CH624919A5 - Process for the preparation of an aqueous solution of an alkali metal salt of an aliphatic or heterocyclic alpha-ketocarboxylic acid - Google Patents
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Description
L'invention a pour objet un procédé de préparation d'une solution aqueuse d'un sel de métal alcalin d'un acide a-cétocar-boxylique de la formule:
O O
R-è-C-OH où R représente un radical CH3 -, C2H5 -, CH3CH2CH2 -, (CH3)2CH - ,CH3CH2CH2CH2 -, C2H5CH(CH3) -, (CH3)2CHCH2 - ,CH3CH 2CH2CH(CH3) -, (C2H5)2CH -, H2NCH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2COOH, -CH2-CH2-S-CH3, (CH3)2CHCH2CH2-, C2H5CH(CH3)CH2_
ou H-N N
suivant lequel on mélange une hydantoïne de formule :
z 0
il (t c c
I I
M" .N-H
C
H
O
où Z représente un radical CH2 =, CH3CH =, CH3CH2CH =, (CH3)2C=, CH3CH2CH2CH =, C2H5C(CH3) =, (CH3)2CHCH =, CH3CH2CH2C(CH3) =, (C2H5)2C=,
h2nch2ch2ch2ch=, =chch2cooh,
= CH - CH2 - S - CH3> (CH3)2CHCH2CH =, C2H5CH(CH3)CH = ,
ou et une solution aqueuse d'un hydroxyde de métal alcalin, comme l'hydroxyde de lithium ou de préférence de sodium ou de potassium, puis on maintient le mélange à une température et pendant une durée propres à la formation de ce sel d'acide a-cétocarboxylique.
Si la chose est désirée, la solution résultante peut être utilisée telle quelle. En variante, le pH de la solution est ajusté pour la formation de l'acide a-cétocarboxylique et ce dernier est extrait au moyen d'un solvant volatil inerte, qui est sensiblement insoluble 5 dans l'eau et dans lequel il forme une solution non aqueuse, après quoi l'acide a-cétocarboxylique est séparé du solvant volatil inerte par évaporation de celui-ci ou bien est converti en sel de sodium, de potassium ou de calcium par extraction de ce sel au départ de la solution non aqueuse au moyen d'une solution ou suspension 10 aqueuse d'hydroxyde de sodium, d'hydroxyde de potassium, d'hydroxyde de calcium, de carbonate de sodium, de carbonate de potassium, de carbonate de calcium, de bicarbonate de sodium ou de bicarbonate de potassium.
Le pH de la solution est de préférence ajusté au moyen d'acide 15 chlorhydrique ou sulfurique et la température de la solution est ajustée à une valeur d'environ 5 à 35° C si elle ne se trouve pas déjà à une telle valeur avant l'ajustement du pH en vue de la formation d'une solution aqueuse de l'acide a-cétocarboxylique. Le solvant volatil inerte préféré est l'éther diéthylique, l'éther diiso-20 propylique, l'acétate d'éthyle, l'acétate de n-butyle ou la méthyli-sobutylcétone.
Suivant une forme de réalisation préférée du nouveau procédé, le pH de la solution du sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique est ajusté à une valeur d'environ 0,5 à 4 et de préférence 25 de 2 à 3,5 au moyen d'acide chlorhydrique, bromhydrique, iodhy-drique ou nitrique, tandis que la température de la solution est maintenue à environ 10 à 40° C et de préférence de 20 à 30° C (lorsque la solution ne se trouve pas à une telle température, elle peut y être amenée par refroidissement ou chauffage avant 30 l'ajustement du pH), le dio.xyde de carbone est chassé de la solution, par exemple par barbotage d'un gaz inerte comme l'azote, l'hélium ou l'argon, par ébullition, de préférence sous pression réduite, ou par entraînement à la vapeur, le pH de la solution est alors ajusté à une valeur de 6,5 à 8,5 et de préférence de 7 à 8 (par 35 exemple par addition d'un hydroxyde de métal alcalin sensiblement exempt de carbonate de métal alcalin) et une solution de chlorure de calcium, de bromure de calcium, d'iodure de calcium ou de nitrate de calcium est ajoutée (par exemple en quantité de 0,6 à 0,4 mol/mol de sel de métal alcalin d'acide a-cétocarboxy-40 lique que contient la solution traitée) pour la formation d'une suspension d'un précipité de sel de calcium d'acide a-cétocarboxylique qui est alors recueilli.
Une nouvelle quantité du sel de calcium de l'acide a-cétocar-boxylique peut être précipitée de la liqueur mère par évaporation 45 de l'eau de celle-ci (par exemple par ébullition, de préférence sous pression réduite ou à l'évaporateur rotatif). L'opération peut être effectuée avant ou après la séparation. Lorsqu'elle est exécutée après la séparation, une seconde quantité du produit peut être séparée et recueillie. Si seule une faible quantité de sel de métal 50 alcalin de l'acide a-cétocarboxylique est initialement présente, il peut être nécessaire d'évaporer de l'eau du mélange obtenu après l'addition de la solution de sel de calcium pour faire précipiter le sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique. (Si la chose est désirée, cette eau peut être évaporée avant l'addition de la solution de 55 sel de calcium.) Le sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique ainsi précipité est séparé à une température (par exemple de 10 à 30° C et de préférence de 15 à 25° C) qui convient pour la conduite de la séparation.
