Brevet FR2049194A1 — publié le 19710326

La présente invention concerne l'application de nouveaux sels alcalins de la 2-pyrrolidone ou de ses dérivés comme initiateurs pour la polymérisation de N-carboxyanhydrides d' oc -amino-acides (désignés ci-après "NCA"). 5 l'emploi de bases aminées organiques et d-'alcoolates métal liques comme initiateurs de polymérisation (désignés ci-après "initiateurs") est connu, mais la demanderesse a déterminé selon la présente invention, que les sels alcalins de la 2-pyrrolidone et ses dérivés, sont considérablement plus actifs pour déclencher la 10 polymérisation que les initiateurs connus précédemment et qu'ils peuvent augmenter le rendement en polymères. Les sels alcalins de la 2-pyrrolidone ou de ses dérivés, appliqués conformément à la présente, invention sont préparés à partir de la 2-pyrrolidone ou de ses dérivés et ont la formule générale 15 suivante : M M JSL H2C/' ^0=0 ^0=0 Il ou ' H2C CH2 R' H2C——CH2 où M représente un métal alcalin ; et R représente un radical al-coyle de 1 à 6 atomes de carbone. Les alcoolates métalliques utilisés jusqu'à présent sont décomposés par l'eau et le gaz carbonique de l'air tandis que les 20 sels alcalins de la 2-pyrrolidone ou de ses dérivés sont des substances cristallines qui sont stables dans l'eau, contrairement aux alcoolates et sont d'excellents initiateurs qui sont faciles à manipuler et peuvent être conservés pendant de longues périodes. Quand on effectue la polymérisation des N-carboxyanhydrides 25 d' a-aminoacides ou dérivés d' o-aminoacides en utilisant les pré-initiateurs, la polymérisation se déroule plus rapidement que lorsqu'on utilise les initiateurs connus jusqu'à présent. De plus, on peut obtenir des polyaminoacides de bonne qualité. La durée de polymérisation peut donc être réduite,ce qui procure des avantages 30 industriels importants. 70 21881 2049194 En vue d'une.comparaison entre le sel sodique de la 2-pyrrolidone et la triéthylamine comme initiateurs dans la polymérisation du ïï-car"boxyanhydride du . U-méthylester de l'acide L-gluta-mique (désigné ei-après "G-NCA"), on prépare une solution de G-NCA 5 dans du 1,2-dichloréthane à une concentration de 1 g de G-NCA pour 5,46 ml de solvant. Les initiateurs sont ajoutés en proportion de 0,02 mole par mole de G-NCA. On détermine la vitesse de polymérisation en arrêtant la réaction avec du méthanol à des intervalles de 5, 10, 20, 30, 45 et 60 minutes. Le rendement en polymère est déter-10 miné par le poids de polymère précipité après séchage. La viscosité intrinsèque du polymère précipité est déterminée dans une solution dans l'acide dichloracétique à 25SC. Les résultats sont donnés dans le tableau suivant où la triéthylamine est désignée par "TEA". Viscosité intrinsèque (*j) Rendement en polymère ($) Initiateur utilisé Durée de la réaction- Sel sodique de la 2-pyrrolidone . • TEA Sel sodique de la 2-pyrrolidone . TEA après 5 minutes 1,14 1,08 80,6 74,0 10 " 1,38 1,29 89,1 76,2 20 " 1,55 1,44 94,9 79,1 30 " 1,87 . 1,60 97,3 83,5 45 1,91 1,73 99,0 87,2 60 " 1,95 1 ,88 99,5 90,4 Il ressort clairement que le sel sodique de la 2-pyrroli-15 done est un initiateur supérieur. En plus, on constate une décoloration moindre et on obtient un polyaminoacide de bonne qualité et d'un haut degré de polymérisation, comparé aux produits obtenus avec des initiateurs tels que les aminés organiques et alcoolates métalliques. Les produits peuvent être utilisés sous de nombreuses 20 formes, par exemple en films, cuirs synthétiques ainsi que fibres. On a comparé la décoloration des solutions de polymérisation obtenues d'après.,1a présente invention avec celle des solutions obtenues en utilisant la triéthylamine comme catalyseur, en fonction du temps, en utilisant la méthode suivante ï 70 21881 3 2049194 500 ml d'eau et 100 ml d'acide chlorhydrique sont versés dans un ballon jaugé d'un litre et sont bien mélangés. On ajoute exactement 1,245 g d'hexachloroplatinate de potassium (K^Pt 