FR2705345A1 - Procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles et nouveaux dérivés d'hydrazine. - Google Patents

Abstract

La présente invention est relative à un procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles, qui sont des intermédiaires de synthèse de pesticides, par réaction d'un 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole avec un agent halogénant de type ionique. La réaction a lieu en présence d'un catalyseur azoté choisi dans le groupe constitué par les amines tertiaires et leurs halogénohydrates, les amines hétérocycliques et leurs halogénohydrates et par les amides N, N-disubstitués. Ce nouveau procédé permet notamment, à partir d'alkylhydrazines, d'obtenir les 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles sans utilisation d'halogénures de cyanogène, composés très toxiques. L'invention a également pour objet de nouveaux dérivés d'hydrazine: la 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine et les 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle.

Description

Procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-

1,2,4-triazoles et nouveaux dérivés d'hydrazine.

La présente invention est relative à un nouveau procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno- 1,2,4-triazoles de formule générale (I): R N- N

I I1

C C

/ \/ \

X N OH

dans laquelle R représente un groupement alkyle et X un

atome d'halogène.

Ces composés sont d'importants intermédiaires de synthèse de pesticides, notamment d'insecticides. Le dérivé pour lequel R représente le groupement isopropyle et X le chlore est par exemple un intermédiaire de la synthèse de l'Isazofos, matière active pesticide bien

connue de l'homme du métier.

Le brevet US 3 992 398 décrit la synthèse de 1-

alkyl-3-hydroxy-5-chloro-l,2,4-triazoles par réaction du phosgène avec une 1-alkyl-1-cyano-hydrazine obtenue par

réaction d'une alkylhydrazine avec le chlorure de cyano-

gène. Cette voie est à ce jour largement utilisée au

stade industriel.

Le brevet US 4 006 157 décrit la synthèse de 1-

alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-l,2,4-triazoles par réaction

d'une alkylhydrazine avec le chlorure de dichloro-

isocyano-N-carbonyle, lui-même obtenu par réaction du

phosgène avec le chlorure de cyanogène.

L'utilisation dans ces procédés du chlorure de cyanogène, réactif très toxique, jadis utilisé comme gaz de combat, présente toutefois un inconvénient très important et l'homme du métier recherche en permanence

un procédé ne mettant pas en oeuvre ce composé et compé-

titif d'un point de vue économique.

B. BOHNER, D. DAWES et W. MEYER, dans Kemia-Kemi,

1 (9), 585-9 (1974) décrivent la synthèse de 1-alkyl-3-

hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazoles par réaction du chlore avec un 1alkyl-3-hydroxy-l,2,4-triazole, lui-même

obtenu par réaction d'une 1-alkyl-2-carboxamide hydra-

zine avec l'acide formique. Ce procédé nécessite toute-

fois de nombreuses opérations unitaires le rendant très compliqué. Les rendements ne sont, par ailleurs, pas satisfaisants et ce procédé n'est économiquement pas

intéressant pour un développement au stade industriel.

Il a été découvert, de façon inattendue, qu'on pou-

vait obtenir, grâce notamment à l'utilisation d'un cata-

lyseur particulier, les 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-

1,2,4-triazoles par réaction d'un 1-alkyl-3,5-dioxo-

1,2,4-triazole (encore appelé 1-alkylurazole) avec un agent halogénant de type ionique et que cette réaction d'halogénation de type ionique est sélective, c'est à dire qu'elle s'effectue très préférentiellement sur la fonction carbonyle située en alpha de l'atome d'azote

substitué par le groupement alkyle.

Les 1-alkylurazoles, qui sont des composés connus, peuvent être obtenus à partir d'alkylhydrazines par des

procédés faisant abstraction d'halogénures de cyanogène.

Le brevet US 3 663 564 décrit par exemple la synthèse du 1isopropylurazole par réaction de l'isopropylhydrazine

avec le diéthylimidodicarboxylate.

De plus, il a été découvert que le 1-isopropyl-

urazole pouvait être obtenu à partir d'isopropylhydra-

zine par deux méthodes de préparation beaucoup plus éco-

nomiques que les méthodes connues, grâce à la synthèse

de composés intermédiaires nouveaux, à savoir le 1-

isopropyl-l-carboxamide hydrazine et les 2-isopropyl-2-

carboxamide carbazates d'alkyle.

