WO2014096042A1 - Procede de synthese des hydrazines endocycliques - Google Patents

Procede de synthese des hydrazines endocycliques Download PDF

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WO2014096042A1
WO2014096042A1 PCT/EP2013/077154 EP2013077154W WO2014096042A1 WO 2014096042 A1 WO2014096042 A1 WO 2014096042A1 EP 2013077154 W EP2013077154 W EP 2013077154W WO 2014096042 A1 WO2014096042 A1 WO 2014096042A1
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WO
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formula
carried out
hydrazine
reaction
diamine
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/077154
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English (en)
Inventor
Ahmad EL HAJJ
Henri Delalu
Anne-Julie Bougrine
Christiane PHILIPPE
Original Assignee
Isochem
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Universite Claude Bernard Lyon 1
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Filing date
Publication date
Application filed by Isochem, Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs), Universite Claude Bernard Lyon 1 filed Critical Isochem
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D207/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D207/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D207/04—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D207/06—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with radicals, containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D211/00—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings
    • C07D211/02—Preparation by ring-closure or hydrogenation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D211/00—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings
    • C07D211/04—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D211/06—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D211/08—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals directly attached to ring carbon atoms

Definitions

  • the present invention relates to a method of synthesizing a hydrazine endocyciique, continuously or in batch, by reaction of a polyamine with an oxidizing agent such as sodium hypochlorite or calcium hypochlorite, followed by catalytic hydrogenation .
  • an oxidizing agent such as sodium hypochlorite or calcium hypochlorite
  • pyrazolidine PYRZ
  • pyrazolidine PYRZ
  • a precursor of antidiabetic, anti-inflammatory and antibiotic drugs It is also an intermediate for the synthesis of cosmetic products, such as pigments and dyes.
  • Hexahydropyridazine is a synthetic intermediate providing access to heterocyclic molecules containing a hexahydropyridazine moiety. These heterocyclic molecules containing a hexahydropyridazine unit may for example be used as a herbicide.
  • EP 0850930 discloses a process for synthesizing pyrazolidine by hydrazine alkylation. This process comprises reacting hydrazine hydrochloride with hydrochloric acid, to which 1,3-propanediol is added, and then extracting the hydrazine formed as dihydrochloride.
  • This method has two major disadvantages: the use of hydrazine, which is a costly and toxic reagent, and the formation of a secondary product in significant amounts (tetrahydro-1H-5H-pyrazolo [1,2-a] ] pyrazole).
  • the pyrazolidine is then obtained after distillation followed by crystallization.
  • This synthetic route has several disadvantages: slow reaction (10 to 12 days), step of preparation of reagent ⁇ , ⁇ '-diaryl-1,3-propanediamine binding, use of several solvents resulting in additional steps of extraction and purification and obtaining a low yield of pyrazolidine (45%).
  • 1-pyrazoline has also been implemented by McGreer et al. (McGreer, D.E. et al., Pyrazolines.6 Stereochemistry in Pyrolysis of Pyrazolines for C3 and C5 Positions of Pyrazoline Molecule, Canadian Journal of Chemistry, 1965, 43 (5), 1407). It consists of reacting diazomethane with an alkene. The reaction is very slow, with a low yield (30%). In addition, 1-pyrazoline is unstable and decomposes readily to give nitrogen and cyclopropane. This method can not therefore be used with advantage for the synthesis of alkylpyrazolines.
  • the subject of the present invention is a process for the synthesis of an endocyclic hydrazine of formula (I) below:
  • n represents an integer selected from 0 to 1
  • R 3 and R 4 independently of one another a hydrogen atom, an alkyl radical CC 6 or an aralkyl radical, in iequel the alkyl chain is CC 2 and the aryl moiety is selected from phenyl or naphthyl, with the proviso that when one of the radicals R 1 R 2 , R 3 or R 4 represents an alkyl radical comprising more than three carbon atoms, then the other radicals represent a hydrogen atom,
  • step b) catalytic hydrogenation of the oxidation products obtained at the end of step a) to yield the hydrazine of formula (I);
  • Ci-Ce alkyl is meant, in the sense of the present invention, a saturated hydrocarbon chain, linear or branched, having from 1 to 6 carbon atoms. It may be in particular methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, 1-methyl-ethyl butyl, 1-methyl-propyl, 2-methyl-propyl, pentyl, hexyl, 1-methyl-butyl, methyl-pentyl, 2-methyl-butyl, 2-methyl-pentyl, 3-methyl-butyl, 3-methyl-pentyl, 4-methyl-pentyl or 1-ethyl-propyl, 1-ethyl-butyl, 2-ethyl- butyl.
  • aralkyl is meant in the sense of the present invention, a C 1 -C 2 alkyl radical terminally substituted by a phenyl or naphthyl group.
  • aralkyl radicals include benzyl, phenylethyl, naphthylmethyl, naphthylethyl radicals.
  • addition salts of a compound is understood to mean the acid addition salts formed with inorganic acids such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, sulfuric acid, and the like. nitric acid, phosphoric acid and the like; or formed with organic acids such as acetic acid, benzenesulfonic acid, benzoic acid, camphorsulfonic acid, citric acid, ethanesulfonic acid, fumaric acid, glucoheptonic acid, gluconic acid, glutamic acid, glycolic acid, hydroxynaphthoic acid, 2-hydroxyethanesulfonic acid, lactic acid, maleic acid, malic acid, mandelic acid, acid methanesulfonic acid, muconic acid, 2-naphthalenesulfonic acid, propionic acid, salicylic acid, succinic acid, dibenzoyl-L-tartaric acid, tartaric acid, p-toluen
  • the preferred addition salts are the salts formed from hydrochloric acid, trifluoroacetic acid, dibenzoyl-L-tartaric acid and phosphoric acid.
  • the term "hydrazine of formula (I)” refers to the compounds of formula (I) and / or their salts.
  • n represents an integer selected from 0 to 1
  • R 1 > f3 ⁇ 4 > R 3 and R 4 represent, independently of one another, a hydrogen atom, a CC 6 alkyl radical or an aralkyl radical, in which the alkyl chain is in the form of dC 2 and the aryl group is chosen from phenyl or naphthyl, with the proviso that when one of the radicals R 1; R 2 , R 3 or R 4 represents an alkyl radical comprising more than three carbon atoms, while the other radicals represent a hydrogen atom,
  • radicals R 2 , R 3 and R 4 represent a hydrogen atom
  • at least three of the radicals R 2 , R 3 and R 4 represent an atom of hydrogen.
  • the radical or the radicals which do not represent a hydrogen atom is (are) an alkyl radical CC 6 , advantageously C 1 -C 3 .
  • all the radicals R 1 R 2 , R 3 and R 4 represent a hydrogen atom.
  • radicals R 1, R 2 and R 3 represent a hydrogen atom
  • at least two of the radicals R 1 R 2 and R 3 represent an atom hydrogen.
  • the radical or radicals which do not represent a hydrogen atom is (are) a C 1 -C 6 alkyl radical, advantageously C1-C3. Even more advantageously, all the radicals R 1, R 2 and R 3 represent a hydrogen atom.
  • the method for synthesizing the hydrazine of formula (I) firstly comprises the reaction between a diamine of formula (II) below:
  • n an integer selected from 0 to 1 and Ri, R 2 , R 3 and R 4 being as defined above,
  • an oxidizing agent selected from hypochlorous acid salts.
  • the oxidizing agent is added to the diamine of formula (II), preferably dropwise.
  • R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms).
  • the reaction between the diamine of formula (II) and the oxidizing agent is preferably carried out in a stoichiometric condition.
  • the molar ratio of the oxidizing agent to the diamine of formula (II) is equal to 2.
  • Stoichiometric conditions are preferred to avoid the formation of by-products and thus facilitate the continuation of the synthesis process.
  • one of the reagents may be in slight excess.
  • the molar ratio of the oxidizing agent to the diamine of formula (II) can vary from 2 to 2.05.
  • the molar ratio of the oxidizing agent to the diamine of formula (II) varies from 2 to 2.05, preferably equal to 2.
  • the reaction is carried out in an aqueous reaction medium.
  • the aqueous reaction medium may consist exclusively of water or it may comprise a mixture of water and organic solvent.
  • the organic solvent is chosen from water-soluble solvents so as to form a single-phase aqueous reaction medium.
  • the organic solvent may be chosen from methanol, ethanol, butanol, isopropanol or ethylene glycol.
  • the aqueous reaction medium consists exclusively of water.
  • a reaction medium comprising exclusively water has economic and environmental advantages.
  • the oxidizing agent is chosen from hypochlorous acid salts.
  • the oxidizing agent is chosen from sodium hypochlorite and calcium hypochlorite.