01g) puis 1 g de chlorure de cobalt (CoC^jôH^O). On ajoute de l'eau, 5 on mélange bien, puis on complète avec de l'eau jusqu'à exactement un litre pour préparer la solution standard. Cette solution standard est définie comme contenant 500 unités (correspondant à 500 mg de platine métallique par litre). En diluant la solution standard N2 500 comme il est indiqué dans le tableau ci-dessous, on obtient 10 les solutions standard étalons pour chaque teinte. La teinte des échantillons est indiquée par le numéro de la teinte la plus approchante des solutions standard étalons. Préparation des étalons 15 H2 de l'étalon Solution standard NS 500(en ml) eau (ml) 1 0,2 99,8 3 0,6 99,4 5 1,0 99,0 10 2,0 98,0 20 15 3,0 97,0 18 3,6 96,4 20 4,0 96,0 25 5,0 _ 95,0 30 6,0 94,0 25 40 8,0 92,0 50 10,0 90,0 60 12,0 88,0 70 14,0 86,0 80 10,0 84,0 30 90 18,0 82,0 100 20,0 80,0 120 24,0 76,0 140 28,0 72,0 160 32,0 68,0 35 180 36,0 64,0 200 40,0 6Q, 0 70 21881 2049194 N2 de l'étalon Solution standard N2 500 (en ml) eau (ml) 25 (suite) 300 60, 0 40,0 400 80, 0 20,0 5 500 100, 0 0,0 Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant : Intensité de la teinte Initiateur 10 utilisé. Sel de sodium de Triéthyl Durée la 2-pyrrolidone amine en jours 1 40 80 3 40 90 15 7 45 100 10 45 120 15 45 130 20 50 135 25 50 140 20 30 50 140 40 50 145 50 50 145 60 50 145 On voit que lorsqu'on emploie le sel de sodium de la 2-pyrrolidone comme initiateur, les variations de décoloration et de teinte en fonction du temps sont faibles. Suivant l'invention, on peut utiliser des N-carboxyan-hydrides d1 a-aminoacides synthétisés à partir de dérivés N-substi-tués d'a-aminoacides c1 est-à-dire d' aminoacides neutres, de mono-30 esters acides d'aminoacides et d'aminoacides basiques, par exemple la glycine, la sarcosine, l'alanine, l'acide cc-aminobutyrique, la valine, la norvaline, la leucine, 1'isoleucine, la norleucine, la phénylalanine, la proline, la tryptophane, la sérine 0-substit uée, 70 21881 5 2049194 l'homosérine 0-substituée, la thréonine O-substituée, la tyrosine O-substituée, 1'hydroproline O-substituée, la cystéine S-substi-tuée, la cystine, la méthionine, un {3-monoester de l'acide aspar-tique, un "5-monoester de l'acide glutamique, ion ^-monoester de 5 l'acide a-aminoadipique, l'histidine F^^^-substituée, l'ornithine N^-substituée, la lysine N^-substituée, les 0,0'-di(sminoacyl)al= coylène-glycols. On peut utiliser des aminoacides et dérivés d'aminoacides optiquement actifs ou inactifs. Les ïï-carboxyanhydrides sont préparés à partir des a -aminoacides de façon habituelle, par réac-10 tion avec le phosgène ou analogues. Selon la pratique courante pour la préparation de polymères d'aminoacides,on bloque dœgroupes fonctionnels réactifs autres que les groupes aminé ou acide carboxy-lique dans le cycle du N-carboxyahydride par des groupes de blocage convenables. Ces groupes de blocage peuvent être soit d'un type qui 15 peut rester après la polymérisation, soit d'un type qui peut être facilement éliminé du polymère. Les groupes carboxyliques sont en particulier bloqués par formation d'esters, les groupes hydroxyle . par formation d'esters ou éthers,et les groupes aminé par acylation. La polymérisation est de préférence exécutée en présence 20 d'un diluant ou solvant inerte. Tout solvant peut être utilisé dans la polymérisation à la seule condition qu'il ne réagisse pas ou ne décompose pas les H-carboxyanhydrides en l'aminoacide d'origine ou en un mélange deœux-ci. On peut, par exemple, mentionner les éthers, esters, cétones, hydrocarbures, hydrocarbures halogénés, 25 hydrocarbures nitré^amides aliphatiques N-substitués, suifoxydes, lactones et lactames. Comme exemples de solvants spécifiques correspondant à ces classes on peut mentionner le dioxane, le tétra-hydrofurane, l'acétate d'éthyle, le benzène, le nitrobenzène, le chlorobenzène, le 1,2-dichloréthane, le chloroforme, des solvants 30 halogénés inertes vendus sous la dénomination "Triclène" et "Perclène", le 1,1,2,2-tétrachloréthane, le N,N-diméthylformamide, le N,N-diméthylacétamide, le diméthylsulfoxyde, la N-méthylpyrroli-done, etc. Comme substituants du sel sodique des dérivés de la 2-pyrro-35 lidone, on peut citer les radicaux alcoyle ayant 1 à 6 atomes de" carbone, et toute position en 3, 4 ou 5 peut être substituée. Comme substituants typique on préfère les radicaux éthyle et méthyle. 