Brevet FR2009080A1 — publié le 19700130

i 200908® La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'azétidinones 3j3-disubstituées par déhalohydratation de 3-halogénocarbonamides en présence de composés basiques à chaud. Les 2-azétidinones, amides cycliques internes d'acides 5 3-aminoearboxyliques, ne peuvent être préparées directement à partir des acides 3-aminocarboxyliques. La cyclisation des esters d'acides 3-aminocarboxyliques par les composés organomagnésiens (Liebigs Annalen der Chemie 6l4, 158 (1958)) et la cyclisation des acides 3-aminocarboxyliques par le pentachlorure de phospho-jO re en présence de chlorure d'acétyle (brevet français 1.273.869 et 1.273.870) ne sont pas rentables, car les acides 3-aminoearboxyliques, en particulier 2,2-disubstitués, sont généralement coûteux à préparer. Le procédé décrit dans Angewandte Chemie 74, 523-524 (1962), à savoir l'addition de l'isocyanate de ehlorosul-jej fonyle sur les oléfines, ne permet pas d'obtenir toutes les 2-a-zétidinones 3#3-disubstituées. Un mémoire du Bulletin de l'Acacé-fflie des Sciences de 1*11.11.S.S., Section des Sciences Chimiques, i960, pp. 594-601, décrit la débromhydratation des 3-bromocarbo-namides par 1'amidure de sodium dans l'ammoniac liquide, et en 20 particulier la débromhydratation des 3-bromo-3-arylpropionamides par l'hydroxyde de potassium, de sodium ou de'lithium ou le "Triton B" à 0*C dans des eétones aliphatiques comme solvants. Ce mémoire mentionne aussi la cyclisation des 3-bromo-2,2-diphé-nylcarbonamides par l'éthanolate de sodium, le dérivé sodé de 25 l'alcool isopropylique ou les hydroxydes ci-dessus dans l'éthanol, avec formation de 3j 3-diphényl-2-azétidinones. Mais ce procédé ne s'applique pas bien aux autres 3-bromocarboriamides 2,2-disubsti tués (Liebigs Annalen der Chemie 673. (1964)). Aussi, dans l'état actuel de la technique, préfère-t-on généralement la cyclisation 50 par l'amidure de sodium dans l'ammoniac liquide, qui ne donne pas d'excellents résultats. Le brevet américain 3-297«754 décrit l'emploi, comme agents de condensation pour les 3-halogénocarbonamides, d'hydru-res, de dérivés organométalliques et d'alcoolates tertiaires des 55 métaux alcalins et alcalinoterreux dont la basicité est inférieure ou égale à l'acidité des alcools tertiaires, en présence de solvants polaires (colonne 3, ligne 45). Le 3-bromopivalamide ne se transforme pas en lactame en présence de carbonate de lithium et de diméthyiformamide (tableau 1, exemple £). uq On a découvert qu'on obtient avantageusement des 2-azé- BAO ORIQISM. 3 69 16337 2 2009080 tidinones 3j3-disubstituées de fcrrr.uie générale : î'1 R? - c c = o (i) 5 -Il R - C N " R,, 5 I 4 H où R^, Rgj R^ et R^ peuvent être identiques ou différents et 10 représentent chacun un radical aliphatique, cycloaliphatique, aryl-aliphatiaue ou aromatique, R^ et R pouvant représenter chacun un atome d'hydrogène, R^ et R^ pouvant former un noyau cycloaliphatique avec les atomes de carbone adjacents, par dé-halohydratation des 3-halogénocarbonamides en présente de compo-15 sés basiques à chaud, en dénalogénohydratant entre 100°C et 450°C les 3-halogénocarbonamides de formule générale : R1 30 55 20 X - CH - C - C - N - Ru (II) I I II « Rj R2 0 où Rj^j Rg, R^ et R^ ont les significations ci-dessus et X est 25 un atome d'halogène, en présence de composés basiques des métaux . des groupes I, II, III, la, lia, Illa, IVa, VIIa ou Villa qui ont une basicité supérieure à l'acidité de l'alcool t-butylique. La réaction peut être représentée par l'équation suivan te dans