! On obtient ainsi, à partir d'isopropylhydrazine,

des procédés beaucoup plus économiques de synthèse de 1-

isopropyl-3-hydroxy-5-halogéno-l,2,4-triazoles, n'uti-

lisant pas d'halogénures de cyanogène comme réactif.

La présente invention a donc pour objet un nouveau

procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-

1,2,4-triazoles. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait réagir un 1alkyl-3,5-dioxo-l,2,4-triazole avec un

agent halogénant de type ionique, en présence d'un cata-

lyseur azoté choisi dans le groupe constitué par les amines tertiaires, les halogénohydrates de ces amines

tertiaires, notamment les chlorhydrates et les brom-

hydrates, les amines hétérocycliques, les halogéno-

hydrates de ces amines hétérocycliques, notamment les

chlorhydrates et les bromhydrates, et les amides N,N-di-

substitués. Les amines tertiaires peuvent être aliphatiques, par exemple la triéthylamine, ou aromatiques, par exemple la N,N- diméthylaniline. Elles peuvent aussi comporter un ou plusieurs cycles non aromatiques, tels qu'un cycle cyclohexyle ou cyclopentyle, directement ou

non relié à l'atome d'azote de l'amine.

On entend, de façon classique, par amine "hétérocyclique" une amine dont l'atome d'azote est un des sommets constituant le cycle, au moins un autre sommet du cycle n'étant pas un autre atome d'azote. Ce cycle peut être aromatique, par exemple la pyridine, ou non aromatique, par exemple la N-méthylmorpholine. Les autres sommets du cycle peuvent comprendre au moins un atome de carbone et/ou d'autres hétéroatomes, comme

c'est le cas pour la N-méthylmorpholine.

Comme exemples d'amines hétérocycliques, on peut

citer les pyridines, par exemple la pyridine et la 4-

diméthylaminopyridine, les picolines, notamment la 5-

éthyl-a-picoline, les quinoléines, les imidazoles N-

substitués, les pyrroles N-substitués, les morpholines N-substituées. Comme exemples d'amides N,N-disubstitués, on peut citer les N,Ndialkylamides, notamment les N,N-dialkyl- formamides comme le N,Ndiméthylformamide (DMF) et les

N,N-dialkylacétamides. De façon générale, les substi-

tuants peuvent être aliphatiques, cycloaliphatiques,

aromatiques ou bien encore former un cycle.

Le schéma réactionnel du procédé selon l'invention est le suivant:

R H R

\ / \

N - N agent halogénant N - N I I de type ionique l l

C C > C C

# \ / % catalyseur azoté / % / \

O N O X N OH

I H

R et X ayant la signification précitée.

On entend, dans le cadre de la présente invention,

par agent halogénant de type ionique un agent suscep-

tible de créer une liaison carbone-halogène dans une molécule organique selon une réaction ionique. Ces agents halogénants de type ionique s'opposent aux agents

halogénants de type radicalaire, comme par exemple le N-

chloro (ou bromo) succinimide, qui permettent eux aussi de créer une liaison carbone-halogène, mais selon une réaction faisant intervenir des radicaux libres et non pas des ions. Les agents halogénants de type ionique sont bien connus de l'homme du métier. Comme exemples de tels agents on peut citer POCl3, POBr3, SOCl2, PCl5,

SOBr2, PBrs.

De façon préférée, le rapport molaire entre le catalyseur azoté et le 1alkylurazole est compris entre

0,001 et 0,5.

De façon également préférée, l'agent halogénant de type ionique est un agent chlorant, de préférence POCl3,

ce qui permet d'obtenir des 1-alkyl-3-hydroxy-5-chloro-

1,2,4-triazoles, ou bien encore un agent bromant, ce qui permet d'obtenir des 1-alkyl-3-hydroxy-5-bromo-l,2,4- triazoles. On utilise de préférence un fort excès d'agent halogénant de type ionique lorsque cela permet d'éviter l'emploi d'un solvant organique. Lorsque cela s'avère nécessaire, notamment lorsque le milieu est très visqueux donc difficilement agitable, on peut utiliser un solvant inerte, de préférence à point d'ébullition élevé choisi parmi les solvants aromatiques tels que le toluène, le chlorobenzène, les xylènes, l'éthylbenzène,

l'orthodichlorobenzène, le 1,2,3-trichlorobenzène.