  • the oxidizing agent is typically used in the form of an aqueous solution, preferably an aqueous solution containing between 48 and 55 degree chlorometric.
  • the oxidizing agent is preferably added dropwise, more particularly with a flow rate of 3 to 4 ml per minute.
  • the diamine of formula (II) can be used in the form of an aqueous solution or in anhydrous form.
  • the use of the diamine of formula (II) in the form of an aqueous solution is preferred since this form leads to obtaining better yields for this step a). Indeed, when the hypochlorous acid salt is added slowly to the diamine of formula (II) anhydrous, side reactions are observed in the first minutes of the reaction. These side reactions are due to the absence of water in the reaction medium. The yield loss is of the order of 1% to 5%.
  • the diamine of formula (II) is thus preferably used in the form of an aqueous solution having a mass content ranging from 20 to 100%, preferably from 30 to 60% or very particularly from 36%. When the diamine is used in the form of an aqueous solution, the water of this aqueous solution may constitute the reaction medium.
  • Step a) leads to the formation of oxidation products.
  • oxidation products are designated the product directly obtained during the reaction between the diamine of formula (II) and the oxidizing agent, or the isomers of constitution of this product which may possibly form or their mixtures. Indeed, during reaction between the diamine of formula (II) and the oxidizing agent, an oxidation product is formed. This oxidation product can then be spontaneously converted into one or more isomers of constitution.
  • the crude reaction product may comprise the oxidation product, one or more isomers of this oxidation product or their mixtures.
  • the oxidation products obtained at the end of step a) can include 1-pyrazoline, 2-pyrazoline and mixtures thereof, 2-pyrazoline resulting from the spontaneous isomerization of 1-pyrazoline.
  • the yield of step a) is advantageously greater than 80%.
  • step a) is especially greater than 90% when the diamine of formula (II) is 1,3-diaminopropane.
  • the process for synthesizing the hydrazine of formula (I) subsequently comprises a catalytic hydrogenation of the oxidation products obtained at the end of step a) (step b).
  • the catalytic hydrogenation is typically carried out on the crude reaction product obtained at the end of step a), that is to say without isolation and / or purification of the oxidation products obtained.
  • the crude reaction product may comprise a mixture of isomers of constitution.
  • the crude reaction may comprise a mixture of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline.
  • 2-pyrazoline results from the spontaneous conversion of 1-pyrazoline formed during the reaction between 1,3-diaminopropane and the oxidizing agent.
  • the catalytic hydrogenation can be carried out on the mixture of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline. It is therefore not necessary to wait for a total conversion of 1-pyrazoline to 2-pyrazoline for catalytic hydrogenation. It is even preferably carried out on the mixture of isomers of constitution. Since step a) is typically carried out in an aqueous reaction medium, preferably in water, the catalytic hydrogenation is therefore also generally carried out in an aqueous medium, preferably in water.
  • the catalytic hydrogenation is carried out after isolation and / or purification of the oxidation product (s) at the end of step a). Isolation can be achieved by demixing. The demixing may be carried out as described below (see step c)), for example by adding sodium hydroxide to the crude reaction product obtained at the end of step a). The catalytic hydrogenation is then carried out in an organic reaction medium.
  • the catalyst employed is generally chosen from Raney nickel, rhodium on carbon, palladium on carbon, platinum or mixtures thereof, such as a palladium and platinum mixture.
  • Raney nickel and rhodium on charcoal are preferred over other catalysts since they lead to better yields. Indeed, yields quantitative (100%, in all cases greater than 95%) are obtained with Raney nickel and rhodium on charcoal whereas palladium on charcoal leads to yields of around 70%, platinum at yields of 75 to 85% and platinum / palladium mixtures in yields of the order of 70 to 80%.
  • the amount of catalyst present in the reaction medium typically varies from 1 to 100% by weight, preferably from 3 to 10% by weight, relative to the total weight of the products obtained at the end of step a).
  • the amount of catalyst is preferably 5% by weight relative to the total weight of the products obtained at the end of step a).
  • the mass of the products obtained at the end of step a) can be determined by analytical methods well known to those skilled in the art, such as by GC / MS or GC TCD analysis.
  • the catalytic hydrogenation can be carried out at a selected temperature over a wide temperature range, such as from 10 to 80 ° C, preferably from 25 to 80 ° C.
  • the catalytic hydrogenation is carried out at a temperature ranging from 50 to 60 ° C, or even 60 ° C.
  • Hydrogen pressure is not critical. It can thus vary within important limits, such as from 1 to 65 bar, or preferably from 5 to 50 bar. In some embodiments, the hydrogen pressure is 35 bar.
  • the hydrogen pressure employed typically varies depending on the equipment used to carry out the hydrogenation.
  • the duration of step b) varies depending on the catalyst used, the hydrogen pressure, the reaction temperature and / or the equipment used.
  • the reaction time of step b) typically ranges from 3 to 72 hours. Reaction times of 3 to 4 hours are particularly advantageous.
  • the hydrazine of formula (I) is then isolated from the reaction medium.
  • the hydrazine of formula (I) can be isolated by means of extraction with an organic solvent.
  • the organic solvent may be chosen from n-butanol, heptanol, 1-octanol, 1-heptanol, dichloromethane, methylacetate or tetrahydrofuran.
  • Sodium hydroxide may optionally be added to the organic solvent to facilitate the passage of the hydrazine of formula (I) into the organic phase.
  • the extraction yield by this method is of the order of 80%.
  • the hydrazine of formula (I) can also be isolated by carrying out a step C1) of demixing the reaction medium obtained after catalytic hydrogenation followed by a step c2) of isolating the hydrazine of formula (I) contained in the phase organic after demixing the reaction medium.
  • the demixing is carried out by adding sodium hydroxide to the reaction mixture with stirring.
  • the sodium hydroxide is added in an amount that makes it possible to reach a mass content, in the reaction medium, of sodium hydroxide of 20 to 30%, typically 25%.
  • Sodium hydroxide can be added in solid form or in the form of an aqueous solution. The addition in the form of an aqueous solution of sodium hydroxide, preferably of 40 to 50% by weight, is preferred to avoid problems of exothermicity.
  • the demixing of the reaction medium into a lighter organic phase and a heavier aqueous phase is carried out spontaneously after stopping the stirring.
  • the demixing is typically carried out at a temperature of from 15 ° C to 50 ° C. It is preferably carried out at a temperature of 20 ° C.
  • the demixing is typically carried out under an inert atmosphere, in particular under argon or under nitrogen.
  • the organic phase containing the hydrazine of formula (I) is collected.
  • This method is particularly advantageous since it leads to extraction yields of the order of 90%.
  • the hydrazine of formula (I) is then isolated from the organic phase collected (step c2)).
  • This isolation can be done, for example, by precipitation in the form of salts, such as a hydrochloride salt by addition of hydrochloric acid to the collected organic phase.
  • the isolation can be done by distillation under reduced pressure of the organic phase obtained following step c1). In order to avoid dry distillation, it is possible to use a heavy solvent having a higher boiling point than that of the hydrazine of formula (I).
  • the yield of the distillation step is typically greater than 75%.
  • the hydrazine of formula (I) isolated can then be purified by purification techniques well known to those skilled in the art. For example, further distillation under reduced pressure can be performed.
  • the hydrazine of formula (I) thus obtained will preferably be stored under an inert atmosphere, in particular under argon or under nitrogen, in order to avoid any oxidation reaction of the latter in the presence of oxygen.
  • the process of the present invention is particularly advantageous for preparing endocyclic hydrazines of formulas:
  • Hydrazines of formula (P) are generally known as pyrazolidine.
  • the process for synthesizing the hydrazine of formula (P) thus comprises the reaction, preferably in a stoichiometric condition, of 1,3-diaminopropane with a hypochlorous acid salt, such as sodium hypochlorite or sodium hypochlorite. calcium, in an aqueous reaction medium (step a)).
  • the aqueous reaction medium is preferably composed exclusively of water.
  • This step a) leads to the formation of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline.
  • the 1,3-diaminopropane is used in the form of an aqueous solution having a mass content ranging from 20 to 100%, even more advantageously ranging from 30 to 60%, and preferably about 36%. .
  • 1,3-diaminopropane in anhydrous form.
  • 1,3-diaminopropane in anhydrous form causes a slight decrease in the yield of 1 and 2-pyrazoline of the order of 1 to 3%, with the formation of secondary products which precipitate.
  • hypochlorous acid salt especially sodium hypochlorite
  • aqueous solution containing between 48 and 55 degree chlorometric.
  • the molar ratio of the hypochlorous acid salt, more particularly sodium hypochlorite, to 1,3-diaminopropane is equal to 2.
  • the method for synthesizing the hydrazine of formula (P) comprises a catalytic hydrogenation of the crude reaction product obtained at the end of step a) in the presence of a suitable catalyst.