le cas du 3-bromopivalométhylamide : 40 CH, OH, j 3 Na2C0^ | 3 Br - CH0 - C - C - N - CH, — \ CH, - C - C = 0 2 I II -H Br 3 | I CH, 0 H_C - N - CH, 3 2 3 Par comparaison avec les procédés connus, le procédé de l'invention donne-un grand nombre de 2-azétidinones 3,3-disucs-tituées d'une manière plus simple et dans certains cas avec de meilleurs rendements et dans un plus grand état de pureté. Compte tenu de l'état actuel de la techniave, il est remarquable que COPY 16337 2009080 l'on obtienne ces avantages en employant les catalyseurs indiqués et dans l'intervalle de température indiqué. On emploie comme réactifs les 3-halogénocarbonamides de formule générale II, qui s'obtiennent facilement en traitant les chlorures des acides 3-halogénocarboxyliques par l'ammoniac ou les aminés. Les réactifs II préférés et les produits de réaction I correspondants préférés sont ceux dans les formules desquels R2, R^ et R^ sont identiques ou différents et représentent chacun un radical alkyle, cycloalkyle, aryl-alkyle ou aryle contenant jusqu'à 10 atomes de carbone, en particulier jusqu'à 7 atomes de carbone, R^ et R^ pouvant représenter chacun un atome d'hydrogène, R1 et R^ pouvant former un noyau cycloaliphatique avec les atomes de carbone adjacents, de préférence un noyau à 5.ou 6 chaînons, et X représente un atome de chlore ou de brome. Les radicaux R peuvent être substitués par des groupes et/ou âtomes inertes dans les conditions de réaction, par exemple des atomes de chlore ou de brome sur des radicaux alkyle, des groupes nitro, des groupes alkyle contenant 1 à 6 atomes de carbone. Les produits de réaction I plus particulièrement préférés sont les nouvelles j5-diméthyl-2-azétidinones substituées en position 1 par un radical phényle ou halogénophényle, et les produits indiqués dans les exemples 10 à 15. Le radical phényle en position 1 est de.préférence non substitué ou substitué par un ou deux atomes de chlore et/ou de brome. Si l'on emploie des 3-halogénocarbonamides non substitués sur l'atome dlazote, il peut se former, selon la nature du métal du composé basique, des quantités variables des 3-hydroxycarbonitriles correspondants. Quant on emploie des diamides comme réactifs II, on obtient- les diazétidinones correspondantes. .Parmi les 3-halogénocarbonamides utilisables comme réactifs II figurent le 3-fchloro-2,2-diméthylpropionamide, le 3-chloro-2,2-diéthylpropionamide, le 3-chloro-2,-2-di-isopropylpropionamide, le 3-chloro-2,2-dibutylpropionamide, le 3-bromo-2-méthyl-2-propyl-propionamide, le 3-bromo-2-méthyl-2-cyclohexylpropionamide, le 1-chlorométhylcyclobutanecarbonamide, le 1-chlorométhylcyclopentane-carbonamide, le 1-chlorométhylcyclohexanecarbonamide, le 1-chloro-méthylcycloheptanecarbonamide, le 3-bromo-2,2-diphénylpropionamide, le 3-bromo-2,2-diparatolylpropionamide, le 3-bromo-2-méthyl-2-phé- ' nylpropionamide, le 3-hromo-2,2-diméthylpropionométhylamide, le 3-bromo*-2,2-diméthylpropionanilide, le 3-bromo-2,2-diméthylpropio- copy 69 16337 2009080 noparachloranilide, le 3-bromo-2,2-diméthylpropiono-3)1l--dichlora-nilide, le 3-bromo-2,2-diméthylpropionoparanitranilideJ le 3-bro-mo-2,2-diméthyl-butyranilide, le 3-bromo-2,2-dibenzylpropionamide, le 3-bromo-3-phénylpropionamide, et les composés chlorés corres-5 pondants. On effectue la réaction en présence de composés basiques des métaux des groupes I, II, III, la, lia, Illa, IVa, Vlla ou Villa, dont la basicité est supérieure à l'acidité de l'alcool t-butylique, ou de mélanges de ces composés. Les composés basiques 10 préférés sont les