WO2022223920A1 - Procedes de preparation de mercapto-acides - Google Patents

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WO2022223920A1
WO2022223920A1 PCT/FR2022/050725 FR2022050725W WO2022223920A1 WO 2022223920 A1 WO2022223920 A1 WO 2022223920A1 FR 2022050725 W FR2022050725 W FR 2022050725W WO 2022223920 A1 WO2022223920 A1 WO 2022223920A1
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WO
WIPO (PCT)
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acid
poly
mercapto
formula
polyhydroxyalkanoate
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/050725
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English (en)
Inventor
Jean-Luc Dubois
Original Assignee
Arkema France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France filed Critical Arkema France
Publication of WO2022223920A1 publication Critical patent/WO2022223920A1/fr

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C323/00—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups
    • C07C323/50—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups containing thio groups and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C323/51—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups containing thio groups and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having the sulfur atoms of the thio groups bound to acyclic carbon atoms of the carbon skeleton
    • C07C323/52—Thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides substituted by halogen, oxygen or nitrogen atoms, or by sulfur atoms not being part of thio groups containing thio groups and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton having the sulfur atoms of the thio groups bound to acyclic carbon atoms of the carbon skeleton the carbon skeleton being acyclic and saturated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C319/00—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
    • C07C319/02—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of thiols
    • C07C319/04—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of thiols by addition of hydrogen sulfide or its salts to unsaturated compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G75/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G75/26—Polythioesters

Definitions

  • the present invention relates to processes for the preparation of mercapto-acids and mercapto-acid esters, as well as the mercapto-acid esters themselves.
  • PTE polythioesters
  • carboxylic acids having a thiol function also called mecrapto-acids
  • polythioesters have also been found to form a class of biopolymers (Lütke-Eversloh et al. (2001) Microbiology 147:1 1-19).
  • the bacterium Ralstonia eutropha could synthesize a copolymer of 3-hydroxybutyric acid (3HB) and 3-mercaptopropionic acid (poly[3HB-co-3MP]), when 3-mercaptopropionic acid ( 3MP) was provided to him as a carbon source.
  • PTE polythioesters
  • polyesters having pendant thiol groups have interesting applications as elastomers (Notelet et al. (2012) Polym. Chem. 3:2956-2963) or three-dimensional cell culture supports ( Fuoco et al. (2016) Biomacromolecules 17:1383-1394).
  • the present invention stems from the unexpected demonstration, by the inventor, that it was possible to prepare mercapto-acids, in industrial quantities, from polyhydroxyalkanoates (PHA), which also advantageously makes it possible to provide a recycling route for these.
  • PHA polyhydroxyalkanoates
  • the present invention relates to a process for the preparation of at least one mercapto-acid or ester from at least one starting polyhydroxyalkanoate, comprising a step of reacting the starting polyhydroxyalkanoate with an alkaline solution of H2S and a neutralization step with an acid.
  • the present invention also relates to a process for the synthesis of a mercapto-acid, comprising a step of reacting an unsaturated a b carboxylic acid and a thiourea.
  • the present invention also relates to the use of mercapto acids or esters, obtained by implementing the preparation process defined above or the synthesis process defined above, for the preparation of polythioesters or polyesters with fhiol functions.
  • the present invention also relates to a mercapto-ester of the following formula (II):
  • - n is an integer from 0 to 5;
  • - Ri represents H or an alkyl group of 1 to 20 carbon atoms
  • R2 represents a polyhydroxyalkanoate group comprising at least a plurality of a repeating unit [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-].
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • mercapto-acid denotes a carboxylic acid comprising an alkane chain substituted by at least one thiol function.
  • the starting polyhydroxyalkanoate comprises at least a plurality of a repeating unit of formula (I) below: [-0-(CH 2 )a-CHRi-(CH 2 )n-C0- j (I) in which:
  • - n is an integer from 0 to 5;
  • - Ri represents H or an alkyl or alkenyl group of 1 to 20 carbon atoms; and the mercapto acid or ester is of the following formula (II): HS-(CH2)a-CHR,-(CH 2 )n-COOR2 (II) in which:
  • R 2 represents H, an alkali metal, such as Na or K, or a polyhydroxyalkanoate group of smaller size than the starting polyhydroxyalkanoate comprising at least a plurality of one repeating unit [-0-(CH 2 )a-CHRi-(CH 2 )n-C0-].
  • the starting polyhydroxyalkanoate is a homopolymer represented by the following formula (III): [-0-(CH 2 )a-CHR,-(CH 2 )n-C0-]m (III) in which m represents an integer from 2 to 10,000, and in which the mercapto-acid or ester is of the following formula (II): HS-(CH 2 )a-CHRi-(CH 2 )n-COOR 2 (II) in which :
  • R2 represents H, an alkali metal, or a polyhydroxyalkanoate group of formula [- 0-(CH2)a-CHRi-(CH 2 )n-C0-] P , where p is an integer less than m.
  • m is less than or equal to 4500, even more preferably m is ⁇ less than or equal to 900. More preferably, m is ⁇ greater than or equal to 10, even more preferably m is ⁇ greater than or equal to 100.
  • the starting polyhydroxyalkanoate is selected from the group consisting of:
  • PLA poly(lactic acid)
  • P(3HB) poly(3-hydroxybutyrate) of formula [-0-CH(CH3)-CH2-C0-],
  • PMP poly(3-hydroxy-2-mefhylpropionafe)
  • PMPL poly(3-hydroxy-2-mefhylpropionafe)
  • PMP or PMPL poly(3-hydroxy-2-mefhylpropionafe)
  • PMP or PMPL poly(3-hydroxy-2-mefhylpropionafe)
  • PMP or PMPL poly(3-hydroxy-2-mefhylpropionafe)
  • PHIB PolyHydroxylsoBufyrafe
  • PMPL poly-2-Mefhyl- Propiolacfone
  • the starting polyhydroxyalkanoate further comprises at least a plurality of a repeating unit of formula (IV) below:
  • - b is 0 or 1;
  • - q is an integer from 0 to 5;
  • R3 represents H or an alkyl group of 1 to 20 carbon atoms; in which the mercapto-acid or ester is of formula (V) or of the following formula (VI):
  • R4 represents H, an alkali metal, such as Na or K, or a polyhydroxyalkanoafe group of smaller size than the starting polyhydroxyalkanoafe comprising at least a plurality of a repeating unit [-0-(CH 2 ) a -CHRi-(CH 2 ) n -C0-] and a plurality of repeating unit [-0-(CH 2 )b-CHR3-(CH 2 ) q -C0-].
  • the starting polyhydroxyalkanoafe is ⁇ a copolymer comprising at least one segment of formula [-0-(CH 2 ) a -CHRi-(CH 2 ) n -C0-]j (VII) where j is ⁇ an integer from 2 to 10,000 e ⁇ at least one segment of formula [-0- (CH 2 )b-CHR3-(CH 2 ) q -CO-]k (VIII) where k is ⁇ an integer from 2 to 10 000.
  • More preferably j is ⁇ less than or equal to 4500, even more preferably j is ⁇ less than or equal to 900. More preferably j is ⁇ greater than or equal to 10, even more preferably j is ⁇ greater than or equal to 100 .
  • k is ⁇ less than or equal to 4500, even more preferably k is ⁇ less than or equal to 900. More preferably, k is ⁇ greater than or equal to 10, even more preferably k is ⁇ greater than or equal to 100 .
  • the starting polyhydroxyalkanoate is ⁇ a copolymer of polymers selected from the group consisting of poly(glycolic acid) (PGA), poly(lactic acid) (PLA), poly(3-hydroxypropiona ⁇ e) (P(3HP)), polypropiolactone (P3HP), poly(3-hydroxybu ⁇ yra ⁇ e) (P(3HB)), poly(3- hydroxyvalerate) (P(3HV)), poly(3- hydroxyhexanoa ⁇ e) (P(3HHx)), poly(3- hydroxyoctanoate) (P(3HO)), poly(3-hydroxyoctadecanoate) (P3HOD)), poly(4-hydroxybu ⁇ yra ⁇ e) (P (4HB)), poly(5-hydroxyvalerate) (P(5HV)), e ⁇ poly( ⁇ -hydroxyhexanoate) (P(6HHx)), e ⁇ poly(3-hydroxy-2- methylpropionat
  • the starting polyhydroxyalkanoate is industrial or consumer waste.
