Procédé de préparation des acétals du y-cyano-butyraldéhyde
La présente invention a pour objet un procédé de préparation des acétals du -cyano-butyraldéhyde.
Les acétals du-cyano-butyraldéhyde sont des matières premières utiles pour la synthèse de divers acides aminés. En effet, les acides aminés de caractère acide et basique peuvent être obtenus à partir des acétals d'aldéhyde, par transformation des groupes acétals en groupes aminocarboxyles des aminoacides, et transformation des groupes cyamo en groupes carboxyles ou en groupes amino dos amino- acides, et les acétals d'aldéhyde sont donc des matières premières importantes pour la synthèse des acides aminÚs, par exemple de l'acide α-amino-adi- pique et de la lysine (brevet USA No 2688023).
On sait que le ssz-cyano-butyraldéhyde et son diacétal peuvent être obtenus par hydroformylation du cyanure d'allyle, et qu'ils peuvent être également préparés par cyanoéthylation de l'acétaldéhyde. Mais la mise en oeuvre à l'échelle industrielle de ces procédés antérieurs soulève des difficultés. En effet, le rendement en y-cyano-butyraldéhyde n'est que de 36 o/0.
D'une manière générale, le produit d'hydroformy- lation d'une oléfine est un mélange d'aldéhyde normal et de son isomère, et par conséquent le produit principal de l'hydroformylation du cyanure d'allyle, c'est-à-dire l'awtal de Y cyano-bultyraldéhyde est obligatoirement accompagné de son isomère, le ¯ cyano-a.-méthyl-propionaldéhyde. L'isolement de l'acétal de z-cyano-butyraldéhyde du mélange réac- tionnel et sa purification nécessitent des traitements compliqués, destinés à éliminer l'isomère.
Dans le second de ces procédés, l'acétal de y-cyano-butyral- déhyde est préparé par réaction de 2 moles d'acétal déhyde avec 4 moles d'acrylonitrile en présence d'un catalyseur alcalin, mais le rendement en aldéhyde total, comprenant le y-cyano-butyraldéhyde et le y- formyl-piméronitrile, ne dépasse pas environ 40 8/o.
De plus, le y-cyano-butyraldéhyde est obtenu comme sous-produit du y-formyl-piméronitrile.
On a découvert un procédé pratique et simple de préparation des acétals de y-cyano-butyraldéhyde.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on fait réagir de l'acétonitrile avec un métal alcalin ou un amidure de métal alcalin et en ce que l'on fait réagir le produit de cette réaction avec un acétal de chloropro pionaldéhyde. Les acétals de ycyamo-butyraldéhyde peuvent ainsi être préparés en bon rendement sans sous-produits.
Parmi les acétals de chloropropional déhyde utilisables comme matière de départ dans le présent procédé, on peut citer les dialcoylacétals de chloropropionaldéhyde pris parmi le diméthylacétal, le diéthylacétal, le diisopropylacétal, et le dipropylacétal de chloropropionaldéhyde, et les dialcoylène acétals-de chloropropionaldéhyde pris parmi le 2-p- chloro-ébhyl-1, 3-dioxolane et le 2-¯-chloro-Úthyl4, 4, 6-trimÚthyl-l,S-dioxane.
Les mÚtaux al@alins et amidures de métaux alealins prÚfÚrÚs comme agents de condensation dans ce procédé Isant le sodium, le potassium, et le lithium, sous forme métallique ou sous forme d'amidure.
La réaction peut être effectuée dans un solvant, tel que l'ammoniac liquide, les éthers alcoyliques et les éthers aEcycliques.
On condense en général un acétal de chloropropionaldéhyde et une quantité sensiblement équimolé- culaire d'acétonitrile en présence d'une quantité sensiblement équimoléculaire de métal alcalin ou d'un amidure de ce dernier.