  • the reaction crude typically comprises a mixture of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline.
  • This catalytic hydrogenation leads to the formation of the hydrazine of formula (P).
  • the catalytic hydrogenation is preferably carried out in an aqueous medium. This aqueous medium is preferably exclusively composed of water.
  • the catalyst may advantageously be chosen from rhodium on carbon or Raney nickel.
  • the hydrogenation of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline is complete when one of these two catalysts is employed.
  • the catalyst is present in the reaction mixture in a proportion of about 1 to 100% by weight, in particular 5 to 10% by weight, relative to the total weight of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline.
  • the catalytic hydrogenation can be carried out over a wide temperature range, such as from 10 to 80 ° C, preferably from 25 to 80 ° C. Temperatures ranging from 50 to 60 ° C have proved particularly advantageous.
  • the hydrogen pressure can vary within important limits, such as from 1 to 65 bar, preferably from 5 to 50 bar.
  • the hydrogen pressure may in particular be 35 bars.
  • the reaction time may vary depending on the catalyst used, the hydrogen pressure, the reaction temperature and the equipment used. It can be, for example, from three hours to 72 hours. Reaction times of about three to four hours are advantageous.
  • the catalytic hydrogenation is carried out at a temperature of 60 ° C under a pressure of 35 bar using rhodium on carbon or Raney nickel as catalyst. Under these conditions, the reaction is complete.
  • the hydrazine of formula (P) is then isolated from the reaction medium and can be purified.
  • a demixing of the reaction medium obtained at the end of the catalytic hydrogenation step by adding sodium hydroxide with stirring is carried out (step c1)).
  • Sodium hydroxide is added in an amount which makes it possible to reach a sodium hydroxide mass content of 20 to 30%, typically 25%, in the reaction medium.
  • the sodium hydroxide used is preferably in the form of an aqueous solution to avoid problems related to exothermicity.
  • the aqueous sodium hydroxide solution preferably has a mass content of between 40 and 50%.
  • the demixing is typically carried out at a temperature of from 15 ° C to 50 ° C. It is preferably carried out at a temperature of about 20 ° C. It is preferably carried out under an inert atmosphere, in particular under argon or under nitrogen, to avoid any oxidation reaction of the pyrazolidine in the presence of oxygen.
  • the organic phase, rich in pyrazolidine, is collected. The yield of this step is typically 78%.
  • the hydrazine is isolated from the organic phase obtained in the preceding step Cl) (step c2)). It can then be optionally purified.
  • the step of isolating and purifying the hydrazine is carried out by distillation under reduced pressure.
  • the pyrazolidine thus obtained is preferably stored under an inert atmosphere, in particular under argon or under nitrogen, to avoid any oxidation reaction of the latter in the presence of oxygen. Distillation under reduced pressure gives a yield of 78%.
  • the pyrazolidine obtained by the process of the invention will advantageously have a purity greater than 98%, advantageously greater than 98.3%.
  • the process according to the invention makes it possible in 4 steps a), b), c1) and c2) to obtain an overall yield of 65%.
  • the inventors have thus developed an alternative to the processes for synthesizing hydrazines described in the prior art, and have developed a method for synthesizing endocyclic hydrazines using inexpensive reagents (such as, for example, 1,3-diaminopropane, 1,3-diaminobutane and sodium hypochlorite or calcium hypochlorite), which can be carried out in water, without an organic solvent, with quasi-quantitative yields in the reactors (yield of pyrazolidine: 93%) and at a temperature of close to room temperature (25 ° C).
  • inexpensive reagents such as, for example, 1,3-diaminopropane, 1,3-diaminobutane and sodium hypochlorite or calcium hypochlorite
  • the proposed extraction method is very advantageous thanks to the discovery of a miscibility gap in the isobaric H 2 O-NaOH-pyrazolidine ternary system. It thus makes it possible to separate the pyrazolidine in the form of a rich light organic phase containing 90% by weight by addition of sodium hydroxide.
  • the process developed by the inventors is versatile, flexible and versatile. This process is very suitable for traditional industrial sites of fine chemistry, and can therefore be implemented in these sites without difficulty. Finally, advantageously, the process can be implemented batchwise or continuously, with a minimum of unit operations.
  • Example 1 gives a detailed explanation of the implementation of the process of the invention applied to the synthesis of Pyrazolidine from an aqueous solution of 1,3-diaminopropane (specific weight: 36%) and an aqueous solution of sodium hypochlorite (50 degrees chlorometric).
  • the temperature during the addition of the sodium hypochlorite varies between 25 and 30 ° C.
  • the analysis of the reaction mixture by GC / MS and by UV gives a 93% total yield, ie 74% 1-pyrazoline and 18% 2-pyrazoline.On the reactor outlet, the reaction mixture consists of 4.12% g in 1-pyrz, 1.38% g. pyrz, 79.34% g water, 0.48% g NaOH, 14.26% g NaCl and 0.42% g by side product.
  • step (b) Catalytic hydrogenation of the 1 and the 2-pyrazoline and pyrazolidine formation: 180 mL of the reaction mixture obtained at the end of step (a) (m (1 and 2-Pyrz) - 10.92 g) are introduced into the hydrogenation reactor, in which 0.55 g of Rhodium on charcoal is added. The hydrogenation was carried out at 60 ° C under a pressure of 35 bar and for a period of 4 hours. GC / MS analysis of the reaction mixture shows that the hydrogenation of 1 and 2-pyrazoline is nearly complete.
  • the reaction mixture consists of 5.5% g of pyrazolidine, 79.34% of water, 0.48% g of NaOH, 14.26% g of NaCl, and 42% g as a secondary product.
  • the pyrazolidine thus obtained will preferably be stored under an inert atmosphere, in particular under argon or under nitrogen, to avoid any oxidation reaction of the latter in the presence of oxygen.
  • Pyrazolidine was obtained with a purity of 98.3% and a yield of 65% with respect to 1,3-diaminopropane.
  • Synthesis of pyrazolidine using anhydrous 1,3-diaminopropane It relates to the preparation of 1-pyrazoline and 2-pyrazoline from an anhydrous solution of DAP and an aqueous solution of sodium hypochlorite (50 degrees chlorometric).
  • Synthesis of pyrazolidine from calcium hypochlorite It relates to the preparation of 1 and 2-pyrazoline by the action of solid calcium hypochlorite on an aqueous solution of 1,3-diaminopropane (40% by weight).
  • Example 5 describes the implementation of the process of the invention applied the synthesis of hexahydropyridazine from an aqueous solution of 1,4-diaminobutane (10% to 80% by weight, preferably 40% by weight) and from an aqueous solution of sodium hypochlorite (48-55 degree chlorometric):
  • step (b) Catalytic hydrogenation of 3,4,5,6-tetrahydropyridazine and 1,4,5,6-tetrahydropyridazine and formation of hexahydropyridazine.
  • the hydrogenation was carried out at 60 ° C., at a pressure of 35 bar and for a period of 4 hours.
  • GC / MS analysis of the reaction mixture indicated a 40% yield of hexahydropyridazine.

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de synthèse d'une hydrazine endocyclique, en continu ou en batch, par réaction d'une diamine avec un agent oxydant, tel l'hypochlorite de sodium ou l'hypochlorite de calcium, suivie d'une hydrogénation catalytique. Le procédé est tout particulièrement adapté à la préparation de la pyrazolidine et de l'hexahydropyridazine.

Description

PROCEDE DE SYNTHESE DES HYDRA2INES ENDOCYCLIQUES
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de synthèse d'une hydrazine endocyciique, en continu ou en batch, par réaction d'une polyamine avec un agent oxydant, tel l'hypochlorite de sodium ou l'hypochlorite de calcium, suivie d'une hydrogénation catalytique.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Les dérivés des hydrazines endocycliques sont utilisés comme intermédiaires de synthèse dans différentes marchés de la chimie fine, notamment la pharmacie et la cosmétologie. En particulier, la pyrazolidine (PYRZ) est employée dans l'industrie pharmaceutique comme précurseur de médicaments antidiabétiques, anti-inflammatoires et antibiotiques. Elle constitue aussi un intermédiaire de synthèse de produits cosmétiques, tels que les pigments et les colorants.
L'hexahydropyridazine est un intermédiaire de synthèse donnant accès à des molécules hétérocycliques contenant un motif hexahydropyridazine. Ces molécules hétérocycliques contenant un motif hexahydropyridazine peuvent par exemple être utilisées en tant qu' herbicide.