  • the process according to the invention is then a polyhydroxyalkanoate recycling process.
  • the alkaline solution of H2S according to the invention can easily be prepared by the person skilled in the art on the basis of the indications given in the Examples. It is preferably prepared by mixing an aqueous solution of a base with H2S.
  • the base is a strong base, in particular an alkaline base, such as NaOH or KOH.
  • the molar ratio of H2S relative to the base is greater than or equal to 1, preferably greater than 1.
  • the molar ratio of H2S relative to at base si ⁇ less than 1.2, preferably less than 1.14.
  • the alkaline solution is ⁇ saturated with H2S.
  • the pH of the alkaline solution of H2S according to the invention is ⁇ from 6 to 8.
  • the content of K2S or NÜ2S of the alkaline solution of H2S is ⁇ less than 1% by weight.
  • the starting hydroxyalkanoate is ⁇ added to the alkaline solution of H2S, more preferably gradually, with stirring.
  • the reaction step is carried out at a temperature of 0°C to 140°C, more preferably 0°C to 120°C.
  • reaction step is carried out under a pressure of 1 edge 15 bar absolute.
  • the reaction step is carried out for a period of 10 minutes to 6 hours, more preferably 15 minutes to 2 hours.
  • the neutralization step brings the pH to a value of 2 to 4, more preferably 2 to 3.
  • the neutralization step is carried out using a strong acid, such as HCl or H2SO4.
  • a strong acid such as HCl or H2SO4.
  • the neutralization step is ⁇ followed by a step for recovering the mercapto-acid, in particular in the form of a salt.
  • a thiourea is a thioketone (or thione) in which the carbon atom is bonded to two nitrogen atoms, which may be substituted by H or by other groups.
  • the thiourea according to the invention is represented by the following formula (XII):
  • Rz, Rs, R9 and R10 independently represent H, an alkyl or alkenyl group of 1 to 5 carbon atoms, or an aryl group of 5 to 10 carbon atoms.
  • Rz and Rs and one of R9 and Rio represents H.
  • Rz (or Rs) represents H
  • R9 (or Rio) represents H
  • the thiourea according to the invention is selected from the group consisting of thiourea (CH4N2S), dibutyl-thiourea, diethyl-thiourea, dimethyl-thiourea, diphenyl-thiourea, ethylene-thiourea, and mixtures thereof.
  • an unsaturated a b carboxylic acid refers to a compound comprising at least one carboxylic acid function and an alkene function between the carbon at a of the carboxylic acid function and a carbon at b of the acid function. carboxylic.
  • the unsaturated a b carboxylic acid according to the invention may for example be derived from a cross metathesis reaction between an olefin, preferably an alpha olefin, and acrylic acid or an ester of acrylic acid, the the ester then being hydrolyzed.
  • the a b unsaturated carboxylic acid according to the invention has the following formula (IX):
  • R 5 -HC CR ⁇ -COOH (IX) in which Rs e ⁇ R ⁇ independently represent H or an alkyl group of 1 to 18, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 2, carbon atoms optionally substituted by at least one carboxylic acid function, and in which the mercapto- acid has the following formula (X) and/or formula (XI): R5-H2C-CR6SH-COOH (X)
  • the ab unsaturated carboxylic acid is a monocarboxylic acid.
  • the unsaturated a b carboxylic acid is a dicarboxylic acid.
  • the a b unsaturated carboxylic acid is selected from the group consisting of maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, and muconic acid.
  • the a b unsaturated carboxylic acid is added to the thiourea in a solvent, more preferably gradually and with stirring.
  • the reaction step is carried out at a temperature of 40 to 120°C.
  • the reaction step is carried out under a pressure of 1 to 5 bars.
  • the reaction step is carried out for a period of 1 to 10 hours.
  • the synthesis process according to the invention comprises an alkalization step by adding a base and recovering the mercapto acid in the form of a salt.
  • the alkalinization step brings the pH to a value of 2 to 4, preferably 2.5 to 3.
  • the alkalization step is carried out using a strong base, such as NaOH or KOH.
  • a strong base such as NaOH or KOH.
  • the synthesis process according to the invention further comprises an acidification step after the alkalization step by adding an acid and recovering the mercapto-acid in its protonated form.
  • the acidification step brings the pH to a value of 2 to 4, more preferably from 2 to 3.
  • the alkalization step is carried out using a strong acid, such as HCl or H2SO4.
  • a strong acid such as HCl or H2SO4.
  • the mercapto-acid according to the invention is selected from the group consisting of mercapto-acetic acid, of formula HS-CH2-COOH , 2-mercapto-propanoic acid, of formula HS-CH(CH3)-COOH, 3-mercapto-propionic acid, of formula HS-CH2-CH2-COOH, 3-mercapto- butyric acid, of formula HS-CH(CH3)-CH2-COOH, 3-mercapto-valeric acid, of formula HS-CH(CH2CH3)-(CH2)-COOH, of 3-mercapto-hexanoic acid, of formula HS-CH(CH2CH2CH3)-(CH2)-COOH, 3-mercapto-octanoic acid, of formula HS-CH((CH2)4CH3)-(CH2)-COOH, 3-mercapto acid -octadecanoic, of formula HS-CHCH2-COOH, 2-mercapto-propanoic acid, of formula HS-CH(CH
  • the unit [-0-(CH2)a- CHRi- (CH2)n-C0-] is ⁇ repeated p times, where p es ⁇ is an integer less than 4500, more preferably less than or equal to 900.
  • p es ⁇ greater than or equal to 10 more preferably p es ⁇ greater than or equal to 100.
  • a polythioesfer is ⁇ a polymer comprising a chain of mercapfo-acids according to the invention.
  • a polyester with hydroxyl functions is ⁇ a compound comprising several mercapto-acids according to the invention linked to a polyol, that is to say a compound comprising several hydroxyl functions, via ester functions formed between the hydroxyl functions of the polyol and the carboxylic acid functions of the mercapto acids.
  • the polyester with thiol functions according to the invention may be a polymer consisting of the sequence of mercapto-diacids and polyols, in particular diols, linked by ester functions.
  • the polyol according to the invention is selected from the group consisting of a glycol, such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, butylene glycol, n-butylene glycol, 2,3-butylene glycol, glycerol, erythritol, xylitol, arabitol, ribitol, sorbitol , dulcitol, mannitol, volmitol, maltitol, isomaltitol, lactitol, trimethylolpropane, neopentylglycol, 1,6-hexanediol, hexylene glycol, 2-methyl-1,3- propanedol and pentaerythritol.
  • a glycol such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, butylene glycol, n-butylene
  • the polythioesfers and polyesters with thiol functions according to the invention comprise mercapfo-acids of formula (II), (X) or (XI) according to the invention, in particular selected from the group consisting of the acid mercapfo-acefic acid, 2-mercapfo-propanoic acid, 3-mercapfo-propionic acid, 3-mercap ⁇ o-bu ⁇ yric acid, 3-mercapfo-valeric acid, 3-mecrapfo-hexanoic acid, 3-mercapfo-ocfanoic acid, 3-mercapfo-ocfadecanoic acid, 4-mercapfo-bufyric acid, 5-mercapfo-valeric acid, 6-mercapfo-hexanoic acid, and 3-mercapfo-2-methylpropionic acid or from the group consisting of 2-mercapfo-bufanedioic acid, 2-mecapfo-hexa-4-ene-dioic acid
  • the invention also relates to a process for the preparation of at least one polythioesfer or polyester with thiol functions comprising: the preparation of at least one mercapfo-acid or ester by implementing the preparation process defined above or the synthesis of at least one mercapfo-acid by implementing the synthetic process defined above; and the preparation of the polythioesfer or polyester with thiol functions from the acid or ester mercapfo.