On peut ajouter le métal alcalin ou son amidure à la solution d'acétonitrile dans le solvant, puis ajouter goutte à goutte l'acétal de chloropropionaMéhyde au mélange réactionnel. On peut également ajouter l'acétonitrile à une suspension ou solution de métal alcalin ou de son amidure. En général, la réaction doit être amorcée dans un solvant suffisamment ré frigéré, afin d'éviter une réaction violente, après quoi on laisse la réaction se poursuivre à une température bien limitée.
Dans l'ammoniac liquide, on amorce la réaction à une température comprise entre -750 C et-35 C, puis on la laisse se poursuivre à une température comprise entre-500 C et +200 C.
Dans les solvants à plus haut point d'ébullition, on limite la température de la réaction à une valeur ne dépassantpaslepointd'ébuHitiom du solvant.
Dans le dioxane, on effectue la réaction de préfé- rence à une température comprisre entre + 10 C et -F 300 C.
Pour isoler l'acétal de y-cyano-butyraldéhyde du mélange réactionnel, on peut chasser le solvant du mélange réactionnel par distillation. On peut également extraire le produit dans un solvant qui dissout l'acétal de z-cyano-butyraldéhyde mais qui est non miscible avec le solvant de la réaction. L'acétal de z-cyano-butyraldéhyde brut peut être purifié par distillation fractionnée sous pression réduite. La haute pureté du produit ainsi obtenu peut être confirmée par la mesure du point d'ébullition et par l'analyse élémentaire.
Exemple 1 :
On a ajouté 0, 5 g de nitrate ferrique et 6, 9 g de sodium métallique à 350 ml d'ammoniac liquide, en agitant et en maintenant la température entre-350 C et-400 C. A la suspension d'amidure de sodium dans l'ammoniac liquide, maintenue à une température comprise entre-400 C et-600 C, on a ajouté 16 g d'acétonitrile goutte à goutte, en agitant éner giquement. Après l'addition de l'acétonitrile au mélange, on a continué à agiter le mélange pendant encore 1 h et 20 mn.
Ensuite, on a ajouté au mélange réactionnel 50 g de diéthylacétal de p- chloropropionaldéhyde, goutte à goutte, en l'espace de 50 mn. On a agité le mélange réactionnel pendant encore 2 h et on l'a laissé reposer jusqu'au lendemain dans un bain d'alcool et de glace sèche.
Après avoir chassé l'ammoniac liquide du mélange réactionnel par distillation, on a ajouté de l'eau au résidu et on a filtré pour séparer une faible
quantité de matières insolubles. On a séparé la couche aqueuse de la couche huileuse, on a extrait la couche aqueuse à l'éther et on a réuni 1'extrait éthéré à la couche huileuse. On a lavé cette fraction organique à 1'eau et on l'a séchée sur du sulfate de sodium anhydre. Après avoir distillé l'éther, on a fractionné le résidu par distillation sous pression réduite.
On a ainsi obtenu 11 g de diéthylacétal de
p-chloropropionaldéhyde non transformé (p. éb. 40
44, 50 C/3 mm Hg) et 30, 1 g de diéthylacétal de y-cyano-butyraldéhyde (p. éb. 82-85e C/3 mm Hg)
Le rendement en diéthylacétal de y-cyano-butyral déhyde a été de 75, 3 /o de la théorie, par rapport à l'acétal consommé.
Du diéthylacétal de y-cyano- butyraldéhyde analytiquement pur (p. éb. 85, 586, 50 C/3 mm Hg, nD = 1, 4253) a été obtenu par redistillation. La 2, 4-dinitro-phénylhydrazone de cet échantillon a fondu à 118-118, 5 C (non corr.).