carbonates, bicarbonates, oxydes, hydroxydes, alcoolates et sels d'acides organiques, en particulier d'acides aliphatiques, tels que les formiates et acétates, des métaux indiqués. Parmi les métaux utilisables figurent le lithium, le potassium, le sodium, le cuivre, l'argent, le calcium, le stron-15 tium, le baryum, le mercure, le plomb, le fer,K le cobalt, le nickel. On emploie de préférence les bicarbonates du lithium, du sodium, du potassium, du baryum ou des métaux des mêmes groupes, ou l'oxyde de plomb. On emploie généralement le composé basique à la dose de 50 # à 200 % en poids par rapport au réactif II. 20 On effectue la réaction à une température comprise entre 100°C et 450°C, de préférence entre l6o°C et 350°C, en particulier entre 160°C et 250°C, à la pression atmosphérique ou de préférence sous pression réduite, en continu ou en discontinu. On n'emploie généralement pas de solvant, surtout pas de solvant 25 polaire. On peut employer dans certains cas des absorbeurs de chaleur inertes à point d'ébullition élevé tels que l'huile de paraffine ou les esters phtaliques, généralement à la dose de 100 % à 300 # en poids par rapport au réactif II. La réaction peut être mise en oeuvre comme suit. On niain-30 tient à la température de réaction pendant l'a 4 heures le .réac--tif et le composé basique, en distillant au fur et à mesure le. produit de réaction formé, de préférence sous pression réduite. On a avantage à choisir une température de réaction comprise entre les points d'ébullition du réactif et du produit de réaction. On 35 isole ensuite le produit de réaction à partir du distillât de la manière habituelle, par 'exemple par recristalxisation ou par distillation fractionnée. La distillation fractionnée convient particulièrement pour séparer le produit de réaction d'un nitrile formé en quantité importante eomine sous-produit, . 40 La réaction peut également se faire en présence d'un des BAD ORIGINAL* 69 16337 2009080 absorbeurs de chaleur mentionnés, en mélangeant bien. On peut aussi amener à la température de réaction un mélange du composé basique et de l'absorbeur de chaleur et ajouter ensuite le réactif II, éventuellement fondu, à une vitesse correspondant à la vites-5 se de distillation du produit de réaction. Il est également possible d'amener à la température de réaction un mélange de réactif II et d'absorbeur de chaleur et d'ajouter à ce mélange le composé basique d'une manière appropriée, par exemple au moyen d'une vis de dosage.' 10 Les composés connus ou nouveaux qu'on peut préparer suivant le procédé de l'invention sont des produits intermédiaires intéressants pour la fabrication de fibres, de produits auxiliaires pour textiles, de parasiticides et de matières plastiques. En ce qui concerne leur emploi, on consultera les brevets et 15 mémoires cités. Dans les exemples qui suivent, les parties et pourcentages sont en poids. Les volumes sont aux parties en poids comme les litres aux kilogrammes. Exemple 1 20 Dans une cuve à agitation, on chauffe à 200°C une sus pension de 150 parties de carbonate de lithium dans 200 volumes d'huile de paraffine. On agite énergiquement et on introduit en deux heures, à partir d'un récipient maintenu à 110°C," 180 parties de bromopivalamide fondu, en distillant simultanément le 25 produit de réaction sous 80 mm de mercure et en recueillant le distillât dans un récipient refroidi dans la glace. Au bout de trois heures au total, la distillation est terminée; la température du bouilleur a atteint progressivement 250°C. Par distillation fractionnée du