Dans certaines formes de réalisation de l'invention, un solvant 60 volatil inerte sensiblement insoluble dans l'eau est utilisé pour extraire l'acide a-cétocarboxylique de sa solution aqueuse. Aux fins de l'invention, par solvant volatil inerte sensiblement insoluble dans l'eau, il convient d'entendre un solvant inerte bouillant d'environ 30 à 160°C sous une pression absolue d'environ 65 760 mm Hg et dont la solubilité dans l'eau n'excède pas environ 9 parties pour 100 parties d'eau à environ 20° C. On qualifie d'inerte un tel solvant qui ne réagit pas chimiquement avec l'eau ou avec l'acide a-cétocarboxylique. On trouvera au tableau ci-
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4
après différents solvants volatils inertes sensiblement insolubles dans l'eau.
Solvants volatils inertes sensiblement insolubles dans l'eau:
alcool n-amylique 3-pentanol
2-méthyl-3-butanol acétate de n-amyle méthylisobutylcétone éther diisopropylique éther isopropyléthylique éther di-n-butylique acétate de n-propyle diéthylcétone cyclohexanol
éther éthyl-n-hexylique
éther méthylisobutylique
éther méthyl-n-propylique benzène
éthylbenzène isopropylbenzène o-xylène n-pentane n-hexane
2.2-diméthylbutane
3-méthylpentane isoheptane 3-méthylhexane
3.3-diméthylpentane 2,2,3-triméthylbutane les nonanes cycloheptane cyclo octane hexadiène-1,3
les heptylènes les chlorures d'amyle les chlorures d'hexyle
3-chloro-2,3-diméthylpentane chlorure de cyclopentyle tétrachlorure de carbone
1,2-dibromoéthane
1,2-dichloroéthane cycloheptène chlorure de cyclohexyle
2-nitrobutane les octylènes les bromures de butyle
2-pentanol 2-méthyl-4-butanol les hexanols acétate de s-amyle n-butanol éther diéthylique acétate de n-butyle acétate d'éthyle éther n-propylique n-hexanol
éther éthylisobutylique éther éthylisoamylique éther méthyl-n-butylique anisole toluène n-propylbenzène m-xylène p-xylène isopentane isohexane
3,3-diméthylbutane n-heptane
2-méthylhexane 2,2-diméthylpentane
3-éthylpentane les octanes cyclohexane cyclopentane cyclohexène hexadiène-1,4 les hexylènes les dichloropropanes les chlorures de butyle chlorobenzène chloroforme 1,1-dibromoéthane 1,1 -dichloroéthane éther allylique les cyclohexadiènes
1-nitrobutane
2-nitro-2-méthylpropane les chlorures de butyle les iodures de butyle les éthers de pétrole bouillant au-dessus de 150°C sous une pression absolue d'environ 760 mm Hg et leurs mélanges, 2-bromo-2,3-diméthylbutane et autres bromobutanes bouillant au-dessous d'environ 150°C sous une pression absolue d'environ 760 mm Hg,
I-chlorohexane et autres chlorohexanes bouillant au-dessous d'environ 160°C sous une pression absolue d'environ 760 mm Hg.
Lorsqu'un acide a-cétocarboxylique est séparé d'un solvant volatil inerte d'un point d'ébullition normal de plus d'environ 100 à 110°C par évaporation du solvant, il est généralement préféré de travailler sous pression réduite, par exemple sous une pression absolue d'environ 100 à 200 mm Hg, sinon moins, de manière à réduire ou supprimer la possibilité d'une décomposition thermique de l'acide.
Lorsqu'un sel de métal alcalin d'un acide a-cétocarboxylique est converti en acide libre, il est généralement préférable d'exécuter l'opération par ajustement du pH d'une solution aqueuse du sel de l'a-cétoacide à une valeur d'environ 0,5 à 2 et plus avantageusement de 0,8 à 1,5 au moyen d'un acide fort, comme l'acide chlorhydrique ou sulfurique.
Les hydantoïnes de départ peuvent être préparées par réaction de l'hydantoïne proprement dite avec un aldéhyde ou une cétone de formule :
z=o
S
où Z a la signification qui lui a été donnée ci-dessus, dans un milieu de réaction aqueux en présence d'un catalyseur qui est (i) l'ammoniac ou (ii) une amine primaire ayant un pKb de 3 à 5, le catalyseur étant présent en quantité propre à provoquer la for-îo mation de l'hydantoïne recherchée. L'hydantoïne recherchée peut être séparée, par exemple par cristallisation, puis filtration ou cen-trifugation ou bien décantation, puis séchée si la chose est désirée, et recueillie. La majeure partie de l'hydantoïne recherchée précipite généralement à mesure de sa formation. Lorsque la précipitais tion n'a pas lieu, l'hydantoïne recherchée peut être amenée à précipiter ou cristalliser par évaporation de l'eau du milieu de réaction aqueux dans lequel elle se forme, puis par refroidissement du mélange concentré résultant. Cette évaporation est de préférence exécutée sous pression réduite. Un rapport molaire de l'hydan-2o toïne de départ au catalyseur et à l'aldéhyde d'environ
1:0,5-10:0,5-4 est généralement préféré avec un temps de séjour qui est en général de 1 à 8 h et une température de réaction d'environ 50 à 150°C. La monoéthanolamine est un catalyseur préféré.