70 21881: 6 2049194 Généralement, on emploie des quantités d'initiateur de l'ordre de 0,1 mole % à 100 moles $ de NCA. Il est naturellement possible d'utiliser des quantités plus grandes ou plus petites. On peut utiliser- toute méthode convenable pour mettre le NCA en 5 contact avec l'initiateur, y compris des méthodes variées pour former les mélanges, solutions ou suspensions. Une solution de NCA, xme suspension de NCA ou des poudres de NCA peuvent être ajoutées à une solution ou suspension de l'initiateur ou à l'initiateur lui-même ; ou un initiateur ou une solution d'initiateur ou suspension 10 peut être ajouté à une solution ou suspension de NCA ou à des poudres de NCA. La température de réaction peut être choisie dans la gamme d'une température minimum comprise entre -20^0 et celle du point d'ébullition du solvant. On donne ci-après des exemples illustrant la présente inven-15 tion, mais l'invention n'est pas limitée à ces exemples spécifiques. L'invention peut aussi être exécutée avec des N-carboxyanhydrides autres que ceux décrits dans les exemples0 Exemple 1 On met 10 g de G-NCA en suspension dans 54,6 ml de 1,2-20 dichloréthane et on ajoute 0,057 g de sel sodique de 2-pyrrolidone dissous dans une petite quantité d'alcool isopropylique à la température ambiante. Après une heure, on obtient une solution de polymère transparente, très visqueuse. On ajoute à la solution de polymère dix fois son volume de méthanol pour précipiter le polymère et 25 on obtient 7,58 g de polymère sec (rendement pratiquement quantitatif). La viscosité intrinsèque ( *| ) du polymère est de 2,15. Elle a été mesurée à 25SC dans l'acide dichloracétique comme solvant. Exemple 2 On dissous 10 g de N-carboxyanhydride du r-méthyl-ester de 30 l'acide D-glutamique dans 100 ml d'un mélange de dichloréthane et de diméthylformamide (9:1 en volume) et on ajoute 0,066 g du sel de potassium de la 2-pyrrolidone à la température ambiante. Après une heure, on ajoute à la solution de polymère dix fois son volume de méthanol et on obtient 7,6 g de polymère sec. ( /r| ) du polymère = 35 2,20. Exemple 3 10 g de G-NCA sont ajoutés à 120 ml d'un mélange de dioxane 70 21881 7 2049194 et de dichloréthane (1:4) et on ajoute 0,098 g du sel de lithium de la 2-pyrrolidone à la température ambiante. Après une heure, on ajoute à la solution du polymère dix fois sont volume de méthanol et on obtient avec un rendement presque quantitatif 7,55 g 5 de polymère. ( ) du polymère = 1,81. Exemple 4 10 g de N-carboxyanhydride de N^-carbobenzoxy-L-lysine sont ajoutés à 100 ml de dioxane puis on ajoute 0,1230 g du sel de sodium de 2-pyrrolidone. Après 5 heures, on ajoute à la solution de 10 polymère dix fois sont volume de méthanol à 102C et on obtient 8,10 g de polymère sec.(A^) du polymère = 1,49. Exemple 5 10 g du N-carboxyanhydride de l'ester ir-méthylique de l'acide D,L-glutamique sont ajoutés à 100 ml d'un mélange de dichlor-15 éthane et de N,N-diméthylacétamide (9:1) et on ajoute 0,1144 g du sel de sodium de la 2-pyrrolidone à 102C. Après une heure, on ajoute à la solution de polymère dix fois son volume de méthanol et on obtient 7,0 g de polymère sec.