produit de réaction brut, on obtient 52,2 parties PO 30 ^ #) de 3-pivalolactame (E=109°C/20 mm; nD « 1,4487; spectre infra-rouge : C = 0 1750 cm"1) et 9 parties de réactif non transformé. Exemple 2 Dans une cuve à agitation, on chauffe à l40°-l60°C une 35 suspension de 250 parties de carbonate de sodium anhydre dans 200 volumes d'huile de paraffine. On agite énergiquement et on fait couler en deux heures 180 parties de bromopivalamide, en distillant simultanément le produit de réaction sous 50-80 mm de mercure et en recueillant le distillatr dans tin récipient re-40 froidi -dans la glace. Par distillation fractionnée du produi|: .de BAD ORIGINAL 69 16337 « 2009080 réaction brut, on obtient entre 95°C et 99°C sous 13 mm de mercure un mélange composé de 32,2 parties (34,6 y) de 3-pivalolactame, on 52,4 parties de 3-hydroxypivalonitrile (n^ = 1,4380) et 11 parties de réactif non transformé. On peut isoler le pivalolactame 5 de ce mélange par -une deuxième distillation fractionnée (E = 109°C/20 mm). Exemple 3 On débromhydrate l8o parties de bromopivalamide comme dans l'exemple 2 par 200 parties de bicarbonate de sodium dans jq 200 parties d'huile de paraffine. On obtient 27*2 parties de pivalolactame (29*5 #)* 48,3 % d'hydropivalonitrile et 13 parties de réactif non transformé. Exemple 4 On mélange intimement 68 parties de chloropivalamide et 100 parties de carbonate de sodium, et on chauffe rapidement 15 à 150°C sous 100-150 mm de mercure, puis on porte a 300°C en une heure sous la même pression. Le distillât formé comme dans l'exemple 1 donne par distillation fractionnée 7 parties de réactif non transformé, 3*4 parties de pivalolactame et 5*1 parties d'hydroxypivalonitrile. Exemple 5 On broie intimement 100 parties de bromopivalométhyla-mide (F ~ 38°-40°C, obtenu à partir du chlorure de bromopivaloyle et de la méthylamine) et 100 parties de carbonate de sodium. On 25 chauffe ce mélange dans un appareil de distillation sous 80 mm de mercure, d'abord rapidement à 120°C, puis en 90 minutes à 240°C. Le produit qui distille à 80°-110°C donne par distillation fractionnée 6,5 parties de réactif non transformé et 39 parties (71*5 %) de l,3*2-triméthyl-2-azétidinone, E = 63°-64°/l2 mm. 30 Exemple 6 On mélange intimement 200 parties de bromopivalanilide (p = 74°-75°.C, préparé à partir du chlorure de bromopivaloyle et de l'aniline) et 250 parties de carbonate de sodium. On chauffe ce mélange sous 2-3 mm de mercure, d'abord rapidement à 120°C, puis 35 progressivement en c[eux heures à 250°C. Le produit qui distille entre 50°C et 154°C. donne par distillation fractionnée 12 parties de réactif non transformé et 114,3 parties (89 %) de l-phényl-3*3--diméthyl-2-azétidinone, E = 115°-ll6°/2 mm. Analyse '4o Trouvé : C, 75*2 H, 7,5 g; N, 7,7 g; 0, 8,9 %. COPY 69 16337 t 2009080 Calculé : C, 75,40 & H, 7,48 N, 7,99 g; 0, 9,13 Exemple 7 On mélange 200 parties de bromopivaloparachloranilide (F = 84°-85°C, E = l86°-l88°/i mm, préparé à partir du chlorure 5 de bromopivaloyle et de la parachloraniline) et 200 parties de carbonate de sodium, et on chauffe ce mélange sous 10 mm de mercure, d'abord rapidement à l60°C, puis progressivement en deux heures à 350°C. Le produit qui distille à 75°-195°C donne par distillation fractionnée 11 parties de réactif non transformé j0 et 9^,9 parties (69,5 %) de l-parachlorophényl-3,3-diméthyl-2-azétidinone, E = 124°-125°C/1 mm, F = 58°-60°C. Spectre infra-rouge : c = 0 1750 cm"1. Analyse Trouvé : C, 63,0 H, 5,8 N, 6,5 0, 7,4 %; Cl, 17,0 % I5 Calculé: C, 63,01 H, 5,77 N, 6,68 0, 7,63 Cl, 26,91$. Exemple 8 On mélange 110 parties de bromopivalo-3,4-dichloranili-de (F = 119°-120°C, préparé à partir du chlorure de bromopivaloyle et de la 3,4-dichloraniline) et 100 parties de carbonate de sodium. 