La synthèse de la pyrazolidine a été décrite dans la littérature, mais elle ne répondait pas aux exigences des industriels, à savoir un procédé propre et une faisabilité au moindre coût. Le brevet EP 0850930 décrit un procédé de synthèse de la pyrazolidine par alkylation d'hydrazine. Ce procédé consiste à faire réagir le chlorhydrate d'hydrazine avec l'acide chlorhydrique, sur lequel on ajoute du 1 ,3-propanediol, puis à extraire l'hydrazine formée sous forme de dichlorhydrate. Cette méthode présente deux inconvénients majeurs : l'utilisation d'hydrazine, qui est un réactif coûteux et toxique, et la formation d'un produit secondaire en quantités non négligeables (tetrahydro-1 H-5H-pyrazolo-[1 ,2-a]pyrazole).
Une autre méthode de synthèse, faisant intervenir l'hydrazine comme réactif, a été développée par Brazier et al (Brazier J. B. et al., The alpha-effect in cyclic secondary aminés: new scaffolds for iminium ion accelerated transformations, Tetrahedron, 2009, 65 (48), 9961). Elle repose sur la protection de la fonction hydrazine par un groupement (C02Et), favorisant ainsi la formation de la pyrazolidine. Le rendement est de l'ordre de 80%. Cependant, cette voie de synthèse fait intervenir plusieurs étapes successives et un grand nombre de réactifs, d'où son caractère onéreux et une industrialisation difficilement envisageable.
La synthèse de la pyrazolidine par oxydation du N,N'-diaryl-1 ,3-diaminopropane par le dioxyde de manganèse a été étudiée par Martin (Martin B. D., Pyrazolidines. I. 1 ,2- diarylpyrazolidines, Graduate collège of the university of Illinois, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of science, 1959). Cette synthèse se déroule en deux étapes : formation, dans une première étape, du N,N'-diaryl-1 ,3-diaminopropane par action d'une aminé primaire sur le dibromopropane. La deuxième étape porte sur l'oxydation du N,N'-diaryl- ,3-diaminopropane par le dioxyde de manganèse. La pyrazolidine est ensuite obtenue après une distillation suivie d'une cristallisation. Cette voie de synthèse présente plusieurs inconvénients : réaction lente (10 à 12 jours), étape de préparation du réactif Ν,Ν'- diaryl-1 ,3-propanediamine contraignante, utilisation de plusieurs solvants entraînant des étapes supplémentaires d'extraction et de purification et obtention d'un faible rendement en pyrazolidine (45%).
La synthèse de la pyrazolidine par la voie Raschig est décrite dans la littérature (Luttringhaus A., Jander J. and Schneider R., Cyclic hydrazines from α,ω-diamines, Chem. Ber., 1959, 92, 1756-65). Ce procédé conduit à un rendement faible : la pyrazolidine est isolée par réaction avec le chlorure sulfonyle de benzène pour donner un dérivé avec un rendement de 33%. Le brevet US 4788293 décrit un procédé de synthèse de la 1 -pyrazoline. Ce procédé est très complexe puisqu'il fait intervenir simultanément deux oxydants, le peroxyde d'hydrogène et l'hypochlorite de sodium, en gros excès par rapport au 1 ,3-diaminopropane. De plus, l'obtention de la 2-pyrazoline nécessite une succession d'extraction par la quinoléine et une rectification finale.
La synthèse de la 1 -pyrazoline a également été mise en œuvre par McGreer et al. (McGreer D. E. et al., Pyrazolines .6. Stereochemistry in Pyrolysis of Pyrazolines for C3 and C5 Positions of Pyrazoline Molécule, Canadian Journal of Chemistry, 1965, 43 (5), 1407). Elle consiste à faire réagir le diazométhane sur un alcène. La réaction est très lente, avec un faible rendement (30%). De plus, la 1 -pyrazoline est instable et se décompose facilement pour donner de l'azote et du cyclopropane. Cette méthode ne peut donc pas être utilisée avec profit pour la synthèse d'alkylpyrazolines.
La synthèse de la 2-pyrazoline via l'hydrate d'hydrazine et l'acroléine a été décrite par Engel et Bodager (Engel P. S. and Bodager G. A., Photochemistry of azocyclopropane, J. Org. Chem., 1988, 53 (20), 4748-58). La réaction a lieu en milieu diphasique en présence d'éther éthylique. La phase aqueuse est ensuite séparée puis distillée, afin d'en éliminer l'eau et d'obtenir de la 2-pyrazoline pure. Cependant, le rendement est faible (60%).
Un besoin existe donc pour la mise au point d'un procédé de synthèse d'hydrazines endocycliques qui soit facile à mettre en oeuvre, versatile, économique, respectueux de l'environnement et qui puisse convenir à la préparation à l'échelle industrielle de ces composés.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé de synthèse d'une hydrazine endocyclique de formule (I) suivante :
Figure imgf000004_0001
dans laquelle n représente un nombre entier choisi entre 0 et 1 ,
Ri, R2. R3 et R4 représentent indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène, un radical alkyle en C C6 ou un radical aralkyle, dans iequel la chaîne alkyle est en C C2 et le groupement aryle est choisi parmi phényle ou naphtyle, à la condition que lorsque un des radicaux R^ R2, R3 ou R4 représente un radical alkyle comprenant plus de trois atomes de carbone alors les autres radicaux représentent un atome d'hydrogène,
et de ses sels d'addition
ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) réaction entre une diamine de formule (II) suivante :
(II) NH2-CHR1-CHR2-CHR3-(CHR4)n-NH2
avec n représentant un nombre entier choisi entre 0 et 1 et , R2, R3 et R4 représentant indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène, un radical alkyle en C C6 ou un radical aralkyle dans lequel la chaîne alkyle est en C^-C2 et le groupement aryle est choisi parmi un phényle ou naphtyle, à la condition que lorsque un des radicaux R^ R2, R3 ou R4 représente un radical alkyle comprenant plus de trois atomes de carbone alors les autres radicaux représentent un atome d'hydrogène, et un agent oxydant choisi parmi les sels d'acide hypochloreux dans un milieu réactionnel aqueux, à une température variant de 50°C à 60°C lorsque n=1 ;
b) hydrogénation catalytique des produits d'oxydation obtenus à l'issue de l'étape a) pour conduire à l'hydrazine de formule (I) ;
c) isolement de l'hydrazine de formule (I).
DEFINITIONS
Par « Ci-Ce alkyle », on entend, au sens de la présente invention, une chaîne hydrocarbonée saturée, linéaire ou ramifiée, comportant de 1 à 6 atomes de carbones. Il peut s'agir en particulier des groupes méthyle, éthyle, n-propyle, isopropyle, 1 -méthyl-éthyle butyle, 1 - méthyl-propyle, 2-méthyl-propyle, pentyle, hexyle, 1 -méthyl-butyle, 1-méthyl-pentyle, 2- méthyl-butyle, 2-méthyl-pentyle, 3-méthyl-butyle, 3-méthyl-pentyle, 4-méthyl-pentyle ou 1 - éthyl-propyle, 1 -éthyl-butyle, 2-éthyl-butyle.
Par « aralkyle », on entend au sens de la présente invention, un radical alkyle en C^-C2 substitué en position terminale par un groupement phényle ou naphtyle. Des exemples de radicaux aralkyles incluent les radicaux benzyle, phenylethyle, naphthylmethyle, naphthylethyle.
Dans la présente invention, on entend désigner par « sels d'addition » d'un composé les sels d'addition d'acide formés avec des acides inorganiques tels que l'acide chlorhydrique, l'acide bromhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide phosphorique et similaires ; ou formés avec des acides organiques tels que l'acide acétique, l'acide benzènesulfonique, l'acide benzoïque, l'acide camphresulfonique, l'acide citrique, l'acide éthane-sulfonique, l'acide fumarique, l'acide glucoheptonique, l'acide gluconique, l'acide glutamique, l'acide glycolique, l'acide hydroxynaphtoïque, l'acide 2-hydroxyéthanesulfonique, l'acide lactique, l'acide maléique, l'acide malique, l'acide mandélique, l'acide méthanesulfonique, l'acide muconique, l'acide 2-naphtalènesulfonique, l'acide propionique, l'acide salicylique, l'acide succinique, l'acide dibenzoyl-L-tartrique, l'acide tartrique, l'acide p-toluènesulfonique, l'acide triméthylacétique, l'acide triflu oroacétique et similaires. Les sels d'addition préférés sont les sels formés à partir d'acide chlorhydrique, d'acide trifluoroacétique, d'acide dibenzoyl-L- tartrique et d'acide phosphorique. Dans la description de la présente invention, le terme « hydrazine de formule (I) » désigne les composés de formule (I) et/ou leurs sels.