Lorsqu'on opère en présence d'un solvant organique, le rapport molaire entre l'agent halogénant de type ionique et le 1-alkylurazole est de préférence compris

entre 1 et 3.

La température de réaction est en général comprise entre 90OC et 250 C, de préférence comprise entre 140 C

et 200 C.

Selon une autre variante préférée de l'invention, la chaîne 1-alkyle du 1-alkyl-3,5-dioxo-l,2,4-triazole,

et donc la chaîne 1-alkyle du 1-alkyl-3-hydroxy-5-

halogéno-l,2,4-triazole obtenu, est une chaîne linéaire,

cyclique ou ramifiée, comportant 1 à 6 atomes de car-

bone, de préférence 1 à 4 atomes de carbone.

De façon particulièrement préférée, cette chaîne

est le groupement isopropyle.

Selon une variante particulièrement préférée de

l'invention, on synthétise le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-

chloro-l,2,4-triazole par réaction du 1-isopropyl-3,5-

dioxo-l,2,4-triazole avec un agent chlorant de type ionique, de préférence POCl3. Dans le cadre de cette variante particulièrement préférée, il est possible de synthétiser le 1-isopropylurazole selon les procédés

connus, qui n'utilisent pas le chlorure de cyanogène.

Ces procédés sont toutefois relativement onéreux. Il a été découvert deux nouvelles voies particulièrement

économiques de synthèse du l-isopropyl-3,5-dioxo-l,2,4-

triazole à partir d'isopropylhydrazine, ce qui permet

finalement d'obtenir le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-

1,2,4-triazole à partir d'isopropylhydrazine selon des

procédés économiquement très intéressants, industria-

lisables et évitant l'utilisation de chlorure de cyanogène. La première voie, qui est préférée, car la plus

simple et la plus économique, consiste à obtenir le 1-

isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole par phosgénation de la 1-isopropyl-1carboxamide hydrazine de formule

CH3 O

\ //

CH - N - C - NH2. Ce composé est un composé nouveau,

J I

CH3 NH2

pouvant par exemple être obtenu par réaction du cyanate

de sodium ou de potassium avec l'isopropylhydrazine.

Il faut rappeler que les cyanates, contrairement aux cyanures et aux halogénures de cyanogène, ne sont

pas toxiques.

La seconde voie consiste à obtenir le 1-isopropyl-

3,5-dioxo-1,2,4-triazole par cyclisation, en milieu

basique, d'un 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate d'al-

kyle, par exemple de méthyle ou d'éthyle.

Les 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle, de formule générale CH3

CH O

/ \/

CH3 N - NH - C

C = 0 - alkyle NH2 sont des composés nouveaux pouvant par exemple être

obtenus par réaction du cyanate de sodium avec un 2-

isopropylcarbazate d'alkyle, dérivé connu facilement

accessible à partir d'isopropylhydrazine.

Ce n'est donc que grâce à la synthèse de nouveaux

dérivés d'hydrazine, à savoir la 1-isopropyl-l-carbo-

xamide hydrazine et les 2-isopropyl-2-carboxamide carba-

zates d'alkyle, qu'il a été possible d'obtenir le 1-

isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-l,2,4-triazole à partir d'isopropylhydrazine selon des procédés économiquement très intéressants, industrialisables et n'utilisant pas

de chlorure de cyanogène.

La présente invention a donc également pour objet

la 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine et les 2-iso-

propyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle, notamment

celui de méthyle et celui d'éthyle.

Les exemples non limitatifs suivants illustrent

l'invention et les avantages qu'elle procure.

Exemple 1 Synthèse du 2-isopropyl-2-carboxamide car-

bazate de méthyle.

A 10 g (76 mmol) de 2-isopropylcarbazate de méthyle, on ajoute 8,5 g d'eau et 21,2 g de méthanol. On

coule ensuite, à 7 C, 2,2 ml d'acide sulfurique concen-

tré puis on laisse le milieu réactionnel sous agitation à 20 C environ durant 1 h. On ajoute ensuite lentement ,1 g (79 mmol) de cyanate de sodium, puis on laisse le milieu sous agitation à 20 C durant 10 h environ. Après élimination des sels formés par filtration, on concentre à le milieu réactionnel par évaporation sous pression réduite, puis on recristallise le produit obtenu dans le méthanol.