Pas d'abaissement du point de fusion par mélange avec un échantillon authentique de 2, 4-dinitro-phényl- hydrazone de z-cyano-butyraldéhyde. L'analyse élé- mentaire a donné les résultats suivants :
C (''/o) H ( /o) N ( /0)
Trouvé 63, 62 10, 21 8, 42
Calculé pour C9HJs, NO2 63, 13 10, 00 8, 18
Exemple 2 :
On a fait réagir 27, 7 g de diméthylacétal de p- chloropropionaldéhyde, 4, 6 g de sodium métallique, 10, 7 g d'acétonitrile et 500 ml d'ammoniac liquide, en procédant de la même manière que dans l'exem- ple 1. Du mélange réactionnel, on a retiré 4, 2 g d'acétal non transformé (p. éb. 37-420 C/6-8 mm Hg) et 12, 3 g de diméthylacétal de y-cyano-butyraldéhyde (p. éb. 95-95, 50 C/7, 5 mm Hg, n2l = 1, 4251).
Le rendement en produit a été de 50, 7 /n de la théorie, par rapport à l'acétal consommé. P. f. de la 2, 4-dinitro-phenylhydrazone 117-118, 50 C (non corr.).
Pas d'abaissement du p. f. par mélange de cette hydrazone avec un échantillon authentique.
Exemple 3 :
On a obtenu 19, 0 g de diméthylacétal de y- cyano-butyraldéhyde (p. éb. 82, 0-84, 50 C/2, 5-3 mm
Hg) de la même manière que décrit dans l'exemple 2, mais en remplaçant le sodium métallique par 1, 4 g de lithium métallique. Le rendement en produit a été de 66, 7 /o de la théorie, par rapport à l'acétal consommé.
Exemple 4 :
On a préparé une solution bleue en dissolvant 4, 6 g de sodium métallique dans 350 ml d'ammoniac liquide, et on a ajouté goutte à goutte 15, 7 ml d'acétonitrile à la solution bleue agitée, en l'espace de 15 mn. On a contmué à agiter jusqu'à ce que la couleur caractéristique du sodium dans l'ammoniac liquide ait disparu. On a ajouté 33, 4 g de diéthyl- acétal de p-chloropropionaldéhyde goutte à goutte, en l'espace de 20 mn. Après avoir agité pendant encore 5 h, on a chassé l'ammoniac liquide du mélange réactionnel par distillation sous pression lé- gèrement réduite.
On a ajouté une petite quantité d'eau au résidu et on l'a séparé en une couche
aqueuse et une couche huileuse. On a extrait la couche aqueuse à l'éther et on a réuni 1'extrait éthéré
à la couche huileuse. On a lavé la solution organique
à l'eau et on l'a séchée sur du sulfate de sodium
anhydre, puis on a chassé l'éther et on a fractionné le résidu par distillation sous pression réduite. On a ainsi obtenu 4, 8 g de diéthylacétal de 13-chloropro- pionaldéhyde non transformé (p. éb. 35-40¯ C/2, 5 mm
Hg) et 19, 8 g de diéthylacétal de y-cyano-butyral déhyde (p. éb. 83-84, 50 C/2, 5 mm Hg).
Le rendement en diéthylacétal de ssg-cyano-butyraldéhyde a été de 64, 7-0/o de la théorie, par rapport à l'acétal consommé.
Exemple 5 :
A une solution de 4, 6 g de poudre de sodium métallique dans 200 ml de dioxane, on a ajouté goutte à goutte 14 ml d'acétonitrile, en agitant à 10-20 C. On a continué à agiter pendant 1 h, puis on a ajouté goutte à goutte 32 g de diéthylacétal de p-chloropropionaldéhyde en l'espace de 40 mn. On a laissé le mélange réagir pendant 5 h à la température ordinaire. Après avoir séparé une petite quantité de matière insoluble par filtration, on a chassé le solvant du mélange réactionnel et on a fractionné le résidu par distillation sous pression réduite.
On a obtenu 13, 9 g de diéthylacétal de ss-chloropropional- déhyde non transformé (p. éb. 47^ C/5 mm Hg) et 2, 9 g de diéthylacétal de y-cyano-butyraldéhyde (p. éb. 85-88¯ C/3,5-4 mm Hg, n26 = 1, 4495). Le rendement en produit a été de 16 % de la théorie, par rapport à l'acétal consommé.