(A^) du polymère = 0,70. Exemple 6 20 On dissout 10 g du N-carboxyanhydride de la L-alanine dans 100 ml de dioxane et on ajoute 0,0618 g du sel de sodium de la 2-pyrrolidone à 102C. Au bout de deux heures, on ajoute à la solution 10 fois son volume de méthanol et on obtient 6,0 g de polymère sec. ( ) du polymère = 1,93 • 25 Exemple 7 10 g du carboxyanhydride de l'ester V-benzylique de l'acide D-glutamique sont mis en suspension dans 59,8 ml de 1,2-dichloréthane et on ajoute 0,046 g du sel de sodium de la 5-méthyl-2-pyrrolidone dissous dans une petite quantité d'isopropanol à la 30 température ambiante. Après une heure, on obtient une solution de polymérisation très visqueuse, transparente. Le polymère dans la solution est précipité par addition de 10 volumes de méthanol à la solution et on obtient 8,20 g de polymère sec. La viscosité intrinsèque (n^) du polymère est égale à.2,05.-35 Exemple 8 10 g du N-carboxyanhydride: de l'ester TF-éthylique de l'acide L-glutamique sont mis en suspension dans 56,2 ml de t,2-di- 70 21881 2049194 chloréthane et on ajoute 0,067 g du sel sodique de la S-éthyl-Z-pyrrolidone dissous dans une petite quantité d'alcool. Après 2 heures, on obtient à 20°C une solution visqueuse, transparente. On précipite le polymère par addition de dix fois son volume de 5 méthanol à la.solution et on obtient 7,72 g de polymère sec. Viscosité intrinsèque (\) du polymère = 1,94. Exemple 9 10 g du N-carboxyanhydride de l'ester v-tert.butylique d« l'acide D-glutamique sont dissous dans 75,6 al d'un mélange de 10 1,2-dichloréthane et de 1,4-dioxane (9:1 en volume) et on ajoute 0,05 g du sel de sodium de la 4-méthyl-2-pyrrolidone. Après 5 heures, on verse dans la solution dix fois son volume de méthanol à 25°C et on obtient 7,53 g de polymère sec. la viscosité intrinsèque du polymère (^) est égale à 1,58. 15 Exemple 10 10 g du N-carboxyanhydride de l'ester ir-isopropylique de l'acide L-glutamique sont dissous dans 74,9 *1 d'un mélange de 1,2-dichloréthane et de N,ST-diméthylformamide (9:1 en volume) et on ajoute 0,078 g du sel de sodium de la 3-éthyl-2-pyrrolidone. 20 Après 4 heures, on verse dans la solution dix fois son volume de méthanol à 25°0 et on obtient 7,60 g de polymère sec. la viscosité intrinsèque (n_) du polymère est égal à 1,67. Exemple 11 12 On ajoute 10 g de 0 ,0 -(a-K-carboxyanhydride-v-L-gluta-25 myl)éthylèneglycol à 138,5 ml d'un mélange de 1,2-dichloréthane et de 1,4-dioxane (8:2 en volume), puis 0,058 g du sel de sodium de la 2-pyrrolidone. Après 5 heures, on verse dans la solution dix fois son volume de méthanolà 20°C et on obtient 7,63 g de polymère sec» La viscosité intrinsèque (iO du polymère est 30 de 1,95 Exemple 12 On dissout 9 g de G—UCA et 1 g du K-carboxyanhydride de l'ester "ff-n-butylique de l'acide L-glutamique dans 57,1 ml d'un mélange de dichloréthane et de diméthylformamide (9:1 en volume). 35 On ajoute 0,040 g du sel de sodium de la 2-pyrrolidone et 0,040 g du sel de sodium de la 3-éthyl-2-pyrrolidone à la température ambiante. Après 3 heures, on ajoute à la solution 10 fois son volume de méthanol et on obtient 7,82 g de polymère sec. La viscosité intrinsèque (ij ) du-polymère est égale à 1,38. 70 21881 9 2049194 Revendications 1. Procédé de polymérisation de N-carboxyanhydrides d' oc-amino-acides, caractérisé en ce qu'on met en contact le ff-carboxy-anhydride d1 a-amino-acide avec un sel d'un métal alcalin d'au moins un composé choisi dans le groupe comprenant la 2-pyrrolidone et ses dérivés répondant à la formule générale : 0=0 dans laquelle M représente un métal alcalin. ; et R représente un radical alcoyle ayant 1 à 6 atomes de carbone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 sel alcalin de la 2-pyrrolidone est présent en quantité comprise entre environ 0,1 et 10 moles i° par rapport à la quantité du N-carboxyanhydride de l'oc-aminoacide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la polymérisation est effectuée dans un diluant liquide inerte. 15 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal alcalin est du sodium, du potassium ou du lithium. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l1« -aminoacide est le r-glutamate de méthyle. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oc- 20 aminoacide est la -carbobenzoxylysine. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oc-aminoacide est l'alanine.