On recueille ainsi 11,3 g de 2-isopropyl-2-carboxa-

mide carbazate de méthyle (rendement 85 %), produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de

masse, dont le point de fusion est 161 C.

Exemple 2 Synthèse de 2-isopropyl-2-carboxamide car-

bazate d'éthyle.

A 50 g (343 mmol) de 2-isopropyl carbazate d'éthyle, on ajoute 39 g d'eau et 80 g d'éthanol. On

coule ensuite, à 5 C, 10,5 ml d'acide sulfurique concen-

tré puis on laisse le milieu réactionnel sous agitation à 20 C environ pendant 1 h. On ajoute ensuite lentement ,7 g (395 mmol) de cyanate de sodium, puis on laisse le milieu sous agitation entre 20 C et 75 C durant 10 h environ. Apres filtration des sels formés, on concentre le milieu réactionnel par évaporation sous pression réduite, puis on recristallise le produit obtenu dans l'éthanol.

On recueille ainsi 36,3 g (rendement 73 %) de 2-

isopropyl-2-carboxamide carbazate d'éthyle, produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de

masse, dont le point de fusion est 185-187 C.

Exemple 3 Synthèse du 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-

triazole (ou 1-isopropylurazole) à partir du 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate de

méthyle.

Dans 50 ml d'une solution aqueuse 4 N de potasse,

on introduit, à 20 C, 17,5 g (0,1 mol) de 2-isopropyl-2-

carboxamide carbazate de méthyle obtenu selon l'exem-

ple 1. On porte le milieu réactionnel à 95 C puis on maintient cette température pendant 40 min. On neutralise ensuite le milieu, à 20 C, par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique 12 N. Apres concentration du milieu par évaporation sous pression

réduite et chauffage à 50 C environ, on extrait le pro-

duit recherché avec du méthanol. Un refroidissement à 0 C de la phase méthanolique permet de recueillir, par précipitation, 11,2 g (rendement 78 %) de 1-isopropylurazole, produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de masse,

dont le point de fusion est 186 C.

Exemple 4 Synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-

chloro-1,2,4-triazole en milieu solvant

organique et en présence de 5-éthyl-a-

picoline comme catalyseur.

On mélange, à 20 C environ, 1,05 g (7,1 mmol) de 1-

isopropylurazole obtenu selon l'exemple 3, 21,3 g

(0,14 mol) de POCl3, 0,2 g (1,6 mmol) de 5-éthyl-a-pico-

line et 80 g d'orthodichlorobenzène. On chauffe le milieu réactionnel 24 h entre 160 et 170 C, puis on isole le produit recherché par chromatographie sur

colonne de silice avec élution par le dichlorométhane.

On recueille ainsi 0,30 g (rendement 26 %) de 1-iso-

propyl-3-hydroxy-5-chloro-l,2,4-triazole, composé solide identifié par spectrométries RMN 1H, RMN l3C et de masse,

dont le point de fusion est 105,5 C.

Par ailleurs, une recherche de 1-isopropyl-3-chloro-5-

hydroxy-1,2,4-triazole dans le milieu réactionnel s'est

révélée négative.

On a, parallèlement à cet exemple 4 selon

l'invention, réalisé un exemple comparatif sans 5-éthyl-

a-picoline, toutes autres conditions rigoureusement

identiques par ailleurs. On constate que le milieu réac-

tionnel ne contient pas de 1-isopropyl-3-hydroxy-5-

chloro-1,2,4-triazole. Cet exemple comparatif, qui ne fait pas partie de l'invention, met bien en évidence la

nécessité de la présence du catalyseur azoté.

Exemple 5 Synthèse du 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine. A 251 g d'une solution aqueuse d'isopropylhydrazine à 15,1 % (soit 51,2 mmol d'isopropylhydrazine) refroidie

à 0 C, on ajoute goutte à goutte, en maintenant la tem-

pérature à 0 C, 2,87 g (28,2 mmol) d'acide sulfurique

concentré puis 3,56 g (54,7 mmol) de cyanate de sodium.

On maintient le milieu réactionnel sous agitation à 20 C environ pendant 14 h, puis on le filtre. On concentre

ensuite la phase liquide issue de la filtration par éva-

poration sous pression réduite, puis on recristallise le

produit obtenu dans l'éthanol.