Dans la description de la présente invention, les rendements indiqués sont des rendements molaires.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de synthèse d'une hydrazine endocyclique de formule (I) suivante :
Figure imgf000006_0001
dans laquelle n représente un nombre entier choisi entre 0 et 1 ,
Ri > f¾> R3 et R4 représentent indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène, un radical alkyle en C C6 ou un radical aralkyle, dans lequel la chaîne alkyle est en d-C2 et le groupement aryle est choisi parmi phényle ou naphtyle, à la condition que lorsque un des radicaux R1 ; R2, R3 ou R4 représente un radical alkyle comprenant plus de trois atomes de carbone alors les autres radicaux représentent un atome d'hydrogène,
et de ses sels d'addition. Dans une variante préférée, lorsque n=1 , au moins deux des radicaux R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène, plus avantageusement au moins trois des radicaux R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène. Dans ces conditions, le radical ou les radicaux qui ne représente(nt) pas un atome d'hydrogène est (sont) un radical alkyle en C C6, avantageusement en C1-C3. Encore plus avantageusement, tous les radicaux R^ R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène.
Dans une variante préférée, lorsque n=0, au moins un des radicaux R-,, R2, et R3 représentent un atome d'hydrogène, plus avantageusement au moins deux des radicaux R^ R2, et R3 représentent un atome d'hydrogène. Dans ces conditions, le radical ou les radicaux qui ne représente(nt) pas un atome d'hydrogène est (sont) un radical alkyle en CrC6, avantageusement en C1-C3. Encore plus avantageusement, tous les radicaux R1 t R2, et R3 représentent un atome d'hydrogène.
Etape a)
Le procédé de synthèse de l'hydrazine de formule (I) comprend tout d'abord la réaction entre une diamine de formule (II) suivante :
(II) NH2-CHR CHR2-CHR3-(CHR4)n-NH2
avec n représentant un nombre entier choisi entre 0 et 1 et Ri , R2, R3 et R4 étant tels que définis précédemment,
et un agent oxydant choisi parmi les sels d'acide hypochloreux.
Typiquement, l'agent oxydant est ajouté sur la diamine de formule (II), de préférence au goutte à goutte.
La diamine de formule (II) peut être telle que n=0 et
Figure imgf000007_0001
et R3=H.
De préférence, la diamine de formule (II) est le 1 ,3-diaminopropane (n=0 et et R^ R2 et R3 sont des atomes d'hydrogène) ou le 1 ,4-diaminobutane (n=1 et Ri , R2, R3 et R4 sont des atomes d'hydrogène).
La réaction entre la diamine de formule (II) et l'agent oxydant est de préférence réalisée en condition stœchiométrique. Ainsi, de manière avantageuse, le rapport molaire de l'agent oxydant sur la diamine de formule (II) est égal à 2. Des conditions stœchiométriques sont préférées pour éviter la formation de produits secondaires et ainsi faciliter la suite du procédé de synthèse. Cependant dans certains modes de réalisation, l'un des réactifs peut être en léger excès. Par exemple, le rapport molaire de l'agent oxydant sur la diamine de formule (II) peut varier de 2 à 2.05. Ainsi, dans certains modes de réalisation, le rapport molaire de l'agent oxydant sur la diamine de formule (II) varie de 2 à 2.05, de préférence est égal à 2. La réaction est réalisée dans un milieu réactionnel aqueux. Le milieu réactionnel aqueux peut être constitué exclusivement d'eau ou il peut comprendre un mélange d'eau et de solvant organique. Le solvant organique est choisi parmi les solvants solubles dans l'eau de manière à former un milieu réactionnel aqueux monophasé. Le solvant organique peut être choisi parmi le méthanol, l'éthanol, le butanol, l'isopropanol ou l'éthylène glycol. De préférence, le milieu réactionnel aqueux est constitué exclusivement d'eau. Un milieu réactionnel comprenant exclusivement de l'eau présente des avantages sur le plan économique et environnemental. L'agent oxydant est choisi parmi les sels d'acide hypochloreux. De préférence, l'agent oxydant est choisi parmi l'hypochlorite de sodium et l'hypochlorite de calcium. L'agent oxydant est typiquement utilisé sous forme d'une solution aqueuse, de préférence une solution aqueuse titrant entre 48 et 55 degrés chlorométriques. L'agent oxydant est de préférence ajouté au goutte à goutte, plus particulièrement avec un débit de 3 à 4 mL par minute.
La diamine de formule (II) peut être utilisée sous forme d'une solution aqueuse ou sous forme anhydre. L'utilisation de la diamine de formule (II) sous forme d'une solution aqueuse est préférée puisque cette forme conduit à l'obtention de meilleurs rendements pour cette étape a). En effet, lorsque le sel d'acide hypochloreux est ajouté lentement à la diamine de formule (II) anhydre, des réactions secondaires sont observées dans les premières minutes de la réaction. Ces réactions secondaires sont dues à l'absence d'eau dans le milieu réactionnel. La perte de rendement est de l'ordre de 1 % à 5%. La diamine de formule (II) est ainsi préférentiellement utilisée sous forme d'une solution aqueuse ayant un titre massique allant de 20 à 100%, de préférence de 30 à 60% ou tout particulièrement de 36%. Lorsque la diamine est utilisée sous forme d'une solution aqueuse, l'eau de cette solution aqueuse peut constituer le milieu réactionnel.
La réaction entre l'agent oxydant et la diamine de formule (II) avec n représentant la valeur 0 est typiquement réalisée à température ambiante, de préférence à une température variant de 20 à 25°C. Cependant elle peut être réalisée à des températures supérieures. Ainsi, lorsque n=0, la réaction entre la diamine de formule (II) et l'agent oxydant peut être réalisée à une température variant de 20 à 70°C, de préférence de 20 à 40°C. Lorsque n=1 , la réaction entre l'agent oxydant et la diamine de formule (II) peut être réalisée à une température variant de 50°C à 60°C.
L'étape a) conduit à la formation de produits d'oxydation. Par « produits d'oxydation » tel qu'utilisé dans la description de la présente invention, sont désignés le produit directement obtenu lors de la réaction entre la diamine de formule (II) et l'agent oxydant, le ou les isomères de constitution de ce produit qui peuvent éventuellement se former ou leurs mélanges. En effet, lors de réaction entre la diamine de formule (II) et l'agent oxydant, un produit d'oxydation est formé. Ce produit d'oxydation peut ensuite être spontanément transformé en un ou plusieurs isomères de constitution. Ainsi, à l'issue de l'étape a), le brut réactionnel peut comprendre le produit d'oxydation, un ou plusieurs isomères de constitution de ce produit d'oxydation ou leurs mélanges. Par exemple, lorsque la diamine de formule (II) est le 1 ,3-diaminopropane, les produits d'oxydation obtenus à l'issue de l'étape a) peuvent inclure la 1-pyrazoline, la 2-pyrazoline et leurs mélanges, la 2-pyrazoline résultant de l'isomérisation spontanée de la 1-pyrazoline.
Le rendement de l'étape a) est avantageusement supérieur à 80%.
Le rendement de l'étape a) est tout particulièrement supérieur à 90% lorsque la diamine de formule (II) est le 1 ,3-diaminopropane.
Etape b)
Le procédé de synthèse de l'hydrazine de formule (I) comprend par la suite une hydrogénation catalytique des produits d'oxydation obtenus à l'issue de l'étape a) (étape b). L'hydrogénation catalytique est typiquement réalisée sur le brut réactionnel obtenu à l'issue de l'étape a), c'est-à-dire sans isolation et/ou purification des produits d'oxydation obtenus. Le brut réactionnel peut comprendre un mélange d'isomères de constitution. Par exemple, lorsque le 1 ,3-diaminopropane est employé à l'étape a), le brut réactionnel peut comprendre un mélange de 1-pyrazoline et 2-pyrazoline. La 2-pyrazoline résulte de la conversion spontanée de la 1-pyrazoline formée lors de la réaction entre le 1 ,3-diaminopropane et l'agent oxydant. L'hydrogénation catalytique peut être réalisée sur le mélange de 1-pyrazoline et 2-pyrazoline. Il n'est donc pas nécessaire d'attendre une conversion totale du 1-pyrazoline en 2-pyrazoline pour procéder à l'hydrogénation catalytique. Elle est même préférentiellement réalisée sur le mélange d'isomères de constitution. L'étape a) étant typiquement réalisée dans un milieu réactionnel aqueux, de préférence dans de l'eau, l'hydrogénation catalytique est donc également généralement réalisée en milieu aqueux, de préférence dans de l'eau.
Dans un mode de réalisation alternatif, l'hydrogénation catalytique est réalisée après isolement et/ou purification du ou des produit(s) d'oxydation à l'issue de l'étape a). L'isolement peut être réalisé par démixtion. La démixtion peut être réalisée tel que décrit ci- dessous (voir étape c)), par exemple en ajoutant de l'hydroxyde de sodium au brut réactionnel obtenu à l'issue de l'étape a). L'hydrogénation catalytique est alors réalisée dans un milieu réactionnel organique.