Exemple 6 :
A une suspension d'amidure de sodium préparée par addition de 4, 8 g de sodium métallique dans de 1'ammoniac liquide, on a ajouté goutte à goutte 13, 5 ml d'acétonitrile en agitant à une température comprise entre-75 et-680 C. On a continué à agiter pendant 1 Va h, puis on a ajouté 39 g de diisopropylacétal de-chloropropionaldéhyde au mélange réactionnel à une température comprise entre-75 et-731) C. On a continué l'agitation pendant encore 41/2 h, puis on a traité le mélange de la même manière que dans l'exemple 1.
On a obtenu 8, 3 g d'acé- tal non transformé (p. éb. 58, 5-61, 50C/3, 5mm Hg, n -D = 1, 4201) et 18, 5 g de diisopropylacétal de y- cyanobutyraldéhyde (p. éb. 98-100, 50 C/3, 5 mm Hg, n -D = 1, 4250). Le rendement en diisopropylacétal de γ-cyano-butyraldÚhyde a été de 58, 9% de la théorie, par rapport à l'acétal consommé. Un produit purifié par redistillation a présenté les constantes suivantes (p. éb. 95, 5-96, 50C/2, 5mm Hg, non = 1, 4271).
L'analyse élémentaire a donné les résultats suivants :
C ( /0) H ( /o) N ( /0)
Trouvé 66, 16 10, 85 7, 22
Calculé pour C11H21O2N 66, 29 10, 62 7, 03
Exemple 7 :
A une suspension d'amidure de sodium dans de ammoniac liquide, préparée à partir de 250 ml d'ammoniac liquide et 5, 1 g de sodium métallique, on a ajouté goutte à goutte 15 ml d'acétonitrile en agitant, dans un bain de glace sèche et d'alcool.
Après avoir agité pendant encore 2 Va h, on a ajouté au mélange réactionnel 30 g de 2-p-chloroéthyl-1, 3 dioxolane, en l'espace de 30 mn. On a laissé le mélange reposer pendant 3 h dans le bain, puis on la traité de la même manière que dans l'exemple 1, obtenant ainsi 2, 7 g d'acétal non transformé (p. éb.
41-430 C/3 mm Hg et 13, 4 de 2-p-cyanopropyl-1. 3dioxolane (p. éb. 95-960 C/3 mm Hg, nid = 1, 4410).
Le rendement en 2-p-cyanopropyl-1. 3-dioxolane a été de 47, 3'0/o de la théorie, par rapport à l'acétal consommé. Un produit purifié par redistillation a présenté les constantes suivantes (p. éb. 84, 0-84, 5o C/ 1, 5 mm Hg, n30 = 1, 4415).
Analyse élémentaire :
C ( /o) H (' /o) N ( /o)
Trouvé 59, 26 7, 90 9, 97
Calculé pour CssHOoN 59, 55 7, 85 9, 92
Exemple 8 :
A 350 ml d'ammoniac liquide dans un bain de glace sèche et d'alcool, on a ajouté une petite quantité de nitrate ferrique et 8, 9 g de potassium métallique, en agitant, puis on a ajouté goutte à goutte 14 ml d'acétonitrile à la suspension d'amidure de potassium. Après avoir agité pendant 2 h, on a ajouté goutte à goutte, 33, 4 g de diéthylacétal de p- chloropropionaldéhyde en l'espace de 1 h, puis on a traité le mélange de la même manière que dans l'exemple 1.
On a obtenu 6, 6 g d'acétal non transformé (p. éb. 40-430 C/1, 5mm Hg) et 16, 6 g de di éthylacétal de y-cyano-butyraldéhyde (p. éb. 83-85¯ C/ 1, 5 mm Hg, B30 = 1, 4239). Le rendement en produit a été de 61% de la théorie, par rapport à l'acétal consommé.