  • the invention also relates to the use of a mercapfo-esfer of the following formula (II):
  • - n is ⁇ an integer from 0 to 5;
  • - Ri represents H or an alkyl group of 1 to 20 carbon atoms
  • - R 2 represents a polyhydroxyalkanoate group comprising at least a plurality of a repeating unit [-O-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-], for the preparation of polythioesters or polyesters with fhiol functions.
  • polypropiolactone RostoTM 3HP H 1000 X, NOVOMER
  • a sodium hydroxide solution saturated with H2S (with a slight excess of H2S relative to the sodium hydroxide in molar ratio).
  • An excess of sodium hydroxide relative to the ester functions of 2.5 mole/mole is ensured.
  • the solution is kept at 0°C using a cooling bath.
  • the addition of polypropiolactone is ⁇ carried out very gradually, with vigorous stirring, over a period of 20 minutes.
  • ALDIRCH ALDIRCH
  • an aqueous solution of potash saturated with H2S is circulated to create a partial vacuum in the installation.
  • the KSH solution is accumulated in a tank, and the liquid is pumped halfway up the tank to ensure circulation.
  • the solution is maintained at 15° C. by external cooling.
  • the flow of polymer in the extruder is started at a rate of 100 g/h.
  • Poly[3-hydroxy-2-methylpropionic acid] is first prepared from 5 g of methyl 3-hydroxy-2-methylpropionate (ref. 270148, SIGMA ALDRICH) which is brought into contact with 50 microliters of titanium ter-butoxide (used as transesterification catalyst), under nitrogen flow. The temperature of the mixture is gradually increased from 20 to 150°C over 15 minutes and maintained for 5 hours. After 5 hours at 150° C., the nitrogen flow is interrupted and the reaction medium is placed under a vacuum of 1 mmHg in order to displace the transesterification reaction, and 4 hours more are waited under these conditions, then it is cooled under flow nitrogen. the poly[3-hydroxy-2-methylpropionic acid] obtained is then isolated by dissolving in chloroform and precipitation in diethyl ether, then drying under vacuum.
  • SIGMA ALDRICH methyl 3-hydroxy-2-methylpropionate
  • poly[3-hydroxy-2-mephylpropionic acid] is prepared from (-)-Methyl (S)-3-bromo-2-me ⁇ hylpropiona ⁇ e (ref. 324922, SIGMA ALDRICH) .
  • Bromo-esfer is ⁇ hydrolyzed in the presence of sulfuric acid and ⁇ 3-bromo-2-methylpropionic acid is ⁇ recovered, and ⁇ purified by distillation at 86-87°C under 1.2 mm Hg). 5 g of the acid are mixed with 5 ml of distilled water in an ice bath, to reach less than 10°C.
  • a saturated solution of sodium bicarbonate is ⁇ added so that the pH is ⁇ between 7.5 and ⁇ 7.8.
  • poly[3-hydroxy-2-methylpropionic acid] is then carried out in the following manner: 2 milliliters of 2-methylpropiolacfone are placed in a Schlenk tube, 16 ml of freshly distilled Tefrahydrofuran are added; potassium acetate is ⁇ added as an initiator as well as crown ether (dibenzeno-18-crown-6) as a co-ca ⁇ alyser up to 1% molar of the monomer (lactone). The mixture is stirred for 24 hours to obtain the poly[3-hydroxy-2-methylpropionic acid]. At the end of the synthesis, the polymer is added in methanol to precipitate it, it is isolated and dried under vacuum.
  • the poly[3-hydroxy-2-methylpropionic acid] obtained according to one of the above routes is placed in a heated chamber e ⁇ connected by its gas phase with a venturi system.
  • circulation of a liquid soda solution saturated with H2S is set up.
  • the heated enclosure is purged with nitrogen, then the circulation of the liquid is started so as to obtain a partial vacuum in the heated enclosure - controlled by the continuous addition of nitrogen.
  • the temperature of the heated enclosure is ⁇ brought rapidly to 350°C (in approximately 35 minutes).
  • the polymer decomposition products are thus brought into contact with the soda solution saturated with H2S.
  • the solution is recovered and acidified with hydrochloric acid.
  • the 3-mercapfo-2-methylpropionic acid is thus recovered and isolated by extraction with chloroform and purified by recrystallization.
  • Example 5 Preparation of thiomalic acid (mercaptosuccinic) from maleic anhydride.
  • the product obtained is then hydrolyzed with a sodium hydroxide solution at 100° C. (reflux) for 2 hours. Ammonia release occurs if it is removed.
  • the product is then acidified with a concentrated hydrochloric acid solution (pH 1 to 2).
  • the pKa of thiomalic acid are 10.94 - 4.94 - 3.30.
  • the pH is therefore lowered below 3 in order to recover the acid form.
  • the recovered acid is ⁇ separated from the solution by evaporation.
  • Thiomalic acid can be purified by solvent extraction, for example with 1-butanol, acetonitrile, ethanol or methanol.
  • the product is ⁇ dissolved in the solvent in the hot state, separated from the salts and crystallizes on cooling.
  • the solvent can also be removed by evaporation.
  • thiomalic acid is ⁇ purified by recrystallization.
  • ALDIRCH ALDIRCH

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation d'au moins un mercapto- acide ou ester à partir d'au moins un polyhydroxyalcanoate de départ, comprenant une étape de réaction du polyhydroxyalcanoate de départ avec une solution alcaline de H2S et une étape de neutralisation avec un acide.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : PROCEDES DE PREPARATION DE MERCAPTO-ACIDES
Domaine de l'invention
[0001 ] La présente invention concerne des procédés de préparation de mercapto-acides et d’esters de mercapto-acides, ainsi que les esters de mercapto-acides en eux-mêmes.
Arrière-plan technique
[0002] La synthèse chimique de polythioesters (PTE), constitués de l’enchaînement d’acides carboxyliques ayant une fonction thiol, également nommés mecrapto-acides, a été décrite dans les années 1950. Cependant, ce n’est que très récemment qu’il a été découvert que les polythioesters formaient également une classe de biopolymères (Lütke-Eversloh et al. (2001 ) Microbiology 147:1 1-19). Il a notamment été montré que la bactérie Ralstonia eutropha pouvait synthétiser un copolymère d’acide 3-hydroxybutyrique (3HB) et d’acide 3-mercaptopropionique (poly[3HB-co-3MP]), lorsque de l’acide 3- mercaptopropionique (3MP) lui était fourni comme source de carbone.
[0003] Depuis, des copolymères de 3-mercap†obu†yra†e (3MB) et de 3HB on† également été obtenus et la biosynthèse de copolymères contenant du 3- mercaptovalérate (3MV) et d’homopolymères de 3MP, 3MB, et de 3MV a été décrite.
[0004] Toutefois, à l’heure actuelle, les applications des polythioesters (PTE) son† encore limitées. Cela peut résulter de la complexité d’obtention des PTE par la voie chimique et de la difficulté de préparer des quantités industrielles de PTE par la voie biologique, notamment car à ce jour seul l’acide 3-mercapto- propionique est disponible commercialement.
[0005] Par ailleurs, il a été démontré que des polyesters ayant des groupes thiols pendants avaient des applications intéressantes comme élastomères (Notelet ét al. (2012) Polym. Chem. 3:2956-2963) ou supports tridimensionnels de culture de cellules (Fuoco ef a/. (2016) Biomacromolecules 17:1383-1394).
[0006] Il serait donc intéressant de disposer de davantage de variétés de mercapto-acides disponibles en quantité industrielle, à la fois pour faciliter la synthèse des polythioesters (PTE) ou des polyesters à fonctions fhiols, et augmenter leur diversité.
