Les exemples ci-après se rapportent à des modes de ni se en oeuvre particuliers de'la présente invention. Toutes les parties et bous les pourcentages sont indiqués en poids, sauf mention con- traire.
Exemple 1 Cn dissout 50 parties de permanganate de potassium dans
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10UC parties d'eau, et on refroidit la solution à environ CJC\. A cette température, on ajoute goutte à goutte à la solution 10 par- ties de 3-chlorocycloperltène dans un laps de temps de 15 minutes, et on agite le mélange résultant pendant, environ une heure, on
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filtre le mélange constituant le produit de la réaction po.. -n éli- miner les produits solides insolubles. L'analyse du filtrat révèle la présence de l'acide alpha-chloroglutarique et de la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique. On récupère ces composes de l'aci-
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de :;
luta1'ique à partir du mélange formant le produit de réaction au moyen d'une acidification du mélange suivie d'une extraction fJ':1' l'éther ôthylique.' -tVar7orati;zî de la solution éthér68 résultante laisse les composés de l'acide glutarique cornue résidu.
Exemple II
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On ajoute :.:.v,.. parties de 3-chlorocyclopenucne à ;':50 parties d'une solution aqueuse d'acide nitrique à 50,.- contenant C','5 5 partie de =:?i2,1;;"C. t">e sodium. Ln effectue l'addition du j- ¯.lerocyclopentcne 5S'oC -perdant un laps de temps -le brois heures c Jeuie. Ln L-ise refroidir le J::±lallGe de réaction jLlS(yLlt: envi'- n 3C'"C t .c I une ie1:li-heure, puis on le filtre pour éliminer ls
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produits solides insolubles. On ajoute 65 parties d'une solution de soude caustique aqueuse à 20 à 50 parties du filtrat, fin de porter le pH à 1. On filtreensuite le filtrat dont le pH a été ainsi réglé.
L'analyse du filtrat résultant montre la présence de la lactone de l'acide alpha-hydroxyglutarique et d'acide alpha- chloroglutarique en Même temps que d'acide succinique. On sépare les composés de l'acide glutarique de ce mélange formant le produit de réaction, en l'extrayant avec de l'éther éthylique. L'évapora- tion de la solution éthérée résultante laisse comme résidu les composés de l'acide glutarique. On peut exécuter la purification des composés de l'acide glutarique en utilisant les procédés habituels.
Exemple III
Cn dissout 51,2 parties du mélange de lactone de l'aci- de alpha-hydroxyglutarique, d' acide alpha-hydroxyglutarique et d'acide alpha-chloroglutarique, ainsi obtenu, dans 450 parties d'ammoniaque aqueux à 28% et on chauffe le mélange à 200 C dans un autoclave sous pression autogène pendant environ douze heures. On évapore ensuite l'ammoniaque aqueux du mélange formant le produit de réaction, et on mélange le résidu avec 208 parties d'acide chlorhydrique à 20%. puis on procède durant quatre heures à l'hy- drolyse. Un évapore l'hydrolysat à siccité, on le dissout dans 200 parties d'eau et on le traite par de la soude caustique pour régler le pH à environ 3,2. On fait cristalliser l'acide glutanique à partir de la solution résultante.
On identifie l'acide glutanique ainsi récupéré comme étant l'acide DL-glutamique qu'on obtient en une quantité correspondant à un rendement de 15,7% On prépare l'acide L-glutamique à partir de cet acide DL-glutamique en utili- sant un procédé de séparation déjà connu.
Exemple IV .en applique le même procédé que dans l'exemple III, mais en utilisant une température de 30C C et un temps de réaction de
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trois Ilt'Ltr<:,J, c un obtient un T"frlC:etll'T,t en rlc5:k DL-,-.:lut'<i(l.1 éal à 'l5,li do In quantité théorique.
,:¯ .,;,1G V Un utilise le procède de 1' '-xei ,ple III, iris on appli- quant une température de 4C:UoC et un torips fie T' elCt7 i! ckf' 30 ,jnu- t,f. et on obtient un z'ellf'¯e;:rlt on acide :lut .tiyue -1o 4S', l Par l'apport à la quantité théorique.
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1. Procédé de production d'un composé de l'acide
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, 1 ut:a lrlue, qui cousidbe a traiter un 3-nalocyclopentène p'# un citent d'oxydation ;ju;o;mt1 ce que la quasi-totalité du 3-halocyclo- pcnLùne soit o,-yd 6) et à rtjnupurer le cor,lposé de l'acide glutarique rCsuLL.:.ll1t à partir du Ll01'1Iu constituant le produit de la réaction.
2. Procède auivant la revendication 1, dans lequel on traite le composé d'acide glutarique r6cupÓr1)élr de l'ai:ll.1oniaqu8, à une Lempérature supérieure 2ï. environ 200 C, jusqu'à ce que la réaction soit sensiblement ##chevee, on llydl'olycc le mélange for- mant le produit de réactiiai dans des conditions habituelles pour réaliser .L'hydrolyse des composés précurseurs de l'acide glutar.1ique, et on récupère l'acide <;lut:;).i!1Í(lUe à partir de l'hydrolysat.
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3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, dans
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lequel le 3-halocyclopentcne utilise est le 3-bronocylopentene ou le 3-chlorocyclopc'ntcne.
4. Procédé suivant les revendications l, 2 ou 3, dans lequel on utilise co!.;'.;e aent oxydant un perI:1Em;annte ou l'acide
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nitrique.
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5- Procédé suivait la revendication 2, <:1:,ns lequel on exécute le tra item ont r'W i¯ t,t::¯ i01?'! ZilLOP une tenpérature supérieure à environ 5C'C, lt;,::0?11L"=1LL? .5t:'Lt; utilisé sous la f0r::le cl'ël1:10nia-
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que queux.
'u. Procédé dans lequel on traite un compose de l'acide
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jlu' vrique par de l' ':l!,j' 10 ni.:: que une température supérieure envi-
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ron 200 C on hydrolyse le mélange formant le produit de la réaction dans des conditions habituelles pour l'hydrolyse des composés précurseurs de l'acide glutamique, et on récupère l'acide glutami- que à partir du produit de l'hydrolyse.
7. Procédé suivant la revendication 6, dans lequel on exécute le traiteuent par l'ammoniaque à une température supérieure à environ 250 C.
8, Procédé suivant les revendications 6 ou 7, dans lequel on utilise 1'ammoniaque sous la forme d'ammoniaque aqueux.
9. Procédé de production d'acide glutarique, tel que décrit ci-avant avec référence spéciale à l'un quelconque des exem- ples.