25 Dans le procédé de l'invention, lorsque l'hydantoïne est convertie en sel de métal alcalin d'un acide a-cétocarboxylique par réaction avec une solution aqueuse d'un hydroxyde de métal alcalin, a) le rapport molaire de l'hydantoïne à l'hydroxyde de métal alcalin, b) la concentration de l'hydroxyde de métal alcalin, 3o c) la température de réaction et d) le temps de contact ou temps de réaction ne sont pas critiques. Des valeurs convenables pour ces paramètres sont données ci-après:
a) rapport molaire de l'hydantoïne à l'hydroxyde de métal alcalin de 1:1,25-25 et de préférence de 1:1,5-6; 35 b) concentration en hydroxyde de métal alcalin dans le système de réaction dans lequel l'hydantoïne se convertit en sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique de 1 à 25% et de préférence de 10 à 20%;
c) température de réaction de 75 à 150°C et de préférence de 40 90 à 110°C;
d) temps de contact ou de réaction de 0,5 à 10 h et de préférence de 2 à 5 h.
L'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide bromhy-drique, l'acide iodhydrique et l'acide nitrique sont les acides préfé-45 rés pour abaisser le pH dans le procédé de l'invention, par exemple pour convertir tout ou partie du sel de métal alcalin d'un acide a-cétocarboxylique en présence en une solution aqueuse de l'acide a-cétocarboxylique libre. Néanmoins, lorsque le système contient des ions calcium ou lorsque des ions calcium sont ajoutés so ultérieusement, à savoir après abaissement du pH, il est préférable d'éviter un apport d'acide sulfurique en raison de la faible solubilité du sulfate de calcium.
Lors de l'extraction d'un acide a-cétocarboxylique d'une de ses solutions aqueuses au moyen d'un solvant volatil inerte, le 55 rapport du solvant à la solution aqueuse n'est pas critique. Un intervalle utile s'étend de 0,5 à 1,51 ou davantage de solvant par litre de solution aqueuse, la quantité préférée étant de 0,75 à 1 1 de solvant par litre de solution aqueuse. Les solvants volatils inertes préférés sont notamment l'éther diéthylique, l'éther diisopropy-60 lique, l'acétate d'éthyle, l'acétate de n-butyle et la méthylisobutylcétone.
Lorsqu'un acide a-cétocarboxylique est extrait à l'état de sel de métal alcalin ou de sel de calcium d'une solution de l'acide a-cétocarboxylique libre dans un solvant volatil inerte au moyen 65 d'un système aqueux qui est une solution ou suspension contenant de l'hydroxyde de sodium, de l'hydroxyde de potassium, du carbonate de sodium, du carbonate de potassium, du bicarbonate de sodium, du bicarbonate de potassium, de l'hydroxyde de calcium
5
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ou du carbonate de calcium, un rapport en équivalents de l'a-cétoacide à l'alcali de 1:0,8-1,5 convient, le rapport préféré étant de 1:0,9-1. Une quantité de 1 Eq d'acide a-cétocarboxylique est de 1 mol. Une quantité de 1 Eq d'hydroxyde de sodium, d'hydroxyde de potassium, de bicarbonate de sodium ou de bicarbonate de potassium est de 1 mol. Une quantité de 2 Eq de carbonate de sodium, de carbonate de potassium, de carbonate de calcium ou d'hydroxyde de calcium est de 1 mol.
La concentration en composé alcalin n'est pas critique pour une telle extraction. Les concentrations en composé alcalin sont utilement de 0,5 à 8 Eq/1 et de préférence de 1 à 5 Eq/1. Comme il est évident pour le spécialiste, une solution d'hydroxyde de sodium contient d'habitude un peu de carbonate de sodium, une solution d'hydroxyde de potassium contient habituellement un peu de carbonate de potassium et une solution ou suspension d'hydroxyde de calcium contient un peu de carbonate de calcium. La solubilité du carbonate de calcium dans l'eau est faible, à savoir d'environ 0,015 g dans 100 g d'eau à 25° C.
L'ammoniac et un carbonate de métal alcalin sont les sous-produits de la réaction de l'hydantoïne avec un hydroxyde de métal alcalin dans un système aqueux avec formation du sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique.
Lorsqu'une suspension comprenant un sel de calcium d'un acide a-cétocarboxylique est formée par réaction d'une solution aqueuse d'un sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique avec une solution aqueuse d'un sel inorganique hydrosoluble de calcium, comme le bromure, le chlorure, l'iodure ou le nitrate de calcium, la concentration en sel inorganique de calcium peut être de 3 à 8 mol/1 et est de préférence de 5 à 7 mol/1. La valeur précise de la concentration n'est pas critique. De même, le rapport en équivalents entre le sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique et le sel inorganique de calcium n'est pas critique non plus. Le rapport en équivalents du sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique au sel inorganique de calcium est utilement de 1:0,8-1,5 et de préférence de 1:0,9-1. Une quantité de 2 équivalents de chlorure, de bromure, d'iodure ou de nitrate de calcium est de 1 mol d'un tel sel inorganique.
Lorsqu'un sel de calcium d'un acide a-cétocarboxylique est formé de cette façon, si le système aqueux résultant, à savoir formé par mélange de la solution aqueuse du sel de métal alcalin de l'acide a-cétocarboxylique avec la solution aqueuse du sel inorganique de calcium, est tellement dilué, c'est-à-dire contient tellement d'eau, que le sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique ne précipite pas, de l'eau peut en être évaporée, de préférence sous pression réduite, au moins jusqu'à précipitation d'une partie du sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique.