Résumé de l'invention
[0007] La présente invention découle de la mise en évidence inattendue, par l’inventeur, qu’il était possible de préparer des mercapto-acides, en quantités industrielles, à partir de polyhydroxyalcanoates (PHA), ce qui permet en outre avantageusement de fournir une voie de recyclage de ces derniers.
[0008] Ainsi, la présente invention concerne un procédé de préparation d’au moins un mercapto-acide ou ester à partir d’au moins un polyhydroxyalcanoate de départ, comprenant une étape de réaction du polyhydroxyalcanoate de départ avec une solution alcaline de H2S et une étape de neutralisation avec un acide.
[0009] La présente invention concerne également un procédé de synthèse d’un mercapto-acide, comprenant une étape de réaction d’un acide carboxylique a b insaturé et d’une thiourée.
[0010] La présente invention concerne également l’utilisation de mercapto- acides ou esters, obtenus par la mise en oeuvre du procédé de préparation défini ci-dessus ou du procédé de synthèse défini ci-dessus, pour la préparation de polythioesters ou de polyesters à fonctions fhiols.
[0011] La présente invention concerne également un mercapto-ester de formule (II) suivante :
HS-(CH2)a-CHR,-(CH )n-COOR2 (II) dans laquelle :
- a vaut 0 ou 1 ;
- n est un entier de 0 à 5 ;
- Ri représente H ou un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone ;
- R2 représente un groupe polyhydroxyalcanoate comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-].
Description de l'invention
[0012] A fifre préliminaire, on rappellera que le ferme « comprenant » signifie « incluant », « contenant » ou « englobant », c’est-à-dire que lorsqu’un objet « comprend » un élément ou plusieurs éléments, d’autres éléments que ceux mentionnés peuvent également être compris dans l’objet. A contrario, l’expression « consistant en » signifie « constitué de », c’est-à-dire que lorsqu’un objet « consiste en » un élément ou plusieurs éléments, l’objet ne peut pas comprendre d’autres éléments que ceux mentionnés.
[0013] Par ailleurs, comme on l’entend ici, lorsque une variable peut prendre une valeur de X à Y, il est entendu que les bornes de la plage de valeurs, à savoir X et Y, son† incluses dans la plage de valeurs.
Polyhydroxyalcanoate
[0014] Comme on l’entend ici, on désigne par « polyhydroxyalcanoate » (PHA) un polymère polyester d’acide carboxylique comprenant une chaîne alcane substituée par au moins une fonction hydroxyle. On désigne par « mercapto- acide » un acide carboxylique comprenant une chaîne alcane substituée par au moins une fonction thiol.
[0015] Dans un mode de réalisation, le polyhydroxyalcanoate de départ comprend au moins une pluralité d’une unité répétée de formule (I) suivante : [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-j (I) dans laquelle :
- a vaut 0 ou 1 ;
- n est un entier de 0 à 5 ;
- Ri représente H ou un groupe alkyle ou alcényle de 1 à 20 atomes de carbone ; et le mercapto-acide ou ester est de formule (II) suivante : HS-(CH2)a-CHR,-(CH2)n-COOR2 (II) dans laquelle :
R2 représente H, un métal alcalin, tel que Na ou K, ou un groupe polyhydroxyalcanoate de taille inférieure au polyhydroxyalcanoate de départ comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-].
[0016] De préférence, le polyhydroxyalcanoate de départ est un homopolymère représenté par la formule (III) suivante : [-0-(CH2)a-CHR,-(CH2)n-C0-]m (III) dans laquelle m représente un entier de 2 à 10000, et dans lequel le mercapto-acide ou ester est de formule (II) suivante : HS-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-COOR2 (II) dans laquelle :
R2 représente H, un métal alcalin, ou un groupe polyhydroxyalcanoate de formule [- 0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-]P, où p est un entier inférieur à m.
[0017] Plus préférablement, m est inférieur ou égal à 4500, encore plus préférablement m es† inférieur ou égal à 900. Plus préférablement, m es† supérieur ou égal à 10, encore plus préférablement m es† supérieur ou égal à 100.
[0018] De préférence, le polyhydroxyalcanoate de départ es† sélectionné dans le groupe constitué :
- du poly(acide glycolique) (PGA) de formule [-0-CH2-CO-]m,
- du poly(acide lactique) (PLA) de formule [-0-CH(CH3)-CO-]m,
- du poly(3-hydroxypropionate) (P(3HP) de formule [-0-CH2-CH2-C0-] , également nommé polypropiolactone,
- du poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB) de formule [-0-CH(CH3)-CH2-C0-] ,
- du poly(3-hydroxyvalérate) (P(3HV) de formule [-0-CH(CH2CH3)-CH2-C0-] ,
- du poly(3-hydroxyhexanoate) (P(3HHx) de formule [-0-CH(CH2CH2CH3)-CH2-C0-] , - du poly(3-hydroxyocfoafe) (P(3HO) de formule [-0-CH((CH2)4CH3)-CH2-C0-] ,
- du poly(3-hydroxyocfadécanoafe) (P3HOD) de formule [-OCH((CH2)i4CH3)-CH2- CO-] m,
- du poly(4-hydroxybufyrafe) (P(4HB) de formule [-0-CH2-(CH2)2-C0-]m,
- du poly(5-hydroxyvalerafe) (P(5HV) de formule [-0-CH2-(CH2)3-C0-]m,
- du poly(ô-hydroxyhexanoafe) (P(6HHx) de formule [-0-CH2-(CH2)4-C0-]m, également nommé polycaprolacfone,
- ef du poly(3-hydroxy-2-méfhylpropionafe) (PMP ou PMPL) de formule [-0-CH2- CH(CH3)-CO-]m, également appelé PolyHydroxylsoBufyrafe (PHIB) ou poly-2-Mefhyl- Propiolacfone (PMPL).
[0019] Dans un autre mode de réalisation de l’invention, le polyhydroxyalcanoate de départ comprend en outre au moins une pluralité d’une unité répétée de formule (IV) suivante :
[-0-(CH2)b-CHR -(CH2)q-C0-] (IV) dans laquelle :
- b vaut 0 ou 1 ;
- q est un entier de 0 à 5 ;
- R3 représente H ou un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone ; dans lequel le mercapto-acide ou ester est de formule (V) ou de formule (VI) suivante :
HS-(CH2)a-CHR,-(CH )n-COOR4 (V)
HS-(CH2)b-CHR -(CH2)p-COOR4 (VI) dans lesquelles :
R4 représente H, un métal alcalin, tel que Na ou K, ou un groupe polyhydroxyalcanoafe de taille inférieure au polyhydroxyalcanoafe de départ comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-] et une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)b-CHR3-(CH2)q-C0-].
[0020] De préférence, le polyhydroxyalcanoafe de départ es† un copolymère comprenant au moins un segment de formule [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-]j (VII) où j es† un entier de 2 à 10 000 e† au moins un segment de formule [-0- (CH2)b-CHR3-(CH2)q-CO-]k (VIII) où k es† un entier de 2 à 10 000.
[0021 ] Plus préférablement, j es† inférieur ou égal à 4500, encore plus préférablement j es† inférieur ou égal à 900. Plus préférablement, j es† supérieur ou égal à 10, encore plus préférablement j es† supérieur ou égal à 100.
[0022] Plus préférablement, k es† inférieur ou égal à 4500, encore plus préférablement k es† inférieur ou égal à 900. Plus préférablement, k es† supérieur ou égal à 10, encore plus préférablement k es† supérieur ou égal à 100.
[0023] De préférence, le polyhydroxyalcanoate de départ es† un copolymère de polymères sélectionnés dans le groupe constitué du poly(acide glycolique) (PGA), du poly(acide lactique) (PLA), du poly(3-hydroxypropiona†e) (P(3HP)), de polypropiolactone (P3HP) , du poly(3-hydroxybu†yra†e) (P(3HB)), du poly(3- hydroxyvalérate) (P(3HV)), du poly(3-hydroxyhexanoa†e) (P(3HHx)), du poly(3- hydroxyoctanoate) (P(3HO)), du poly(3-hydroxyoctadécanoate) (P3HOD)), du poly(4-hydroxybu†yra†e) (P(4HB)), du poly(5-hydroxyvalérate) (P(5HV)), e† du poly(ô-hydroxyhexanoate) (P(6HHx)), e† du poly(3-hydroxy-2- méthylpropionate) (PHIB).