On obtient ainsi 4,1 g (rendement 69 %) de 1-iso-

propyl-l-carboxamide hydrazine, composé solide blanc identifié par spectrométries IR, RMN 1H, RMN 13C et de masse. Exemple 6 Synthèse du 1-isopropylurazole à partir du

1-isopropyl-l-carboxamide hydrazine.

Dans 50 ml de toluène, on met en suspension 1,1 g (27,5 mmol) d'oxyde de magnésium et 3 g (25,6 mmol) de 1-isopropyl-l-carboxamide hydrazine obtenue selon l'exemple 5. On refroidit à 0 C puis on ajoute, à 0 C, ,15 g (52 mmol) de phosgène gazeux. On chauffe à 35 C, puis après élimination de l'excès de phosgène, on concentre le milieu par évaporation sous pression

réduite. On isole ensuite le produit recherché par chro-

matographie sur colonne de silice avec élution par un mélange méthanolchloroforme, respectivement 1/9 en volumes.

On obtient ainsi 1,8 g (rendement 50 %) de 1-iso-

propylurazole, produit solide identifié par spectro-

métries IR, RMN 1H et de masse, dont le point de fusion

est 184 C.

Exemple 7 Synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-

chloro-1,2,4-triazole en milieu solvant

organique et en présence de 5-éthyl-a-

picoline comme catalyseur.

On mélange, à 20 C environ, 1,05 g (7,1 mmol) de 1-

isopropylurazole obtenu selon l'exemple 6, 3,15 g (14 ml) de POCl3, 0,1 g (0,8 mmol) de 5-éthyl-a-picoline et 50 g d'orthodichlorobenzène. On chauffe le milieu réactionnel 36 h entre 160 C et 170 C, puis on isole le produit recherché par chromatographie sur colonne de

silice avec élution par le dichlorométhane.

On recueille ainsi 0,25 g (rendement 21,5 %) de 1-

isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole, identifié par spectrométries IR, RMN 1H, RMN 13C et de masse, dont

le point de fusion est 105 C.

Claims (15)

Revendications

1. Procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halo-

géno-l,2,4-triazoles caractérisé en ce qu'on fait réagir un 1-alkyl-3, 5-dioxo-1,2,4-triazole avec un agent halo- génant de type ionique, en présence d'un catalyseur azoté choisi dans le groupe constitué par les amines

tertiaires et leurs halogénohydrates, les amines hétéro-

cycliques et leurs halogénohydrates et par les amides

N,N-disubstitués.

2. Procédé de synthèse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur azoté est choisi dans le groupe constitué par les amines tertiaires, les

amines hétérocycliques et les amides N,N-disubstitués.

3. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les

amines hétérocycliques sont des amines hétérocycliques

aromatiques.

4. Procédé de synthèse selon la revendication 3,

caractérisé en ce que les amines hétérocycliques aroma-

tiques sont des pyridines.

5. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le

catalyseur azoté est la 5-éthyl-a-picoline.

6. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que

l'agent halogénant de type ionique est un agent chlorant

ou un agent bromant, de préférence POC13.

7. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le

groupement 1-alkyle comporte 1 à 6 atomes de carbone, de

préférence 1 à 4 atomes de carbone.

8. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que la

température de réaction est comprise entre 90 C et 250oC.

9. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on uti-

lise un excès d'agent halogénant de type ionique.

10. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on uti-

lise entre 0,1 % et 50 % molaire de catalyseur azoté par

rapport au 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole.

11. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on syn-

thétise le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-l,2,4-triazole par réaction du 1-isopropyl-3,5-dioxo-l,2,4-triazole

avec un agent chlorant de type ionique.

12. Procédé de synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-

chloro-1,2,4-triazole selon la revendication 11, carac-

térisé en ce que le 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole

est obtenu par cyclisation, en milieu basique, d'un 2-

isopropyl-2-carboxamide carbazate d'alkyle.

13. Procédé de synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-

chloro-1,2,4-triazole selon la revendication 11, carac-

térisé en ce que le 1-isopropyl-3,5-dioxo-l,2,4-triazole

est obtenu par phosgénation de la 1-isopropyl-1-carboxa-

mide hydrazine.

14. 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine.

15. 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle.