Brevet FR2099465A1 — publié le 19720317

i. 2099465 La présente invention se rapporte à un procédé pour oxyder un a-hydroxylaminolactame, ayant 5 à 12 atomes de carbone, en a-oximinolactame correspondant. On croit que les a-hydroxylaminolactames ayant 5 à 12 ato-5 mes de carbone sont de nouveaux composés. Ils sont revendiqués dans la demande de brevet français n° 70/31531 déposé le 28 Août 1970 sous le titre "Procédé de préparation d'a-hydroxylaminolactames et nouveaux produits ainsi obtenus", au nom de la Société dite Allied Chemical Corporation, qui décrit un procédé pour les préparer par 10 l'hydrogénation catalytique de l'a-nitrolactame correspondant. Le procédé décrit dans la demande citée ci-dessus consiste à mettre en contact l'a-nitrolactame, dissous dans un solvant inerte tel que l'éthanol, avec de l'hydrogène, en présence d'un catalyseur formé de palladium sur du charbon. Le rapport en poids entre l'a-15 nitrolactame et le palladium est de préférence 100:1 à 500:1, et le pourcentage en poids de palladium sur du charbon est de préférence 2 à 6 %. L'hydrogène est de préférence maintenu à une près-2 2 sion de 2 kg/cm à 15 kg/cm . L'hydrogénation est de préférence réalisée à une température de 50 à 70°C et est normalement achevée 20 à peu près en 10 à 200 minutes. L'a-hydroxylaminolactame produit est récupéré à partir du mélange réactionnel par évaporation, après enlèvement du catalyseur par filtration. Il est souhaitable de transformer des a-hydroxylaminolac-tames en a-oximinolactames correspondants. Les a-oximinolactames 25 sont utiles comme agents de chélation et 1'a-oximinocaprolactame est particulièrement utile comme précurseur de la lysine. Il est bien connu que des hydroxylamines aliphatiques et cycloaliphatiques peuvent être oxydées en oximes correspondantes par mise en contact de l'hydroxylamine en solution avec un gaz con-30 tenant de l'oxygène, en présence d'un catalyseur. La plus grande partie du travail réalisé dans ce domaine a été fait avec des hy-droxylamines cycloaliphatiques, spécialement la cyclohexylhydroxy-lamine et la cyclododécylhydroxylamine, parce que les oximes correspondantes donnent des lactames par transposition de Beckmann. 35 Des lactames sont utiles comme monomères dans la préparation des polyamides. Les brevets suivants illustrent l'état de la technique dans ce domaine. Le brevet allemand n° 921.624 indique que la cyclohexylhy-droxylamine peut être époxydée en oxime de cyclohexanone, en intro-4q duisant de l'air dans une solution méthanolique de cyclohexylhydro- 71 248.96 2. 2099465 xylamine, en présence de potasse comme catalyseur. Le brevet indique que la potasse peut être remplacée par certaines autres substances basiques, mais ne suggère pas l'utilisation de l'ammoniac. Le brevet américain n° 2.829-163 décrit un procédé pour 5 oxyder la cyclohexylhydroxylamine en oxime de cyclohexanone, en introduisant de l'oxygène dans une solution aqueuse acide de cyclohexylhydroxylamine en présence d'un catalyseur cuivrique dissous dans la solution. Le brevet allemand n° 920.127 indique que la cyclohexylhy-10 droxylamine peut être oxydée en oxime de cyclohexanone avec de l'oxygène, en présence d'un catalyseur d'hydrogénation ou de déshy-drogénation, tel que de la poudre de cuivre, du nickel de Raney ou du palladium. On a trouvé que les enseignements de la technique antérieure 15 concernant l'oxydation de la cyclohexylhydroxylamine en oxime de cyclohexanone ne pouvaient pas être appliqués de manière analogue à l'oxydation d'hydroxylaminolactames en oximinolactames. Une solution acide inhibe complètement l'oxydation d'hydroxylaminolactames et des bases fortes, telles que la potasse, provoquent l'ouverture 20 du noyau de lactame. Des â-hydroxylaminolactames ayant 5 à 12 atomes de carbone peuvent être oxydés en a-oximinolactames correspondants, en mettant en contact 1'a-hydroxylaminolactame, dissous dans un solvant inerte, avec un gaz contenant de l'oxygène, tel que de l'air, en présence 25 d'un catalyseur choisi dans le groupe se composant d'ammoniac et d'aminés volatiles. La réaction se déroule selon l'équation suivante, dans laquelle l'hydroxylaminocaprolactame est donné à titre d'illustration des hydroxylaminolactames auxquels la présente invention est applicable : 50 f2 CH. HCNH0H + 1/2 0o ». CH0 C=N0H \2 / 2 \2 / CH2 CHg CH2 CHg Afin d'obtenir un rendement maximum, la réaction est réalisée jus- _ qu'à ce qu'une mole d'oxygène ait été consommée pour 2 moles d'hydro-xylaminolactame initialement en solution. Une consommation moindre d'oxygène entraîne une conversion incomplète de l'hydroxylaminolac-tame et une plus grande consommation d'oxygène fournit des sous-produits. 71 24896 2099465 La réaction se déroule facilement à la température ambiante et sous la pression atmosphérique. Le temps de réaction diminue pour une augmentation de température, mais en sacrifiant le rendement, puisque de plus grandes quantités d'autres produits réaction-5 nels sont obtenues à des températures supérieures. L'intervalle de température préféré est de 0°C à 80°C. Des pressions inférieures et supérieures à la pression atmosphérique peuvent être également employées, si on le désire. L'ammoniac est le catalyseur préféré. Des aminés volatiles, 10 telles que la méthylamine et l'éthylamine, peuvent être substituées à l'ammoniac, mais elles ne présentent pas d'avantage par rapport à l'ammoniac qui est meilleur marché et plus facilement disponible. L'ammoniac et les aminés volatiles sont facilement retirées, à l'achèvement de la réaction, par évaporation et peuvent être récupérées 15 sans neutralisation. De ce fait, il n'y a pas de dépense impliquée pour neutraliser le catalyseur et l'oxime produite peut être récupérée plus facilement et sans contamination par le catalyseur. Ces caractéristiques particulièrement avantageuses du procédé de la présente invention n'existent pas dans les procédés indiqués dans 20 la technique antérieure pour l'oxydation d'hydroxylamines alipha-tiques et cycloaliphatiques. Même des concentrations très peu importantes d'ammoniac, telles que 0,01 % en poids en se basant sur le poids de la solution, sont efficaces pour catalyser l'oxydation d'a-hydroxylaminolactame 25 en oxime correspondante. Des résultats particulièrement bons sont obtenus en utilisant une concentration de catalyseur de 0,1 à 1 %. On peut employer des quantités plus grandes de catalyseur, mais il n'y a aucun avantage à le faire. On peut employer n'importe quel solvant inerte. L'eau et 30 le méthanol sont particulièrement convenables. D'autres solvants peuvent être utilisés, mais ils n'offrent pas d'avantage par rapport à l'emploi de l'un ou l'autre de ces solvants. La concentration d'hydroxylaminolactame dans la solution n'est pas critique. Pour avoir un maximum d'efficacité opératoire, on préfère des solu-35 tions qui s'approchent de la saturation. Les exemples suivants illustrent mieux la présente invention. EXEMPLE 1 0,576 gramme (0,004 mole) d'a-hydroxylaminccaprolactame a été 40 dissous dans 20 ml d'ammoniaque 0,1 molaire (0,17 % en poids). 71 24896 4. 2099465 La solution a été maintenue à 60° C et a été agitée sous une atmosphère d'oxygène. Après 100 minutes, 0,0024 mole d'oxygène avait été consommée. Le mélange réactionnel a été soumis à une évaporation à sec par distillation instantanée. Le résidu a été dissous dans 2 ml 5 de méthanol bouillant. Par refroidissement, il s'est séparé 0,365 gramme de cristaux d'a-oximinocaprolactame dont le point de fusion est 210-212°C. On a encore récupéré à partir de la liqueur mère 0,113 gramme d'a-oximinocaprolactame. Le rendement total était 0,498 gramme, soit 87,7 $ du rendement théorique. 10 EXEMPLE 2 Le mode opératoire de l'exemple 1 a été suivi, sauf que la concentration de 1'a-hydroxylaminocaprolactame dans la solution a été doublée et que la réaction a été poursuivie jusqu'à ce que 0,004 mole d'oxygène ait été consommée (3 heures). Le rendement 15 en a-oximinocaprolactame, récupéré comme dans l'exemple 1, était 8l,4 % de la théorie. EXEMPLE 5 Le mode opératoire de l'exemple 1 a été suivi, sauf que la concentration d'ammoniaque a été doublée et que la température de 20 la solution a été maintenue à 20°C. 0,002 mole d'oxygène a été consommée en 172 minutes. Le rendement en a-oximinocaprolactame était 97*2 % du rendement théorique. EXEMPLE 4 Le mode opératoire de l'exemple 3 a été suivi, sauf que 25 l'oxydation a été poursuivie jusqu'à ce qu'on ait consommé au total 0,00288 mole d'oxygène. Le rendement en a-oximinocaprolactame était 85,2 % du rendement théorique. EXEMPLE COMPARATIF Le mode opératoire de l'exemple 1 a été suivi, sauf qu'on 30 a substitué à l'ammoniaque une solution aqueuse d'acide chlorhydri-que 0,1 molaire. On n'a pas consommé d'oxygène en 55 minutes. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'hom-35 me de l'art. 71 24896 5. 2099465 REVENDICATIONS 1 - Procédé d'oxydation d'un a-hydroxylaminolactame ayant 5 à 12 atomes de carbone en a-oximinolactame correspondant, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact l'a-hydroxylamino-5 lactame, dissous dans un solvant inerte, avec un gaz contenant de l'oxygène, en présence d'un catalyseur choisi dans le groupe se composant d'ammoniac et d'aminés volatiles. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact est maintenu jusqu'à ce qu'environ 0,5 mole d'oxygène 10 ait été consommée pour chaque mole d'a-hydroxylaminolactame initialement en solution. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxydation est réalisée à une température allant de 0°C à 80°C. -4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le solvant inerte est l'eau ou le méthanol. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est l'ammoniac. 6 - Procédé selon la revendication 5> caractérisé en ce que la concentration d'ammoniac est 0,1 à 1,0 % en poids, en se basant 20 sur le poids du solvant. 7 - A titre de produits industriels nouveaux, a-oximinolactames.