[0024] De préférence, le polyhydroxyalcanoate de départ es† un déchet industriel ou de consommation. Le procédé selon l’invention es† alors un procédé de recyclage de polyhydroxyalcanoate. Solution alcaline de H2S
[0025] La solution alcaline de H2S selon l’invention peut être aisément préparée par la personne du métier sur la base des indications données dans les Exemples. Elle est préférentiellement préparée en mélangeant une solution aqueuse d’une base avec du H2S. De préférence, la base es† une base forte, notamment une base alcaline, telle que NaOH ou KOH. On préfère, selon l’invention, que le rapport molaire de H2S par rapport à la base soi† supérieur ou égal à 1, de préférence supérieur à 1. On préfère également, selon l’invention, que le rapport molaire de H2S par rapport à la base soi† inférieur à 1,2, de préférence inférieur à 1,14. De préférence, la solution alcaline es† saturée en H2S. De préférence, le pH de la solution alcaline de H2S selon l’invention es† de 6 à 8. De préférence, la teneur en K2S ou en NÜ2S de la solution alcaline de H2S es† inférieure à 1 % en poids.
Etape de réaction du polyhydroxyalcanoate avec la solution alcaline de H2S
[0026] Les conditions de l’étape de réaction avec la solution alcaline de H2S selon l’invention peuvent être aisément déterminées par la personne du métier à partir des indications données dans les Exemples.
[0027] De préférence, l’hydroxyalcanoate de départ es† ajouté à la solution alcaline de H2S, plus préférablement progressivement e† sous agitation.
[0028] De préférence, l’étape de réaction es† conduite à une température de 0°C à 140 °C, plus préférablement de 0°C à 120 °C.
[0029] De préférence, l’étape de réaction es† conduite sous une pression de 1 bord 15 bars absolus.
[0030] De préférence, l’étape de réaction es† conduite pendant une durée de 10 minutes à 6 heures, plus préférablement de 15 minutes à 2 heures.
Etape de neutralisation
[0031 ] De préférence, l’étape de neutralisation amène le pH à une valeur de 2 à 4, plus préférablement de 2 à 3.
[0032] De préférence, l’étape de neutralisation es† effectuée à l’aide d’un acide fort, tel que HCl ou H2SO4.
[0033] De préférence, l’étape de neutralisation es† suivie d’une étape de récupération du mercapto-acide, notamment sous forme de sel. Thîourée
[0034] Comme on l’entend ici une thîourée est une thiocétone (ou thione) dans laquelle l’atome de carbone est lié à deux atomes d’azote, lesquels peuvent être substitué par H ou par d’autres groupements.
[0035] De préférence, la thîourée selon l’invention est représentée par la formule (XII) suivante :
[Chem 1 ]
Figure imgf000008_0001
(XII) dans laquelle Rz, Rs, R9 et Rio représentent indépendamment H, un groupe alkyle ou alcényle de 1 à 5 atomes de carbone, ou un groupe aryle de 5 à 10 atomes de carbone.
[0036] De préférence, l’un de Rz et Rs et l’un de R9 et Rio représente H. De préférence, Rz (ou Rs) représente H, R9 (ou Rio) représente H et Rs et Rio (ou Rz et R9) son† identiques.
[0037] De préférence, la thîourée selon l’invention est sélectionnée dans le groupe constitué de la thîourée (CH4N2S), de la dibutyl-thiourée, de la diéthyl- thiourée, de la diméthyl-thiourée, la diphényl-thiourée, l’éthylène-thiourée, et leurs mélanges.
Acide carboxylique a b insaturé
[0038] Comme on l’entend ici, un acide carboxylique a b insaturé se réfère à un composé comprenant au moins une fonction acide carboxylique et une fonction alcène entre le carbone en a de la fonction acide carboxylique et un carbone en b de la fonction acide carboxylique.
[0039] L’acide carboxylique a b insaturé selon l’invention peut par exemple être issu d’une réaction de métathèse croisée entre une oléfine, de préférence une alpha oléfine, et l’acide acrylique ou un ester de l’acide acrylique, l’ester étant ensuite hydrolysé.
[0040] De préférence, l’acide carboxylique a b insaturé selon l’invention est de formule (IX) suivante :
R5-HC=CRÔ-COOH (IX) dans laquelle Rs e† RÔ représentent indépendamment H ou un groupe alkyle de 1 à 18, de préférence 1 à 10, plus préférablement 1 à 2, atomes de carbone éventuellement substitué par au moins une fonction acide carboxylique, et dans lequel le mercapto-acide est de formule (X) et/ou de formule (XI) suivantes : R5-H2C-CR6SH-COOH (X)
R5-HC(SH)-CHR6-COOH (XI)
[0041 ] Dans un mode de réalisation de l’invention, l’acide carboxylique a b insaturé est un monoacide carboxylique. De préférence, l’acide carboxylique a b insaturé selon l’invention est alors sélectionné dans le groupe constitué de l’acide méthacrylique (Rs = H et RÔ = CH3), de l’acide acrylique (Rs = H et RÔ = H) et de l’acide crotonique (Rs = CH3 et RÔ = H).
[0042] Dans un autre mode de réalisation de l’invention, l’acide carboxylique a b insaturé est un diacide carboxylique. De préférence, Rs est alors sélectionné dans le groupe constitué de -COOH, -CH2-CH2-COOH, -CH=CH-COOH. De préférence, l’acide carboxylique a b insaturé est sélectionné dans le groupe constitué de l’acide maléique, de l’acide itaconique, de l’acide fumarique, et de l’acide muconique.
[0043] L’acide maléique de formule HOOC-CH=CH-COOH est également nommé acide cis-butènedioïque.
[0044] L’acide fumarique de formule HOOC-CH=CH-COOH est également nommé acide trans-butènedioïque.
[0045] L’acide itaconique de formule HOOC-C(=CH2)-CH2-COOH est également nommé acide 2-méthylène succinique.
[0046] L’acide muconique de formule HOOC-CH=CH-CH=CH-COOH peut être l’acide (cis, cis), (cis, frans) ou (trans, frans) hexadiènedioïque.
Etape de réaction de l'acide carboxylique a b insaturé et de la thiourée
[0047] Les conditions de l’étape de réaction entre l’acide carboxylique a b insaturé et de la thiourée selon l’invention peuvent être aisément déterminées par la personne du métier à partir des indications données dans les Exemples.
[0048] De préférence, l’acide carboxylique a b insaturé est ajouté à la thiourée dans un solvant, plus préférablement progressivement et sous agitation.
[0049] De préférence, l’étape de réaction est conduite à une température de 40 à 120 °C [0050] De préférence, l’étape de réaction est conduite sous une pression de 1 à 5 Bars.
[0051 ] De préférence, l’étape de réaction est conduite pendant une durée du 1 à 10 heures.
Etape d'alcalinisation
[0052] De préférence, le procédé de synthèse selon l’invention comprend une étape d’alcalinisation par ajout d’une base et de récupération du mercapto- acide sous forme d’un sel.
[0053] De préférence, l’étape d’alcalinisation amène le pH à une valeur de 2 à 4, préférablement de 2,5 à 3.
[0054] De préférence, l’étape d’alcalinisation est effectuée à l’aide d’une base forte, telle que NaOH ou KOH.
Etape d'acidification
[0055] De préférence, le procédé de synthèse selon l’invention comprend en outre une étape d’acidification après l’étape d’alcalinisation par ajout d’un acide et de récupération du mercapto-acide sous sa forme protonée.
[0056] De préférence, l’étape d’acidification amène le pH à une valeur de 2 à 4, plus préférablement de 2 à 3.
[0057] De préférence, l’étape d’alcalinisation est effectuée à l’aide d’un acide fort, tel que HCl ou H2SO4.
Mercapto-acides
[0058] De préférence, notamment lorsqu’il est dérivé d’un polyhydroxyalcanoate selon l’invention, le mercapto-acide selon l’invention est sélectionné dans le groupe constitué de l’acide mercapto-acétique, de formule HS-CH2-COOH, de l’acide 2-mercapto-propanoïque, de formule HS- CH(CH3)-COOH, de l’acide 3-mercapto-propionique, de formule HS-CH2-CH2- COOH, de l’acide 3-mercapto-butyrique, de formule HS-CH(CH3)-CH2-COOH, de l’acide 3-mercapto-valérique, de formule HS-CH(CH2CH3)-(CH2)-COOH, de l’acide 3-mercapto-hexanoïque, de formule HS-CH(CH2CH2CH3)-(CH2)-COOH, de l’acide 3-mercapto-octanoïque, de formule HS-CH((CH2)4CH3)-(CH2)- COOH, de l’acide 3-mercapto-octadécanoïque, de formule HS-CH(Ci5H3i)- (CH2)-COOH, de l’acide 4-mercap†o-bu†yrique HS-CH2-(CH2)2-COOH, de l’acide 5-mercapto-valérique, de formule HS-CH2-(CH2)3-COOH, de l’acide 6- mercapfo-hexanoïque, de formule HS-CH2-(CH2)4-COOH, ef de l’acide 3- mercapfo-2-méfhylpropionique, de formule HS-CH2-CH(CH3)-COOH.
[0059] De préférence, nofammenf lorsqu’il es† dérivé d’un acide carboxylique a b insafuré selon l'invention, le mercapfo-acide selon l’invention es† sélectionné dans le groupe constitué de l’acide 2-mercapto-butanedioïque, de formule HOOC-CH(SH)-CH2-COOH, de l’acide 2-mercapto-hexa-4-ène- dioïque, de formule HOOC-CH(SH)-CH2-CH=CH-COOH, de l’acide 3- mercapfo-hexa-4-ène-dioïque, de formule HOOC-CH2-CH(SH)-CH=CH-COOH, de l’acide 2,5-dimercapfo-hexane-dioïque, de formule HOOC-CH(SH)-CH2- CH2-CH(SH)-COOH, de l’acide 3,4-dimercapfo-hexane-dioïque, de formule HOOC-CH2-CH(SH)-CH(SH)-CH -COOH, ef de l’acide 2- (sulfanylméfhyl)bufanedioïque, de formule HOOC-CH2-CH(CH2SH)-COOH.
Mercapto- esters
[0060] De préférence, pour le mercapfo-esfer de formule (II) selon l’invention, l'unité [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-] es† répétée p fois, où p es† un entier inférieur à 4500, plus préférablement inférieur ou égal à 900. Préférablement, p es† supérieur ou égal à 10, plus préférablement p es† supérieur ou égal à 100.
Polythîoesters et polyesters à fonctions thiols
[0061] Comme on l'entend ici un polyfhioesfer (PTE) es† un polymère comprenant un enchaînement de mercapfo-acides selon l’invention.
[0062] Comme on l'entend ici un polyester à fonctions fhiols es† un composé comprenant plusieurs mercapto-acides selon l’invention liés à un polyol, c’est- à-dire un composé comprenant plusieurs fonctions hydroxyles, par l’intermédiaire de fonctions esters formées entre les fonctions hydroxyles du polyol et les fonctions acides carboxyliques des mercapto-acides. En particulier, le polyester à fonctions thiols selon l’invention peut-être un polymère constitué de l’enchaînement de mercapto-diacides et de polyols, notamment de diols, reliés par des fonctions esters.
[0063] De préférence, le polyol selon l’invention est sélectionné dans le groupe constitué d’un glycol, tel que l’éthylène glycol, le diéthylène glycol, le triéthylène glycol, le propylène glycol, le triméthylène glycol, le butylène glycol, le n-butylène glycol, le 2,3-butylène glycol, du glycérol, de l’érythritol, du xylitol, de l’arabitol, du ribitol, du sorbitol, du dulcitol, du mannitol, du volémitol, du maltitol, de l’isomaltitol, du lactitol, du triméthylolpropane, du néopentylglycol, de l’hexanediol 1 ,6, de l’hexylène glycol, du 2-méthyl-l ,3-propanedol et du pentaérythritol.
[0064] De préférence, les polyfhioesfers et polyesters à fonctions thiols selon l’invention comprennent des mercapfo-acides de formule (II), (X) ou (XI) selon l’invention, notamment sélectionnés dans le groupe constitué de l’acide mercapfo-acéfique, de l’acide 2-mercapfo-propanoïque, de l’acide 3- mercapfo-propionique, de l’acide 3-mercap†o-bu†yrique, de l’acide 3- mercapfo-valérique, de l’acide 3-mecrapfo-hexanoïque, de l’acide 3- mercapfo-ocfanoïque, de l’acide 3-mercapfo-ocfadécanoïque, de l’acide 4- mercapfo-bufyrique, de l’acide 5-mercapfo-valérique, de l’acide 6-mercapfo- hexanoïque, et de l’acide 3-mercapfo-2-méfhylpropionique ou dans le groupe constitué de l’acide 2-mercapfo-bufanedioïque, de l’acide 2-mecapfo-hexa- 4-ène-dioïque, de l’acide 3-mecapfo-hexa-4-ène-dioïque, de l’acide 2,5- dimercapfo-hexane-dioïque, de l’acide 3,4-dimercapfo-hexane-dioïque, et de l’acide 2-(sulfanylméfhyl)bufanedioïque.
[0065] L’invention concerne également un procédé de préparation d’au moins un polyfhioesfer ou polyester à fonctions thiols comprenant : la préparation d’au moins un mercapfo-acide ou ester par la mise en oeuvre du procédé de préparation défini ci-dessus ou la synthèse d’au moins un mercapfo-acide par la mise en oeuvre du procédé de synthèse défini ci-dessus ; et la préparation du polyfhioesfer ou polyester à fonctions thiols à partir du mercapfo acide ou ester.
[0066] L’invention concerne également l'utilisation d’un mercapfo-esfer de formule (II) suivante :
HS-(CH2)a-CHR,-(CH )n-COOR2 (II) dans laquelle :
- a vau† 0 ou 1 ;
- n es† un entier de 0 à 5 ;
- Ri représente H ou un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone ; - R2 représente un groupe polyhydroxyalcanoate comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-], pour la préparation de polythioesters ou de polyesters à fonctions fhiols.
Exemples
[0067] Exemple 1 : Préparation d'acide 3-mercaptopropionique à partir de polypropiolactone (P(3HP))
[0068] 10 g de polypropiolactone (Rinnovo™ 3HP H 1000 X, NOVOMER) sont mis en contact avec une solution de soude saturée en H2S (avec un léger excès de H2S par rapport à la soude en rapport molaire). On assure un excès de soude par rapport aux fonctions esters de 2.5 mole/mole. La solution es† maintenue à 0°C à l’aide d’un bain réfrigérant. L’ajout de polypropiolactone es† effectué très progressivement, sous agitation vigoureuse, sur une durée de 20 minutes.
[0069] Après ajout, la température es† augmentée jusqu 'à 25 °C. Après 1 heure, la réaction es† terminée e† la solution es† acidifiée jusqu’à un pH de 2 par de l’acide chlorhydrique.
[0070] La phase organique es† extraite par de l 'éther éthylique, et lavée avec de l’eau. Ensuite le mercapfo-acide es† distillé sous vide (3 mmHg) à 85-86 °C. On obtient ainsi 5 g d’acide 3-mercapfopropionique, qui es† encore purifié par extraction, pour éliminer un résidu solide qui se forme.
[0071] Exemple 2 : Préparation de l'acide 3-mercapto-butyrique à partir de poly[acide (R)-3-hydroxybutyrique] (P(3HB))
[0072] 100 g de poly[acide (R)-3-hydroxybufyrique] (ref. 363502, SIGMA-
ALDIRCH) sont ajoutés progressivement à une solution aqueuse de soude saturée en H2S. On opère sous pression de 10 bars et à 120 °C. Les conditions sont maintenues pendant 4 heures, et le pH es† régulé à 6,8 -7,5.
[0073] En fin de réaction, la pression es† redescendue à la pression atmosphérique, le réacteur es† refroidi à température ambiante, et la solution obtenue es† acidifiée par une solution concentrée de HCl. Un dégagement gazeux de l’excès de H2S es† observé.
[0074] La phase organique es† extraite avec de l’éfher isopropylique et es† recrisfallisée. On obtient ainsi l’acide 3-mercap†o-bu†yrique. [0075] Exemple 3 : Préparation de l'acide 3-mercapto butyrique et de l'acide 3-mercapto-valérique à partir de poly[(acide 3-hydroxybutyrique)-co-(acide 3-hydroxyvalérique)] (PHBV)
[0076] 100 grammes de poly[(acide 3-hydroxybu†yrique)-co-(acide 3- hydroxyvalérique)] (réf. 403105, SIGMA-ALDRICH) son† placés dans une extrudeuse (Compounder bivis micro-conique HAAKE™ MiniCTW, THERMO FISHER SCIENTIFIC) spécialement modifiée qui es† préchauffée à 330 °C. En sortie d’exfrudeuse, un séparateur gaz-solide (cylindre de 10 cm de diamètre) es† connecté. En son sommet, il est raccordé avec un système de vide par venturi. En entrée d’extrudeuse, une alimentation continue de polymère, maintenue sous flux d’azote est effectuée. Pour le système de venturi, une solution aqueuse de potasse saturée de H2S est mise en circulation pour réaliser un vide partiel de l’installation. La solution de KSH est accumulée dans un réservoir, et le liquide est pompé à mi-hauteur du réservoir pour garantir une circulation. La solution est maintenue à 15°C par refroidissement externe. Quand l’installation est équilibrée, le débit de polymère dans l’extrudeuse est mis en route à raison de 100 g/h.
[0077] Environ 5 % du polymère n’est pas décomposé et est récupéré en sortie de l’extrudeuse dans le séparateur. La solution alcaline saturée est récupérée et acidifiée par de l’acide sulfurique, et la phase organique est extraite avec un solvant. Le mélange d’acides 3-mercapto butyrique et 3-mercapto- valérique est purifié par recristallisation.
[0078] Exemple 4 : Préparation d'acide 3-mercapto-2-méthylpropionique à partir de poly[acide 3-hydroxy-2-méthylpropionique] (P(3HIBA))
[0079] On prépare dans un premier temps du poly[acide 3-hydroxy-2- méthylpropionique] à partir de 5 g de 3-hydroxy-2-méthylpropionate de méthyle (réf. 270148, SIGMA ALDRICH) qui est mis en contact avec 50 microlitres de ter-butoxyde de titane (utilisé comme catalyseur de transestérification), sous flux azote. La température du mélange est progressivement augmentée de 20 à 150 °C en 15 minutes et maintenue pendant 5 heures. Après 5 heures à 150 °C, le flux d’azote est interrompu et le milieu réactionnel est placé sous vide de 1 mmHg afin de déplacer la réaction de transestérification, et on attend 4 heures de plus dans ces conditions, puis on refroidit sous flux d’azote. Le poly[acide 3-hydroxy-2-méthylpropionique] obtenu est alors isolé par dissolution dans le chloroforme e† précipitation dans le diéfhyléfher, puis séchage sous vide.
[0080] Alternativement, on prépare du poly[acide 3-hydroxy-2- méfhylpropionique] à partir de (-)-Methyl (S)-3-bromo-2-me†hylpropiona†e (réf. 324922, SIGMA ALDRICH). Le bromo-esfer es† hydrolysé en présence d’acide sulfurique e† l’acide 3-bromo-2-méthylpropionique es† récupéré, e† purifié par distillation à 86-87°C sous 1 .2 mm Hg). 5 g de l’acide sont mélangés avec 5 ml d’eau distillée dans un bain de glace, pour atteindre moins de 10 °C. Une solution saturée de bicarbonate de sodium es† ajoutée de sorte que le pH soi† compris entre 7.5 e† 7.8. Ensuite du chloroforme (50 ml) e† du (C4H9)4NBr (96 mg, 1 % molaire) sont ajoutés. Le mélange biphasique es† vigoureusement agité, pendant 16h e† à moins de 15 °C. La phase organique es† séparée, lavée 2 fois avec de l’eau distillée, e† séchée sur sulfate de sodium. Le solvant es† éliminé par évaporation sous vide. La lacfone obtenue es† purifiée par distillation à court temps de trajet à 45°C. La synthèse du poly[acide 3-hydroxy-2- méfhylpropionique] es† ensuite effectuée de la manière suivante : 2 millilitres de 2-méfhylpropiolacfone sont placés dans un tube de Schlenk, 16 ml de Tefrahydrofurane fraîchement distillés sont ajoutés ; l’acétate de potassium es† ajouté comme initiateur ainsi que de l’éther couronne (dibenzéno-18- couronne-6) comme co-ca†alyseur à hauteur de 1 % molaire du monomère (lactone). On agite pendant 24 heures pour obtenir le poly[acide 3-hydroxy-2- méthylpropioniquej. En fin de synthèse on ajoute le polymère dans du méthanol pour le précipiter, on l’isole e† on le sèche sous vide.
[0081 ] Le poly[acide 3-hydroxy-2-méthylpropionique] obtenu selon l’une des voies ci-dessus es† placé dans une enceinte chauffée e† connectée par sa phase gaz avec un système de venturi. Pour le venturi, une circulation d’une solution liquide de soude saturée en H2S es† mise en place. L’enceinte chauffée es† purgée à l’azote, puis la circulation du liquide es† mise en route de manière à obtenir un vide partiel dans l’enceinte chauffée - contrôlé par l’ajout continu d’azote. La température de l’enceinte chauffée es† amenée rapidement à 350 °C (en environ 35 minutes). Les produits de décomposition du polymère sont ainsi mis en contact avec la solution de soude saturée en H2S. [0082] Après réaction, la solution est récupérée et acidifiée avec de l’acide chlorhydrique. L’acide 3-mercapfo-2-méfhylpropionique es† ainsi récupéré e† isolé par extraction avec du chloroforme e† es† purifié par recristallisation.
[0083] Exemple 5 : Préparation de l'acide thiomalique (mercaptosuccinique) à partir d'anhydride maléique.
[0084] L’anhydride maléique e† la thiourée sont dissous dans de l’acétone e† la réaction es† faite à 50 °C pendant 3 heures. Ensuite le mélange es† refroidi, filtré e† lavé. Alternativement on peu† centrifuger le mélange, séparer e† le remettre en suspension pour le laver.
[0085] Le produit obtenu es† ensuite hydrolysé par une solution de soude à 100 °C (reflux) pendant 2 heures. Un dégagement d’ammoniac se produit e† il es† éliminé. Le produit es† alors acidifié par une solution d’acide chlorhydrique concentré (de pH 1 à 2). Les pKa de l’acide thiomalique sont de 10,94 - 4,94 - 3,30. On abaisse donc le pH en-dessous de 3 afin de récupérer la forme acide. L’acide récupéré es† séparé de la solution par évaporation.
[0086] L’acide thiomalique peu† être purifié par extraction solvant, par exemple avec le 1-butanol, l’acétonitrile, l’éthanol ou le méthanol. Le produit es† dissout à chaud dans le solvant, séparé des sels e† cristallise en refroidissant. Le solvant peu† aussi être éliminé par évaporation. Alternativement l’acide thiomalique es† purifié par recristallisation.
[0087] Exemple 6 : Préparation de l'acide 3-mercapto-butyrique à partir de poly[acide (R)-3-hydroxybutyrique] (P(3HB)) et de thiourée
[0088] 100 g de poly[acide (R)-3-hydroxybu†yrique] (ref. 363502, SIGMA-
ALDIRCH) sont ajoutés progressivement à une solution de thiourée dans un solvant (mélange éthanol (20 % mol)+Me†hanol (80 % mol). On opère sous pression de 1 bar e† à 50 °C avec reflux. Les conditions sont maintenues pendant 3 heures.
[0089] En fin de réaction, la température es† redescendue à la température ambiante, e† la solution obtenue es† filtrée. Le solide récupéré es† lavé avec le solvant. Le solide es† alors traité avec une solution de soude concentrée à reflux pendant 2 heures. Un dégagement d’ammoniac es† observé. En fin de réaction la solution es† acidifiée par une solution concentrée de HCl (pH de 1 ,5). L’excès d’eau e† d’HCI son† évaporés, e† le produit es† dissout dans un solvant à chaud avec le minimum de solvant, les sels insolubles son† filtrés et réservés, et le filtrat est refroidi à température ambiante. La phase organique est extraite avec de l’éther isopropylique et est recristallisée. On obtient ainsi l’acide 3-mercapto-butyrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d’au moins un mercapto-acide ou ester à partir d’au moins un polyhydroxyalcanoate de départ, comprenant une étape de réaction du polyhydroxyalcanoate de départ avec une solution alcaline de H2S et une étape de neutralisation avec un acide.
2. Procédé de préparation selon la revendication 1, dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ comprend au moins une pluralité d’une unité répétée de formule (I) suivante :
[-0-(CH2)a-CHRl-(CH2)n-C0-] (I) dans laquelle :
- a vau† 0 ou 1 ;
- n es† un entier de 0 à 5 ;
- Ri représente H ou un groupe alkyle ou alcényle de 1 à 20 atomes de carbone ; e† dans lequel le mercapto-acide ou ester es† de formule (II) suivante : HS-(CH2)a-CHR,-(CH )n-COOR2 (II) dans laquelle :
R2 représente H, un métal alcalin, ou un groupe polyhydroxyalcanoate de taille inférieure au polyhydroxyalcanoate de départ comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-].
3. Procédé de préparation selon la revendication 2, dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ es† un homopolymère représenté par la formule (III) suivante :
[-0-(CH2)a-CHR,-(CH2)n-C0-]m (III) dans laquelle m représente un entier de 2 à 10000, e† dans lequel le mercapto-acide ou ester es† de formule (II) suivante :
HS-(CH2)a-CHR,-(CH )n-COOR2 (II) dans laquelle :
R2 représente H, un métal alcalin, ou un groupe polyhydroxyalcanoate de formule [- 0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-]P, où p es† un entier inférieur à m.
4. Procédé de préparation selon la revendication 3, dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ est sélectionné dans le groupe constitué du poly(acide glycolique) (PGA), du poly(acide lactique) (PLA), du poly(3- hydroxypropionate) (P(3HP)) , du poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)), du poly(3- hydroxyvalerate) (P(3HV)), du poly(3-hydroxyhexanoate) (P(3HHx)), du poly(3- hydroxyoctoate) (P(3HO)), du poly(3-hydroxyoc†adecanoa†e) (P3HOD)), du poly(4- hydroxybutyrate) (P(4HB)), du poly(5-hydroxyvalerate) (P(5HV)), du poly(6- hydroxyhexanoate) (P(6HHx)), et du poly(3-hydroxy-2-méthyl propionate) (PMPL ou PHIB).
5. Procédé de préparation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ comprend en outre au moins une pluralité d’une unité répétée de formule (IV) suivante :
[-0-(CH2)b-CHR -(CH2)q-C0-] (IV) dans laquelle :
- b vau† 0 ou 1 ;
- q es† un entier de 0 à 5 ;
- R3 représente H ou un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone ; dans lequel le mercapto-acide ou ester es† de formule (V) ou de formule (VI) suivante : HS-(CH2)a-CHR,-(CH2)n-COOR4 (V)
HS-(CH2)b-CHR3-(CH2)P-COOR4 (VI) dans lesquelles :
R4 représente H, un métal alcalin, ou un groupe polyhydroxyalcanoate de taille inférieure au polyhydroxyalcanoate de départ comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-] e† une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)b-CHR3-(CH2)q-C0-].
6. Procédé de préparation selon la revendication 5, dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ es† un copolymère comprenant au moins un segment de formule [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-]j (VII) où j es† un entier de 2 à 10000 e† au moins un segment de formule [-0-(CH2)b-CHR3-(CH2)q-C0-]k (VIII) où k es† un entier de 2 à 10 000.
7. Procédé de préparation selon la revendication 5 ou 6 dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ est un copolymère de polymères sélectionnés dans le groupe constitué du poly(acide glycolique) (PGA), du poly(acide lactique) (PLA), du poly(3-hydroxypropionate) (P(3HP)) , de polypropiolactone (c’est le même que le P3HP) , du poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)), du poly(3-hydroxyvalerate) (P(3HV)), du poly(3-hydroxyhexanoate) (P(3HHx)), du poly(3-hydroxyoctoate) (P(3HO)), du poly(3- hydroxyoctadecanoate) (P3HOD)), du poly(4-hydroxybutyrate) (P(4HB)), du poly(5- hydroxyvalerate) (P(5HV)), et du poly(ô-hydroxyhexanoate) (P(6HHx)), et du poly(3- hydroxy-2-méthyl propionate) (PMPL ou PHIB).
8. Procédé de préparation selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le polyhydroxyalcanoate de départ est un déchet industriel ou de consommation.
9. Procédé de synthèse d’un mercapto-acide, comprenant une étape de réaction d’un acide carboxylique a b insaturé et d’une thiourée.
10. Procédé de synthèse selon la revendication 9, dans lequel l’acide carboxylique a b insaturé est de formule (IX) suivante :
R5-HC=CRÔ-COOH (IX) dans laquelle Rs e† RÔ représentent indépendamment H ou un groupe alkyle de 1 à 18 atomes de carbone éventuellement substitué par au moins une fonction acide carboxylique, e† dans lequel le mercapto-acide es† de formule (X) et/ou de formule (XI) suivantes : R5-H2C-CR6SH-COOH (X)
R5-HC(SH)-CHR6-COOH (XI)
11. Procédé de synthèse selon la revendication 9, dans lequel l’acide carboxylique a b insaturé es† un diacide carboxylique, de préférence sélectionné dans le groupe constitué de l’acide maléique, de l’acide itaconique, de l’acide fumarique, e† de l’acide muconique.
12. Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications 9 à 1 1 , dans lequel la thiourée es† représentée par la formule (XII) suivante :
[Chem 1 ]
Figure imgf000022_0001
(XII) dans laquelle Rz, Rs, R9 e† Rio représentent indépendamment H, un groupe alkyle ou alcényle de 1 à 5 atomes de carbone, ou un groupe aryle de 5 à 10 atomes de carbone.
13. Procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, comprenant une étape d’alcalinisation par ajout d’une base et de récupération du mercapto-acide sous forme d’un sel éventuellement suivie d’une étape d’acidification par ajout d’un acide et de récupération du mercapto-acide sous forme protonée.
14. Utilisation de mercapto-acides ou esters obtenus par la mise en œuvre du procédé de préparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 ou de mercapto- acides obtenus par la mise en œuvre du procédé de synthèse selon l’une quelconque des revendications 9 à 13 pour la préparation de polythioesters et de polyesters à fonctions fhiols.
15. Mercapto-ester de formule (II) suivante :
HS-(CH2)a-CHR,-(CH )n-COOR2 (II) dans laquelle :
- a vaut 0 ou 1 ;
- n est un entier de 0 à 5 ;
- Ri représente H ou un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone ;
- R2 représente un groupe polyhydroxyalcanoate comprenant au moins une pluralité d’une unité répétée [-0-(CH2)a-CHRi-(CH2)n-C0-j.
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