20 On chauffe ce mélange sous 1 mm de mercure, d'abord rapidement à 200°C, puis progressivement en 90 minutes à 320°C..Le produit qui distille à 150°-170°C donne par distillation fractionnée 4 parties de réactif non transformé et 38,2 parties (48 #) de l-(3,2-dichlo-rophényl)-3,3-diméthyl-2-azétidinone, E = 136°-138°/l mm, F = 60°- 25 62°C* , Spectre infra-rouge : C = 0 1750 cm . Analyse Trouvé : C, 54,2 H, 4,5 %} N, 5,7 0, 6,8 Cl, 29,1 Calculé: C, 54,12 H, 4,54 N, 5,74 0, 6,55 $>\ Cl, 29,05& ^0 Exemple 9 ... On mélange 100 parties de 3-bromo-2-méthyl-2-phénylpropio-méthylamide (F = Q6°-9Q°C, préparé à partir du chlorure de 3-bromo-2-méthyl-2-phénylpropionyle et de la méthylamine) et 120 parties de carbonate de sodium. On chauffe ce mélange sous 3 mm de mercure, 35 d'abord rapidement à 130°C, puis en.90 minutes à 250°C. Le produit qui distille à 60°-170°C donne par distillation fractionnée 3,6 parties de réactif non transformé et 43,7 parties (66,2 $) de l,3-diméthyl-3-phényl-2-azétidinone, E = 113°-ll4°/l mm. Exemples 10 à 15. 40 • En procédant comme dans l'exemple 8 et en employant 2,5 copy , 69 16337 8 2009080 moles de carbonate de sodium par mole de réactif, orî. obtient les produits indiqués dans le tableau ci-après. q0b\gvual^ TABLEAU Réactif, Point de fusion Produit de réaction Point de fusion Bromopivaloparanitranilide 120°-121°C 1-parani trophényl-33-dim é thy2 - 2-azétidinone 138°-l40°C Bromopivaloparaanisidide 111°-112°C 1-paraméthoxyphényl-^^^-diméthyl- 2-azétidinone' 69°-70°C Bromopivalo-2-naphtylamide 112°-ll4°C 1-(2-naphtyl)-3,3-diméthyl-2-azétidinone 104°-105°C Bromopivalocyclohexylamide 99o-100°C 1-cyc1ohexy1-3,3-dim éthyl-2-azéti-dinone (E = 101°-105°C) Bis-bromopivalo-éthylènedlamide 104°-107°C N,N'-éthylène-bls-(3,3-diméthyl-2-azétidinone) 253°-256°C B±s-bromopivalo-paraphénylènediamide 26o°-263°C N,N'-paraphénylène-bis- (3,3-di-méthyl-2-azétidinone) 178°-l80°C • 10 2009080. 69 16337 REVENDICATIONS 1° Procédé de préparation des 2-azétidinones 3,3-disub-stituées de formule générale : I1 R- - C - C = O 2 I I ^ R5 - C - N - R4 15 H * jO où R^, R^.R^ et R^ peuvent être identiques ou différents et ~ représentent chacun un radical aliphatique, cycloaliphatique, aryl-aliphatique ou aromatique, R^ et R^ pouvant représenter chacun un atome d'hydrogène, R1 et R2 pouvant former un noyau cycloaliphatique avec les atomes de carbone adjacénts, par déhalo-hydratation des 3-halogénocarbonamides en présence de composés basiques et à chaud, caractérisé par la déhalohydratation des 3-halogénocarbonamides de formule générale : I1 20 X-CH-C-C-N-Rh (II) I I II H «3 «2 O où R^, Rg, R^ et R^ ont les significations ci-dessus et où X 25 représente un atome d'halogène, en présence de composés basiques des métaux des groupes I, II, III, la, lia, Illa, IVa, Vlla ou Villa dont la basicité est supérieure à l'acidité de l'alcool t-. butylique, à une température comprise entre 100°C et 450°C. 2° 3,3-diméthyl-2-azétidinones substituées en position 30 1 par un radical phényle éventuellement halogéné. 3 0 1-parani trophényl-3 » 3-diméthyl-2-azé tidinone. 4° l-paraméthoxyphényl-3,3-diméthyl-2-azétidinone. 5° l-(2-naphtyl)-3,3-diméthyl-2-azétidihone. 6° l-cyclohexyl-3,3-diméthyl-azétidinone. 35 7° N,N'-éthylène-bis-(3,3-diméthyl-2-azétidinone). 8° N,N'-paraphénylène-bis-(3,3-diméthyl-2-azétidinone), GOPY