Le catalyseur employé est généralement choisi parmi le nickel de Raney, le rhodium sur charbon, le palladium sur charbon, le platine ou leurs mélanges, tels qu'un mélange palladium et platine. Le nickel de Raney et le rhodium sur charbon sont préférés aux autres catalyseurs puisqu'ils conduisent à des meilleurs rendements. En effet, des rendements quantitatifs (100%, dans tous les cas supérieurs à 95%) sont obtenus avec le nickel de Raney et le rhodium sur charbon alors que le palladium sur charbon conduit à des rendements de l'ordre de 70%, le platine à des rendements de l'ordre de 75 à 85% et les mélanges platine/palladium à des rendements de l'ordre de 70 à 80%.
La quantité de catalyseur présent dans le milieu réactionnel varie typiquement de 1 à 100% en masse, de préférence de 3 à 10% en masse, par rapport à la masse totale des produits obtenus à l'issue de l'étape a). La quantité de catalyseur est de préférence de 5% en masse par rapport à la masse totale des produits obtenus à l'issue de l'étape a). La masse des produits obtenus à l'issue de l'étape a) pourra être déterminée par des méthodes analytiques bien connues de l'homme du métier, telles que par analyse GC/MS ou GC TCD.
L'hydrogénation catalytique peut être réalisée à une température choisie dans une large plage de température, telle que de 10 à 80°C, de préférence de 25 à 80°C. De manière avantageuse, l'hydrogénation catalytique est réalisée à une température allant de 50 à 60°C, voire à 60°C.
La pression d'hydrogène n'est pas critique. Elle peut ainsi varier dans des limites importantes, telles que de 1 à 65 bars, ou de préférence de 5 à 50 bars. Dans certains modes de réalisation, la pression d'hydrogène est de 35 bars. La pression d'hydrogène employée varie typiquement en fonction de l'appareillage utilisé pour réaliser l'hydrogénation. La durée de l'étape b) varie en fonction du catalyseur employé, de la pression d'hydrogène, de la température de réaction et/ou de l'équipement utilisés. La durée de réaction de l'étape b) varie typiquement de 3 à 72 heures. Des durées de réaction de 3 à 4 heures sont particulièrement avantageuses.
A l'issue de l'hydrogénation catalytique, l'hydrazine de formule (I) est obtenue. Etape c)
L'hydrazine de formule (I) est ensuite isolée du milieu réactionnel.
Ainsi, l'hydrazine de formule (I) peut être isolée au moyen d'une extraction par un solvant organique. Le solvant organique peut être choisi parmi le n-butanol, l'heptanol, le 1-octanol, le 1 -heptanol, le dichlorométhane, le méthylacétate ou le tétrahydrofurane. De l'hydroxyde de sodium peut éventuellement être ajouté au solvant organique pour faciliter le passage de l'hydrazine de formule (I) en phase organique. Le rendement d'extraction par cette méthode est de l'ordre de 80%. L'hydrazine de formule (I) peut aussi être isolée en réalisant une étape Cl ) de démixtion du milieu réactionnel obtenu après hydrogénation catalytique suivi d'une étape c2) d'isolement de l'hydrazine de formule (I) contenue dans la phase organique après démixtion du milieu réactionnel.
La démixtion est réalisée par ajout d'hydroxyde de sodium au mélange réactionnel sous agitation. Généralement, l'hydroxyde de sodium est ajouté en une quantité permettant d'atteindre un titre massique, dans le milieu réactionnel, en hydroxyde de sodium de 20 à 30%, typiquement de 25%. L'hydroxyde de sodium peut être ajouté sous forme solide ou sous la forme d'une solution aqueuse. L'addition sous forme d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, de préférence de titre massique allant de 40 à 50 %, est préférée pour éviter des problèmes d'exothermicité.
La démixtion du milieu réactionnel en une phase organique plus légère et une phase aqueuse plus lourde s'effectue spontanément après arrêt de l'agitation.
La démixtion est typiquement réalisée à une température allant de 15 °C à 50 °C. Elle est, de préférence, réalisée à une température de 20 °C.
Pour éviter toute réaction d'oxydation de l'hydrazine en présence d'oxygène, la démixtion est typiquement réalisée sous une atmosphère inerte, notamment sous argon ou sous azote. La phase organique contenant l'hydrazine de formule (I) est collectée.
Cette méthode est particulièrement avantageuse puisqu'elle conduit à des rendements d'extraction de l'ordre de 90%.
L'hydrazine de formule (I) est ensuite isolée de la phase organique collectée (étape c2)). Cet isolement peut être fait, par exemple, par précipitation sous forme de sels, tel qu'un sel de chlorhydrate par ajout d'acide chlorhydrique à la phase organique collectée. De manière alternative, l'isolement peut être fait par distillation sous pression réduite de la phase organique obtenue suite à l'étape c1 ). Afin d'éviter une distillation à sec, il est possible d'utiliser un solvant lourd ayant une température d'ébuilition supérieure à celle de l'hydrazine de formule (I).
Le rendement de l'étape de distillation est typiquement supérieur à 75%. L'hydrazine de formule (I) isolée peut ensuite être purifiée par des techniques de purification bien connues de l'homme du métier. Par exemple, une nouvelle distillation sous pression réduite peut être réalisée. L'hydrazine de formule (I) ainsi obtenue sera conservée de préférence sous atmosphère inerte, notamment sous argon ou sous azote, pour éviter toute réaction d'oxydation de cette dernière en présence d'oxygène. Le procédé de la présente invention est particulièrement avantageux pour préparer des hydrazines endocycliques de formul ls:
(Ι')
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dans laquelle R2 et R3 sont des atomes d'hydrogène. Les hydrazines de formule (P) sont généralement connues sous le nom de pyrazolidine.
Le procédé de synthèse de l'hydrazine de formule (P) comprend ainsi la réaction, de préférence en condition stcechiométrique, du 1 ,3-diaminopropane avec un sel d'acide hypochloreux, tel que l'hypochlorite de sodium ou l'hypochlorite de calcium, en milieu réactionnel aqueux (étape a)). Le milieu réactionnel aqueux est de préférence constitué exclusivement d'eau. Cette étape a) conduit à la formation de 1-pyrazoline et 2-pyrazoline. De manière avantageuse, le 1 ,3-diaminopropane est utilisé sous forme d'une solution aqueuse ayant un titre massique allant de 20 à 100 %, de manière encore plus avantageuse allant de 30 à 60 %, et de préférence d'environ 36 %. Il est également possible d'utiliser le 1 ,3-diaminopropane sous forme anhydre. Cependant, l'utilisation de 1 ,3-diaminopropane sous forme anhydre entraîne une légère baisse du rendement en 1 et 2-pyrazoline de l'ordre de 1 à 3%, avec formation de produits secondaires qui précipitent.
De manière avantageuse, le sel d'acide hypochloreux, tout particulièrement l'hypochlorite de sodium, est utilisé sous la forme d'une solution aqueuse titrant entre 48 et 55 degrés chlorométriques.
De manière avantageuse, le rapport molaire du sel d'acide hypochloreux, tout particulièrement de l'hypochlorite de sodium, sur le 1 ,3-diaminopropane est égal à 2.
Cette étape est typiquement réalisée à température ambiante, de préférence à une température allant de 20 à 25 °C. L'augmentation de la température est sans effet sur le rendement en 1 et 2-pyrazoline. Le rendement de cette étape a) est typiquement de 93%. Dans une étape b), le procédé de synthèse de l'hydrazine de formule (P) comprend une hydrogénation catalytique du brut réactionnel obtenu à l'issue de l'étape a) en présence d'un catalyseur adapté. Le brut réactionnel comprend typiquement un mélange de 1 -pyrazoline et de 2-pyrazoline. Cette hydrogénation catalytique conduit à la formation de l'hydrazine de formule (P). L'hydrogénation catalytique est réalisée préférentiellement en milieu aqueux. Ce milieu aqueux est de préférence exclusivement constitué d'eau.
Le catalyseur peut être avantageusement choisi parmi le rhodium sur charbon ou le nickel de Raney. L'hydrogénation de la 1 -pyrazoline et de la 2-pyrazoline est totale lorsque l'un de ces deux catalyseurs est employé. De manière avantageuse, le catalyseur est présent dans le mélange réactionnel en une proportion d'environ 1 à 100 % en masse, en particulier 5 à 10 % en masse, par rapport à la masse totale de 1 -pyrazoline et 2-pyrazoline.
De manière avantageuse, l'hydrogénation catalytique peut être réalisée dans une large plage de température, telle que de 10 à 80 °C, de préférence de 25 à 80°C. Des températures allant de 50 à 60 °C se sont révélées particulièrement avantageuses.
La pression d'hydrogène peut varier dans des limites importantes, telles que de 1 à 65 bars, de préférence de 5 à 50 bars. La pression d'hydrogène peut en particulier être de 35 bars. Le temps de réaction peut varier en fonction du catalyseur utilisé, de la pression d'hydrogène, de la température de réaction et de l'équipement utilisé. Il peut être, par exemple, de trois heures à 72 heures. Des temps de réaction d'environ trois à quatre heures sont avantageux. De préférence, l'hydrogénation catalytique est réalisée à une température de 60 °C, sous une pression de 35 bars en utilisant le rhodium sur charbon ou le nickel de Raney comme catalyseur. Dans ces conditions, la réaction est totale.
L'hydrazine de formule (P) est ensuite isolée du milieu réactionnel et peut être purifiée. Typiquement, une démixtion du milieu réactionnel obtenu à la fin de l'étape d'hydrogénation catalytique par ajout d'hydroxyde de sodium sous agitation est réalisée (étape c1 )). L'hydroxyde de sodium est ajouté en une quantité permettant d'atteindre un titre massique, dans le milieu réactionnel, en hydroxyde de sodium, allant de 20 à 30%, typiquement de 25%. L'hydroxyde de sodium utilisé est préférentiellement sous la forme d'une solution aqueuse pour éviter des problèmes liés à Pexothermicité. La solution aqueuse d'hydroxyde de sodium a de préférence un titre massique compris entre 40 et 50%. La démixtion conduit à la séparation spontanée d'une phase aqueuse et d'une phase organique après arrêt de l'agitation. La démixtion est typiquement réalisée à une température allant de 15 °C à 50 °C. Elle est de préférence réalisée à une température d'environ 20 °C. Elle est de préférence réalisée sous atmosphère inerte, notamment sous argon ou sous azote, pour éviter toute réaction d'oxydation de la pyrazolidine en présence d'oxygène. La phase organique, riche en pyrazolidine, est collectée. Le rendement de cette étape est typiquement de 78%.
L'hydrazine est isolée de la phase organique obtenue à l'étape Cl ) précédente (étape c2)). Elle peut ensuite être éventuellement purifiée. De préférence, l'étape d'isolement et de purification de l'hydrazine est réalisée par distillation sous pression réduite. La pyrazolidine ainsi obtenue est conservée de préférence sous atmosphère inerte, notamment sous argon ou sous azote, pour éviter toute réaction d'oxydation de cette dernière en présence d'oxygène. La distillation sous pression réduite conduit à un rendement de 78%.
La pyrazolidine obtenue par le procédé de l'invention aura avantageusement une pureté supérieure à 98 %, avantageusement supérieure à 98,3 %.
Le procédé selon l'invention permet en 4 étapes a), b), c1 ) et c2) d'obtenir un rendement global de 65%.
Les inventeurs ont ainsi développé une alternative aux procédés de synthèse des hydrazines décrits dans l'art antérieur, et mis au point un procédé de synthèse d'hydrazines endocycliques faisant intervenir des réactifs peu onéreux (tels que par exemple le 1 ,3- diaminopropane, 1 ,3-diaminobutane et hypochlorite de sodium ou hypochlorite de calcium), qui peut être réalisé dans l'eau, sans solvant organique, avec des rendements quasi- quantitatifs au niveau des réacteurs (rendement en pyrazolidine : 93%) et à une température proche de la température ambiante (25 °C).
D'autre part, la méthode d'extraction proposée est très avantageuse grâce à la découverte d'une lacune de miscibilité dans le système ternaire isobare H20-NaOH-pyrazolidine. Elle permet ainsi de séparer la pyrazolidine sous la forme d'une phase organique légère riche titrant 90% en poids par addition d'hydroxyde de sodium.
Le procédé mis au point par les inventeurs est versatile, flexible et polyvalent. Ce procédé est très adapté aux sites industriels traditionnels de la chimie fin, et peut donc être mis en œuvre dans ces sites sans difficulté. Enfin, de manière avantageuse, le procédé peut être mis en œuvre en batch ou en continu, avec un minimum d'opérations unitaires.
Le procédé selon la présente invention est tout particulièrement adapté à la préparation de la pyrazolidine ou de l'hexahydropyridazine. EXEMPLES
Tous les réactifs sont de grade analytique, proviennent de Sigma-AIdrich Inc., Acros Organics ou Jhonson Matthey et sont utilisés tels que conditionnés.
Les abréviations utilisées sont les suivantes :
- DAP : 1 ,3-diaminopropane,
- DAB : 1 ,4-diaminobutane
- OCI" : hypochlorite de sodium,
- 1 -pyr : 1-pyrazoline,
- 2-pyrz : 2-pyrazoline,
- PYRZ : pyrazolidine,
- HHP : hexahydropyridazine
- THP : tetrahydropyridazine
- %g : pourcentage massique
Exemple 1 : L'exemple 1 donne une explication détaillée de la mise en œuvre du procédé de l'invention appliqué à la synthèse de la Pyrazolidine à partir d'une solution aqueuse de 1 ,3- diaminopropane (titre massique : 36 %) et d'une solution aqueuse d'hypochlorite de sodium (50 degrés chlorométriques).
a) Elaboration de la 1-pyrazoline et de la 2-pyrazoline par action de l'hypochlorite de sodium sur le 1 ,3-diaminopropane, selon le protocole expérimental suivant : 35,6 g de DAP (n = 0,475 mol) ont été introduits dans 61 ,5 g d'eau (n = 3,41 mol) contenue dans un réacteur à double enveloppe agité thermostaté à 25 °C. Un volume de 391 mL d'hypochlorite de sodium (n = 0,95 mol, m = 449,6 g, [OCI"] = 2,4 mol/L), contenu dans une ampoule et maintenu à la même température, est ajouté goutte à goutte sur le diaminopropane pendant 1 heure 40 minutes. La température au cours de l'addition de l'hypochlorite de sodium varie entre 25 et 30 °C. L'analyse du mélange réactionnel par GC/MS et par UV donne un rendement total de 93%, soit 74% en 1-pyrazoline et 18% en 2-pyrazoline. A la sortie du réacteur, le mélange réactionnel est constitué par 4,12 %g en 1-pyrz, 1 ,38 %g 2-pyrz, 79,34 %g en eau, 0,48 %g en NaOH, 14,26 %g en NaCI et 0,42 %g en produit secondaire.
b) Hydrogénation catalytique de la 1 et de la 2-pyrazoline et formation de la pyrazolidine : 180 mL du mélange réactionnel obtenu à la fin de l'étape (a) (m (1et 2-pyrz) — 10,92 g) sont introduits dans le réacteur d'hydrogénation, dans lequel on ajoute 0,55 g du Rhodium sur charbon. L'hydrogénation a été effectuée à 60 °C, sous une pression de 35 bars et pendant une durée de 4 heures. L'analyse GC/MS du mélange réactionnel montre que l'hydrogénation de la 1 et de la 2-pyrazoline est quasi-totale. A la sortie du réacteur et après filtration du catalyseur, le mélange réactionnel est constitué par 5,5 %g en pyrazolidine, 79,34 %g en eau, 0,48 %g en NaOH, 14,26%g en NaCI et 0,42 %g en produit secondaire.
c1) Démixtion liquide-liquide par addition d'hydroxyde de sodium : cette méthode consiste à séparer, par addition d'hydroxyde de sodium, le milieu réactionnel en deux phases. L'addition de 60 g de soude anhydre (n = 1 ,5 mol) sur le mélange réactionnel permet de concentrer la pyrazolidine dans la phase organique légère. Cette étape a été réalisée à une température de 25 °C et sous gaz inerte (N2) pour éviter l'oxydation de la pyrazolidine en 1-pyrazoline. Après filtration du NaCI précipité et décantation, une démixtion en deux phases est observée. La phase supérieure, organique, titre en particulier 89 %g en PYRZ, 8 %g en H20 et 3 %g en produit secondaire et présente une teneur en soude inférieure à 0,5%.
c2) Après extraction et élimination de la phase aqueuse, la phase supérieure est distillée sous pression réduite (227 mmHg, 0,3 bar). De cette manière, l'eau sera récupérée en tête de la colonne, suivie de la pyrazolidine. Les impuretés restent en pied de colonne.
Afin d'éviter une distillation à sec, il est possible d'utiliser un solvant lourd ayant une température d'ébullition supérieure à celle de l'hydrazine.
La pyrazolidine ainsi obtenue sera conservée de préférence sous atmosphère inerte, notamment sous argon ou sous azote, pour éviter toute réaction d'oxydation de cette dernière en présence d'oxygène.
La pyrazolidine a été obtenue avec une pureté de 98,3 % et un rendement de 65% par rapport au 1 ,3-diaminopropane.
Exemple 2 :
Synthèse de la pyrazolidine en utilisant le 1 ,3-diaminopropane anhydre. Il concerne la préparation de la 1-pyrazoline et de la 2-pyrazoline à partir d'une solution anhydre de DAP et une solution aqueuse d'hypochlorite de sodium (50 degrés chlorométriques).
50 g de 1 ,3-diaminopropane anhydre (0,674 mol) ont été introduits dans un réacteur à double enveloppe thermostaté à 5 °C. Un volume de 688 ml d'hypochlorite de sodium (1 ,348 mol), contenu dans une ampoule et maintenu à la même température, est ajouté goutte à goutte sur le DAP pendant 3 heures. La température au cours de l'addition d'eau de Javel varie entre 5 et 15 °C. L'analyse du mélange réactionnel par GC/MS donne un rendement de 63% en 1-pyrazoline et de 26 % en 2-pyrazoline, soit un rendement total de 89 %. On note la présence de quelques impuretés visibles (11 %). Une filtration des produits secondaires sera nécessaire avant l'étape d'hydrogénation. L'hydrogénation catalytique, l'extraction et la distillation de la pyrazolidine se font d'une manière similaire à celles de l'exemple 1.
On observe dans ce cas une diminution du rendement de la réaction de l'ordre de 4% par rapport au rendement obtenu dans l'exemple 1.
Exemple 3 :
Synthèse de la pyrazolidine en utilisant le nickel de Raney comme catalyseur. Les différentes étapes du procédé, synthèse de la 1 et de la 2-pyrazoline, hydrogénation catalytique, démixtion et distillation sous pression réduite, sont similaires à celles de l'exemple 1. La seule différence est que l'hydrogénation est réalisée en utilisant le nickel de Raney au lieu du rhodium sur charbon utilisé dans l'exemple 1. La réaction d'hydrogénation est totale et se déroule en 4 heures 30 minutes au lieu de 4 heures dans le cas de l'exemple 1.
Exemple 4 :
Synthèse de la pyrazolidine à partir de l'hypochlorite de calcium. Il concerne la préparation de la 1 et de la 2-pyrazoline par action de l'hypochlorite de calcium solide sur une solution aqueuse de 1 ,3-diaminopropane (titre massique : 40%).
40 g de DAP (n = 0,54 mol, [DAP], = 5,4 mol/L) ont été introduits dans 65,91 g d'eau (n = 3,66 mol) contenue dans un réacteur à double enveloppe thermostaté à 25 °C, dans lequel on introduit 116,9 g d'hypochlorite de calcium solide (n = 0,54 mol, pureté : 66%) durant 2 heures 30 minutes. La température au cours de l'addition d'hypochlorite de calcium varie entre 25 et 30 °C. Le mélange réactionnel est ensuite filtré et analysé par GC/MS et par UV. On obtient un rendement total de 92 % en 1-pyrazoline et en 2-pyrazoline. L'hydrogénation catalytique, l'extraction et la distillation sont réalisées d'une manière similaire à celles de l'exemple ! Exemple 5 :
L'exemple 5 décrit la mise en œuvre du procédé de l'invention appliquée la synthèse de l'hexahydropyridazine à partir d'une solution aqueuse de 1 ,4-diaminobutane (titre massique 10-80 % en préférence 40%) et d'une solution aqueuse d'hypochlorite de sodium (48-55 degrés chlorométriques) :
a) Cette étape consiste à élaborer le 1 ,4,5,6-tétrahydropyridazine (THP) et le 3,4,5,6- tétrahydropyridazine (THP), selon le protocole expérimental suivant : 10g de DAB (n = 0,1 13 mol) ont été introduits dans 90 g d'eau contenue dans un réacteur à double enveloppe thermostaté à 50 °C. La température, en aucun cas, ne doit être inférieure à 50 °C. Un volume de 101 mL d'hypochlorite de sodium (n = 0,226 mol, [OCI~] = 2,4 mol/L), contenu dans une ampoule et maintenu à la température ambiante, est ajouté goutte à goutte sur le diaminobutane pendant 45 minutes. La température au cours de l'addition d'eau de javel varie entre 50 et 54 °C. L'analyse du mélange réactionnel par GC/MS donne un rendement total de 85%, en 3,4,5,6-tétrahydropyridazine et en 1 ,4,5,6-tétrahydropyridazine.
b) Hydrogénation catalytique du 3,4,5,6-tétrahydropyridazine et du 1 ,4,5,6- tétrahydropyridazine et formation de l'hexahydropyridazine. 180 mL du mélange réactionnel obtenu à la fin de l'étape (a) (m THP = 8,07 g) sont introduits dans le réacteur d'hydrogénation, dans lequel on ajoute 0,4 g du Rhodium sur charbon. L'hydrogénation a été effectuée à 60 °c, sous une pression de 35 bars et pendant une durée de 4 heures. L'analyse GC/MS du mélange réactionnel indique un rendement de 40% en hexahydropyridazine.
L'extraction et l'isolement de l'hexahydropyridazine se font d'une manière similaire à celles de l'exemple 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de synthèse d'une hydrazine endocyclique de formule (I) suivante :
Figure imgf000019_0001
dans laquelle n représente un nombre entier choisi entre 0 et 1 ,
R-i , F?2> R3 et R4 représentent indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène, un radical alkyle en C C6 ou un radical aralkyle, dans lequel la chaîne alkyle est en C-i-C2 et le groupement aryle est choisi parmi phényle ou naphtyle, à la condition que lorsque un des radicaux R2, R3 ou R4 représente un radical alkyle comprenant plus de trois atomes de carbone alors les autres radicaux représentent un atome d'hydrogène
et de ses sels d'addition
ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes :
a) réaction entre une diamine de formule (II) suivante :
(II) NH2-CHR1-CHR2-CHR3-(CHR4)n-NH2
avec n représentant un nombre entier choisi entre 0 et 1 et Ri , R2, R3 et R4 représentant indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène, un radical alkyle en C C6 ou un radical aralkyle dans lequel la chaîne alkyle est en d-C2 et le groupement aryle est choisi parmi un phényle ou naphtyle, à la condition que lorsque un des radicaux R^ R2, R3 ou R4 représente un radical alkyle comprenant plus de trois atomes de carbone alors les autres radicaux représentent un atome d'hydrogène,
et un agent oxydant choisi parmi les sels d'acide hypochloreux dans un milieu réactionnel aqueux, à une température variant de 50°C à 60°C lorsque n=1 ;
b) hydrogénation catalytique des produits d'oxydation obtenus à l'issue de l'étape a) pour conduire à l'hydrazine de formule (I) ;
c) isolement de l'hydrazine de formule (I).
2. Procédé de synthèse selon la revendication 1 dans lequel le rapport molaire de l'agent oxydant sur la diamine de formule (II) varie de 2 à 2.05, de préférence est égal à 2.
3. Procédé de synthèse selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le milieu réactionnel aqueux est constitué exclusivement d'eau.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la diamine de formule (II) est utilisée sous forme d'une solution aqueuse ayant un titre massique allant de 20 à 100 %, de préférence de 30 à 60 % ou de 36 %.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'agent oxydant est utilisé sous forme sous la forme d'une solution aqueuse titrant entre 48 et 55 degrés chlorométriques.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la réaction entre la diamine de formule (II) avec n représentant 0 et l'agent oxydant est réalisée à une température variant de 20 à 70°C, de préférence de 20 à 40°C.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la diamine de formule (II) est choisie parmi le 1 ,3-diaminopropane ou le 1 ,4-diaminobutane.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le catalyseur de l'hydrogénation catalytique est du rhodium sur charbon ou du nickel de Raney.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'hydrogénation catalytique est réalisée à une pression d'hydrogène variant de 1 à 65 bars, de préférence de 5 à 50 bars, en particulier de 35 bars.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'hydrogénation catalytique est réalisée à une température allant de 10 à 80°C, de préférence de 50 à 60°C, en particulier de 60°C.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape c) comprend les étapes successives suivantes :
c1 ) démixtion du milieu réactionnel obtenu après ladite étape b) d'hydrogénation catalytique, par ajout d'hydroxyde de sodium au milieu réactionnel ;
c2) isolement de l'hydrazine de formule (I) contenue dans la phase organique après démixtion du milieu réactionnel.
12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel l'hydroxyde de sodium est sous forme d'une solution aqueuse, de préférence sous forme d'une solution aqueuse de titre massique allant de 40 à 50%.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12 dans lequel la démixtion est réalisée à une température comprise allant de 15 à 50°C, de préférence d'environ 20°C.
14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13 dans lequel la démixtion est réalisée sous atmosphère inerte.
15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14 dans lequel l'étape c2) d'isolement est réalisée par distillation sous pression réduite de la phase organique obtenue suite à l'étape c1 ).
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