Les précipités ou cristaux, notamment les sels de calcium d'acides a-cétocarboxyliques précipités, peuvent être séparés par centrifugation, filtration ou décantation.
Un sel d'acide a-cétocarboxylique ainsi précipité et séparé peut être lavé, par exemple avec de l'eau ou de préférence de l'eau saturée en ce même sel, puis séché, par exemple à l'air, et enfin recueilli.
Un sel de métal alcalin ou de calcium d'acide a-cétocarboxylique peut être séparé et isolé d'une solution aqueuse le contenant par évaporation de l'eau, de préférence sous pression réduite.
L'invention est illustrée par les exemples spécifiques suivants.
Exemple 1
On dissout 939 g, soit 6,1 mol, de 5-isobutylidènehydantoïne dans 22,71 d'eau contenant 976 g, soit 24,4 mol, d'hydroxyde de sodium qu'on ajoute sous la forme d'une solution aqueuse à 50% de ce composé. On chauffe la solution résultante à l'ébullition pendant 5,5 h. On ajoute de l'eau périodiquement pour maintenir le volume sensiblement constant. De l'ammoniac se dégage pendant l'ébullition.
Après l'ébullition, on acidifie jusqu'à pH 1, au moyen d'acide chlorhydrique concentré, la solution qui a réagi tandis qu'on la refroidit pour maintenir sa température au-dessous de 30° C. On extrait la solution acidifiée résultante avec 3 aliquotes de 3025 ml d'éther diéthylique pour séparer le cétoacide produit de la solution aqueuse. On combine les trois extraits éthérés et on les mélange avec 6,11 d'eau. Sous vive agitation, on ajuste le pH du mélange à 7,3 par addition d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50%. On interrompt alors l'agitation et on laisse les couches se séparer. On concentre à l'évaporateur rotatif jusqu'à un volume total d'environ 500 ml, la couche aqueuse d'un volume d'environ 6,41 qui consiste essentiellement en le sel de sodium du cétoacide dans l'eau avec une petite fraction de l'éther. Pendant l'évaporation, on recueille par filtration à trois reprises du produit cristallin. On lave le produit cristallin à l'acétone, on le sèche par exposition à l'air à environ 20° C et on le recueille ainsi en un poids total de 536,1 g. On identifie ce composé comme étant l'a-céto-isocaproate de sodium pur. Du fait que ce sel est hydraté, ce poids correspond à une conversion (rendement en une passe) d'environ 54,5% de la valeur théorique, sur la base de la quantité de 5-isobutylidènehydantoïne mise en œuvre.
Exemple 2
On répète le mode opératoire général de l'exemple 1. Toutefois, dans ce cas, on utilise pour préparer la solution d'hydrolyse 868 g, soit 6,2 mol, de 5-isopropylidènehydantoïne, 6046 g de solution d'hydrate de sodium à 50%, soit 75,6 mol d'hydroxyde de sodium, et 91 d'eau. On chauffe la solution de réaction à l'ébullition pendant environ 5,5 h. Au moyen d'acide chlorhydrique concentré, on acidifie à peu près jusqu'à pH 1 la solution résultante qui a subi la réaction d'hydrolyse. Au moyen de 3 aliquotes de 3,1 1 d'éther diéthylique, on extrait ensuite la solution hydrolysée acidifiée. On combine les extraits éthérés et on les mélange avec 6,21 d'eau. On ajuste le pH du mélange résultant à 6,15 sous vive agitation. On sépare la phase aqueuse qu'on concentre à l'évaporateur rotatif pour obtenir environ 700 ml d'une suspension épaisse. On recueille par. filtration la phase solide qu'on lave à l'acétone et qu'on disperse dans l'acétone, après quoi on filtre la dispersion et on lave les solides une seconde fois à l'acétone, avant de les sécher à l'air à environ 20° C et de les peser. On obtient ainsi 189 g d'un produit identifié comme étant l'a-céto-isovalérate de sodium pur. Comme le produit est hydraté, cette quantité correspond à un rendement d'environ 21% de la valeur théorique, sur la base de la quantité de 5-isopropylidènehy-dantoïne mise en œuvre.
Exemple 3
On répète le procédé général de l'exemple 1. Toutefois, on utilise 557 g, soit 3,6 moles, de 5-s-butylidènehydantoïne, 3520 g de solution d'hydroxyde de sodium à 50%, soit 44,0 mol d'hydroxyde de sodium, et 5280 ml d'eau pour préparer la solution de réaction. Au moyen d'une solution concentrée d'acide chlorhydrique, on ajuste à 1 le pH de la solution ayant subi la réaction d'hydrolyse. On extrait le mélange acidifié résultant avec 3 aliquotes de 1800 ml d'éther diéthylique. On combine les extraits éthérés et on les mélange avec 3,61 d'eau, puis on ajuste le pH à 6,25 par addition d'une solution d'hydroxyde de sodium à 50% sous vive agitation. On sépare les phases et on concentre la phase aqueuse jusqu'à environ 300 ml à l'évaporateur rotatif. On recueille des cristaux par filtration, puis on les lave et on les sèche suivant le mode opératoire général de l'exemple 2. On identifie ces cristaux, obtenus en quantité de 130,4 g, comme étant du D,L-a-céto-fj-méthyl-n-valérate de sodium pur. Comme le produit est hydraté, cette quantité correspond à une conversion de 22% de la valeur théorique, sur la base de la quantité de 5-s-butylidènehydantoïne mise en œuvre.
Exemple 4
On prépare une solution en mélangeant 32 g d'une solution aqueuse à 50% d'hydroxyde de sodium avec 124 g d'eau. On dis5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
624 919
6
sout dans cette solution 15,4 g de 5-isobutylidènehydantoïne. On chauffe la solution de réaction à l'ébullition pendant 2 h et 45 mn dans une zone de réaction ventilée pour former un produit d'hydrolyse. Pendant l'ébullition, on ajoute de l'eau suivant les besoins pour maintenir sensiblement constant le volume de la solution de réaction en ébullition.
On refroidit le produit d'hydrolyse à environ 25° C puis on ajuste son pH à 3,5 par addition de 26 ml d'une solution concentrée d'acide chlorhydrique. On fait barboter de l'azote à raison de 2,81 normaux par heure pendant 5 mn dans le produit d'hydrolyse acidifié résultant à 20° C pour chasser le dioxyde de carbone puis, au moyen d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50%, on ajuste à 8 le pH du produit d'hydrolyse résultant après le barbo tage.
On concentre la solution à 95 g par évaporation à environ 45° C sous une pression absolue de 35 mm Hg à l'évaporateur rotatif, puis on la refroidit à 15°C pour faire précipiter un solide qu'on sépare, qu'on sèche à l'air, qu'on pèse et qu'on analyse. Ce solide, obtenu en quantité de 9,3 g, se révèle à l'analyse être l'a-céto-isocaproate de sodium brut (titre d'environ 78,1%).
Exemple 5
On prépare une solution en mélangeant 49 g d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50% avec 75 g d'eau. On dissout 15,4 g de 5-s-butylidènehydantoïne dans cette solution pour obtenir un mélange de réaction qu'on chauffe à l'ébullition pendant 2 h et 45 mn dans un réacteur ventilé, tandis qu'on ajoute de l'eau suivant les besoins pour maintenir sensiblement constant le volume du mélange de réaction en ébullition.
On refroidit à environ 25° C le produit d'hydrolyse résultant, puis on ajuste son pH à 3,5 par addition de 48 ml d'une solution concentrée d'acide chlorhydrique. Comme dans l'exemple 4, on fait barboter pendant 5 mn de l'azote dans le produit d'hydrolyse acidifié résultant et on ajuste le pH de la solution ainsi obtenue à 8 par addition d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50%. L'opération consomme environ 1 g de la solution d'hydroxyde de sodium à 50%.
On chauffe la solution résultante à 65° C et on forme une suspension par addition de 10 g d'une solution aqueuse de chlorure de calcium à 43%. On concentre la suspension jusqu'à 182 g à environ 45° C sous une pression absolue de 35 mm Hg à l'évaporateur rotatif. On refroidit la suspension résultante concentrée à 25° C et on en sépare les solides par filtration, puis on les pèse et on les analyse. Les solides collectés en quantité de 13,1 g se révèlent contenir 70% d'a-céto-p-méthyl-n-valérate de calcium, ce qui correspond à un rendement de 61% de la valeur théorique, sur la base de la quantité de 5-s-butylidènehydantoïne mise en œuvre.
Exemple 6
On sépare le sel de sodium de l'acide 3-indolepyruvique comme décrit ci-après :
1. On dissout 11,4 g, soit 0,05 mol, de 5-(3'-indolylméthylène)-hydantoïne de la formule:
constant de façon à obtenir une solution aqueuse de 3-indolepyru-vate de sodium.
On acidifie une aliquote de la solution aqueuse résultante jusqu'à pH 1 pour obtenir l'acide 3-indolepyruvique libre qu'on 5 soumet à la silylation puis à la Chromatographie gazeuse. On peut ainsi établir la présence du 3-indolepyruvate de sodium dans la solution aqueuse obtenue.
On identifie les sels des acides a-cétocarboxyliques obtenus dans les exemples 1 à 5 par spectroscopie infrarouge en compaio rant dans chaque cas le spectre infrarouge du sel synthétisé à celui d'un échantillon authentique.
Dans la plupart des cas, on détermine par Chromatographie gazeuse la pureté des sels d'acides a-cétocarboxyliques obtenus dans les exemples ci-dessus. Dans chaque cas, on convertit une 15 certaine quantité de l'anion de cétoacide du sel en oximes, qu'on soumet alors à la silylation, puis à la Chromatographie gazeuse. Ces modes opératoires, à savoir la spectrophotométrie dans l'infrarouge et la Chromatographie gazeuse, permettent d'identifier la nature et de déterminer la pureté de chaque acide a-cétocar-20 boxylique et de chaque sel correspondant précité ou préparé par les procédés décrits ci-après.
Les procédés décrits dans les exemples ci-dessus, modifiés de la façon précisée dans les modes opératoires ci-après, devraient donner aussi des résultats satisfaisants.
25
Mode opératoire 1
On peut répéter jusqu'au stade d'extraction par l'éther les opérations générales de l'exemple 1 exécutées au moyen de 6,1 mol de 5-isobutylidènehydantoïne. On feut ensuite modifier le mode opé-3o ratoire de l'exemple 1 en évaporant l'éther diéthylique de la solution du cétoacide dans l'éther s'^btenant par extraction de la solution ayant subi l'hydrolyse et f acidification. Le cétoacide résultant peut être distillé sous pressipn réduite pour donner l'acide a-céto-isocaproïque pur avec un rendement d'environ 80%, sur le 35 base de la quantité de 5-isobutylidènehydantoïne mise en œuvre.
Mode opératoire 2
On peut répéter de façon générale le mode opératoire 1, mais en remplaçant dans ce dernier la 5-isobutylidènehydantoïne par la 40 5-isopropylidènehydantoïne. Le produit est alors l'acide a-céto-iso-valérique obtenu avec un rendement d'environ 70%, sur la base de la quantité de 5-isopropylidènehydantoïne mise en œuvre.
Mode opératoire 3
45 On peut répéter de façon générale le mode opératoire 1, mais en remplaçant dans ce dernier la 5-isobutylidènehydantoïne par la 5-s-butylidènehydantoïne. Le produit est alors l'acide D,L-a-céto-P-méthyl-n-valérique. La conversion est de 70% sur la base de la quantité de 5-s-butylidènehydantoïne mise en œuvre.
50
Mode opératoire 4
On peut répéter l'hydrolyse, l'acidification et l'extraction à l'éther exécutées dans l'exemple 1. Ensuite, on peut modifier le procédé de cet exemple en remplaçant la 5-isobutylidènehydan-55 toïne par 3 mol de l'hydantoïne de formule:
CH. -S-CH0-CH-C
J 2 I
H-U
c=o I
N-H
dans 110 ml d'eau contenant 12 g d'une solution d'hydroxyde de sodium à 50% pour obtenir un mélange de réaction, et
2. On chauffe le mélange de réaction à l'ébullition pendant 2 h sous une pression absolue d'environ 760 mm Hg en ajoutant de l'eau de temps à autre pour maintenir le volume sensiblement
1!
o
«5 L'extrait éthéré contenant l'acide a-cétocarboxylique résultant peut être séché sur du sulfate de sodium anhydre puis séparé de celui-ci par décantation ou filtration. On peut évaporer l'éther de l'extrait éthéré ainsi séché pour obtenir un résidu comprenant
T
624 919
l'acide a-cétocarboxylique brut qu'on peut isoler. L'acide a-cétocarboxylique brut, obtenu avec un rendement de 20% sur la base de la quantité d'hydantoïne mise en œuvre, est de la formule :
O O
CH3-S-CH2-CH2-C-C-OH
Mode opératoire 5
On peut répéter le procédé général de l'exemple 1 et le modifier en remplaçant la 5-isobutylidènehydantoïne par 6,1 mol d'une hydantoïne de formule:
H-N.
C=0 I
✓N-H
C'
II
0
qu'on dissout dans la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, puis qu'on hydrolyse par ébullition de la solution résultante. La solution du produit d'hydrolyse résultant contient le sel de sodium d'acide a-cétocarboxylique, formé avec un rendement de 50% sur la base de la quantité d'hydantoïne mise en œuvre, et répondant à la formule :
O 0
Il II
S y-C-C-ONa
Mode opératoire 6
On peut répéter de façon générale le mode opératoire 1, mais en remplaçant dans celui-ci la 5-isobutylidènehydantoïne par 6,1 mol d'une hydantoïne de formule:
(Z)"* T
H-N.
-C=0 I
✓N-H
C
II
0
L'acide a-cétocarboxylique résultant est obtenu avec un rendement de 40% sur la base de la quantité d'hydantoïne mise en œuvre et répond à la formule :
O 0
x 11 "
S )—C-C-OH
Mode opératoire 7
On peut dissoudre 6,1 mol d'une hydantoïne de formule:
CH=C c=o
I I
H-N .N-H
V
o dans 22,71 d'eau contenant 24,4 mol d'hydroxyde de sodium sous forme d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50%. On peut chauffer la solution résultante à l'ébullition pendant 5,5 h pour obtenir la solution ayant subi l'hydrolyse. On peut ajouter de l'eau périodiquement pour maintenir le volume sensiblement constant. De l'ammoniac se dégage pendant l'ébullition.
Au moyen d'une solution concentrée d'acide chlorhydrique, à savoir à environ 37%, on peut ajuster à 2 le pH de la solution de réaction qui a bouilli et qui contient le sel de sodium d'acide a-cétocarboxylique de formule :
Oo
O 0
Il II
CH2-C-C-0Na
H
après avoir refroidi la solution du produit d'hydrolyse à 20-25° C 20 et en la maintenant à cette même température. On peut chasser le dioxyde de carbone (provenant du carbonate de sodium qui est un sous-produit formé pendant l'hydrolyse de l'hydantoïne en l'acide 0 a-cétocarboxylique) de la solution de produit d'hydrolyse acidifiée résultante en faisant barboter pendant environ 10 mn dans celle-ci 25 de l'azote à raison d'environ 42 1/h tandis qu'on maintient la température de la solution à environ 30°C. Si la chose est désirée, on peut maintenir le volume de la solution sensiblement constant par addition d'un appoint d'eau pendant le barbotage.
On peut ajuster à environ 7,5 le pH de la solution de produit 30 d'hydrolyse acide ayant subi le barbotage en y ajoutant une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50% sensiblement exempte de carbonate de sodium pour obtenir une solution aqueuse du sel de sodium de l'acide a-cétocarboxylique sensiblement exempte de carbonate de sodium. On peut mélanger 500 ml d'une solution 35 aqueuse de chlorure de calcium (à 42,5% en poids de CaCh) sensiblement exempte de carbonate avec la solution aqueuse du sel de sodium d'acide a-cétocarboxylique sensiblement exempte de carbonate de sodium pour former le sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique. Ce sel de calcium précipite partiellement. On peut 40 séparer le précipité de la liqueur mère, par exemple par centrifu-gation ou filtration, puis le sécher à l'air et le recueillir.
On peut précipiter, puis séparer, sécher à l'air et recueillir une ou plusieurs nouvelles quantités de ce sel de calcium par évaporation de l'eau de la liqueur mère à l'évaporateur rotatif à une tem-45 pérature de 25 à 65° C sous une pression absolue de 23 à 190 mm Hg.
La quantité totale de sel de calcium d'acide a-cétocarboxylique ainsi recueillie est de 271 g et correspond à un rendement de 20% sur la base de la quantité d'hydantoïne mise en œuvre. 50 Ce sel de calcium répond à la formule :
O 0 il il
CH2-C-C-0
Ca
Mode opératoire 8
On peut répéter les opérations de l'exemple 4, mais en modifiant celui-ci par collecte de la seconde solution obtenue dans cet ss exemple (à savoir la solution de produit d'hydrolyse s'obtenant par ébullition de la solution de 5-isobutylidènehydantoïne dans l'hydroxyde de sodium aqueux). On peut analyser la solution de produit d'hydrolyse par évaporation de l'eau d'une fraction, de
624 919
8
préférence sous pression réduite, de manière à obtenir un solide se prêtant à l'identification et à l'analyse par spectroscopie infrarouge et Chromatographie gazeuse.
Mode opératoire 9
On peut répéter de façon générale le mode opératoire 5, mais en le modifiant par conversion de l'acide a-cétocarboxylique contenu dans le solvant non aqueux en son sel de potassium par extraction avec une quantité d'une solution aqueuse de carbonate de potassium à 10% propre à donner une solution aqueuse ayant un pH de 6 à 8 et comprenant de l'eau et le sel de potassium de l'acide a-cétocarboxylique de formule:
0 0
Il II
S )-C-C-OK
/==Y
H I
C=C
ÏÏ-ÎT
•C=0 I
,N-H
C II
0
On obtient sensiblement le même résultat que dans le mode opératoire 7, la différence étant que le sel de calcium d'acide a-cétocarboxylique résultant est de la formule :
Mode opératoire 13
On peut répéter le mode opératoire 7, mais en remplaçant l'hydantoïne utilisée dans ce dernier par 6,1 mol d'une hydantoïne de formule:
H22"CH2CH2CH2C=C
c=o
H H-
•1T
II
O
ÏT-H
Le rendement en sel de potassium est de 45% sur la base de l'hydantoïne mise en œuvre.
Mode opératoire 10
On peut répéter de façon générale le mode opératoire 8, mais en le modifiant par ajustement à 1 du pH de la seconde solution (produit d'hydrolyse), par extraction de l'acide a-cétocarboxy-lique résultant de cette solution aqueuse d'un pH de 1 au moyen de 150 ml d'acétate d'éthyle et par évaporation de l'acétate d'éthyle de l'extrait contenant le cétoacide. Le rendement est de 85% sur la base de la quantité de 5-isobutylidènehydantoïne et le cétoacide est l'acide a-céto-isocaproïque.
Mode opératoire 11
On peut répéter le mode opératoire 10, mais en le modifiant par conversion de l'acide a-cétocarboxylique contenu dans l'acétate d'éthyle en son sel de potassium par extraction au moyen d'une quantité d'une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium à 10% propre à donner une solution aqueuse ayant un pH de 6 à 8 et comprenant de l'eau et le sel de potassium de l'acide a-cétocarboxylique, à savoir l'a-céto-isocaproate de potassium.
Mode opératoire 12
On peut répéter le mode opératoire 7, mais en remplaçant l'hydantoïne utilisée dans celui-ci par 6,1 mol d'une hydantoïne de formule:
Le résultat est sensiblement le même que dans le mode opéra-20 toire 7, mais le sel de calcium obtenu est de formule :
0 0
Il II
Hp ÎTGH2CH2CH2CH2 -g -G-o
Ca
30
Mode opératoire 14
On peut répéter le mode opératoire 7, mais en remplaçant l'hydantoïne utilisée dans celui-ci par 6,1 mol d'une hydantoïne de formule:
40
hoocch9ch=c ^ I H-N
C=0 I
lï-H
II
O
Le résultat est sensiblement le même que dans le mode opératoire 7, mais le sel obtenu est de formule :
O II
O 0 Il II
0-C-CH2CH2-C-C-0
Ca,
n-N
/=\
-CH2-C-C-0
Ca1
K
Par pourcentage, il convient d'entendre des parties pour 100 parties sur base pondérale, sauf indication contraire.
Par mole, il convient d'entendre la quantité de substance généralement ainsi dénommée, c'est-à-dire un nombre de molécules de cette substance égal au nombre d'atomes contenus dans 12 g de l'isotope 12 du carbone à l'état de pureté.
R
Claims (10)
- 624 919REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une solution aqueuse d'un sel de métal alcalin d'un acide a-cétocarboxylique de formule:O Or-c-c-oh où r représente un radical ch3 -, c2h5 -, ch3ch2ch2 -(ch3)2ch-, ch3ch2ch2ch2-, c2h5ch(ch3)-, (ch3)2chch2-, ch3ch2ch2ch(ch3)~, (c2hs)2ch-,n2nch2ch2ch2ch2-, -ch2ch2cooh,- ch2 - ch2 - s - ch3, (ch3)2chch2ch2 -, c2h5ch(ch3)ch2—,(I)-CH_-ou/^vH-N 11CH2-JTIHcaractérisé en ce qu'on mélange une hydantoïne de formule :z o li IIC CI IH-N .N-H(II)
- 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajuste le pH de la solution au moyen d'acide chlorhydrique ou d'acide sulfurique.
- 5. Procédé suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé s en ce qu'on ajuste la température de la solution à une valeur de 5à 35° C si elle ne se trouve pas déjà à cette température avant d'ajuster le pH pour former l'acide a-cétocarboxylique.
- 6. Procédé suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le solvant volatil inerte est l'éther diéthylique, l'éther m diisopropylique, l'acétate d'éthyle, l'acétate de n-butyle ou la méthylisobutylcétone.
- 7. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajuste le pH de la solution à une valeur de 0,5 à 4 au moyen d'acide chlorhydrique, d'acide bromhydrique, d'acide iodhydrique i5 ou d'acide nitrique tandis qu'on maintient la température de la solution, si nécessaire, à une valeur de 10 à 40° C, on chasse le dioxyde de carbone de la solution, on ajuste ensuite le pH de la solution à une valeur de 6,5 à 8,5 au moyen d'une solution aqueuse d'un hydroxyde de métal alcalin sensiblement exempt de 2« carbonate de métal alcalin et on ajoute une solution aqueuse de chlorure de calcium, de bromure de calcium, d'iodure de calcium ou de nitrate de calcium pour former une suspension d'un précipité de sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique qu'on recueille ensuite.25 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'on précipite un supplément du sel de calcium de l'acide a-cétocarboxylique au départ de la liqueur mère par évaporation de l'eau de celle-ci et on recueille le sel de calcium ainsi précipité.0où Z représente un radical de formule CH2 =, CH3CH =, CH3CH2CH =, (CH3)2C =, CH3CH2CH2CH =, C2H5C(CH3) = (CH3)2CHCH =, CH3CH2CH2C(CH3) =, (C2H5)2C =,h2nch2ch2ch2ch=, =chch2cooh,= ch - ch2 - s - ch3, (ch3)2CHCH2ch =, c2hsCH(ch3)ch = ,— Cïï=CH=/ r ou HN Navec une solution aqueuse d'un hydroxyde de métal alcalin et on conserve le mélange à une température et pendant une durée propres à la formation du sel de l'acide a-cétocarboxylique.
- 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange l'hydantoïne avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium ou de potassium.
- 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajuste le pH de la solution résultante de manière à former l'acide a-cétocarboxylique et on extrait celui-ci dans un solvant volatil inerte sensiblement insoluble dans l'eau afin d'obtenir une solution non aqueuse de l'acide a-cétocarboxylique et soit on sépare l'acide a-cétocarboxylique du solvant volatil inerte par évaporation de ce dernier, soit on convertit l'acide a-cétocarboxylique en son sel de sodium, de potassium ou de calcium par extraction de ce sel de la solution non aqueuse au moyen d'une solution ou suspension aqueuse d'hydroxyde de sodium, d'hydroxyde de potassium, d'hydroxyde de calcium, de carbonate de sodium, de carbonate de potassium, de carbonate de calcium, de bicarbonate de sodium ou de bicarbonate de potassium.Les acides a-cétocarboxiliques, appelés ci-après aussi a-céto-acides et cétoacides, trouvent de nombreuses applications, parmi lesquelles il convient de citer les suivantes :1. Les cétoacides sont d'utiles composés de départ pour la synthèse des aminoacides (Yakabson et al., Biokhimya, 1949,14, 14-19, Chemical Abstracts, 1949,43, 5084d; Sakurai, J. Biochem. (Tokyo), 1958, 45, 379-385, Chemical Abstracts, 1958, 52,18537h; brevet japonais N° 18711 (1962), Chemical Abstracts, 1963,59, 11660p et brevet japonais N° 6884 (1963), Chemical Abstracts, 1963, 59, 11662d).
- 2. Les cétoacides sont des agents pharmaceutiques utiles contre l'urémie qui favorisent la synthèse des protéines et combattent la formation de l'urée [Walser, demande publiée de brevet allemand N° OS 2335215 (1974)].
- 3. Les cétoacides sont d'utiles catalyseurs pour la copolyméri-sation des monomères non saturés [publication de brevet hollan-' dais N° 298715, Chemical Abstracts, 1966,64, 6842d, et brevet anglais N° 1018109 (1966)].
- 4. Les cétoacides sont utiles comme agents de traitement de la chevelure pour la protéger contre les hydroperoxydes [demande publiée de brevet allemand N° AS 1158213 (1963)].Il est indiqué dans Kirk-Othmer Encyclopedia (deuxième édition, 1966, volume 11, pp. 148 et 149) que les hydantoïnes non saturées de la formule :H ]_ 'R -C=C■C=0r2-itN-Rc\ /CII03624 919où soit R1 représente un radical phényle, p-hydroxyphényle ou p-méthoxyphényle et R2 représente un atome d'hydrogène, soit R1 représente un atome d'hydrogène ou un radical phényle et R2 représente un radical phényle, peuvent être hydrolysées en a-cétoacides au moyen d'un alcali dilué.On trouve dans Monat., 1961,92, 335-342, 343-351 et 352-360 (Billek, et dans Chemical Abstracts, 1962,56, 393e), que la condensation de certains aldéhydes aromatiques avec l'hydantoïne et ensuite l'hydrolyse alcaline des produits de condensation conduisent à des cétoacides.
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