Brevet FR2229688A1 — publié le 19741213

La présente invention concerne un procédé de préparation des monomères d'alkyle a-cyanacrylates. On conna-lt les propriétés adhésives particulièrement intéressantes de monomères d'alkyle a-cganâcrylates qui les a fait proposer comme adhésifs non seulement pour des applications in dus-trielles mais également en chirurgie. En effet, ces monomères polymérisent très rapidement à température ambiante sans chauffage et sans addition de catalyseur de polymérisation et on a donc songé à les utiliser pour l'anastomose des tissus, particulièrement dans la chirurgie des artères et dans la chirurge oculaire. Naturellement, pour pouvoir etre utilisés en chirurgie, ces monomères doivent être aussi purs que possible et éventuellement ils doivent pouvoir- supporter une opération de stérilisation. Or, ces corps ont une tendance à polymériser spontanément au cours du processus de synthèse et l'obtention de ces monomères nécessitait donc, jusqu'à présent, la mise en oeuvre de procédés complexes ainsi que des manipulations délicates av: utilisation de-nombreux catalyseurs et inhibiteurs de polyméri station0 Or, la présence db ces catalyseurs et inhibiteurs est une entrave à une obtention de monomères purs. On comprend donc qu'empêcher la polymérisation prématurée des monomères et obtenir pour ceux-ci un degré de pureté satisfaisant constituaient des impératifs contradictoires. La présente invention propose un procédé qui permet de facon surprenante de réduire la quantité de catalyseurs et inhibiteurs utilisés tout en permettant l'obtention d'un monomère très pur. De plus, le procédé selon l'invention présente également l'avantage de réduire la durée du processus, de le simplifier et de le rendre plus économique. Le schéma général du procédé selon l'invention est le même que celui des procédés connus, à savoir - on prépare un polymère en faisant réagir des esters de l'acide cyanacétique avec le formaldéhyde en présence d1un ca- talyseur basique, - on effectue une dépolymérisation dans des conditions anhydres à pression réduite et en présence de certains catalyseurs et inhibiteurs de polymérisation, - puis on procède à au moins une distillation pour re cueillir un monomère épuré. On notera tout de suite que dans les procédés connus il est en général nécessaire de procéder à deux distillations successives afin d'éliminer au maximum les traces de catalyseurs ajoutés lors des réactions de polymérisation et de dépolymérisation. Par contre, avec le procédé de l'invention, le monomère peut entre utilisé - soit sans avoir subi de distillation pour des applications par exemple dans l'industrie et en chirurgie dentaire (ciment dentaire), - soit après avoir subi une seule distillation pour l'ap- plication sur les tissus vivants (cas de la chirurgie artérielle ou oculaire par exemple). Le procédé selon l'invention intéresse spécifiquement la préparation des monomères d'allyle a-cyanacrylates de formule dans laquelle R représente un alkyle non subs titué de C1 à C9, ctest-à-dire CH3 C2H, n - C4 iso C4, n- C5H11, n- G7H15, n - C7II1, n - C8Z17, n - O9E190 La réaction de polymérisation peut entre effectuée, de fa çon connue, en milieu aqueux ou non aqueux. On préfèrera employer la synthèse en milieu non aqueux qui est plus efficace et réduit les risques ultérieurs de polymérisation prématurée du monomère au cours de la phase de dépolymérisation. La synthèse en milieu de solvant organique non aqueux, tel que benzène, toluène ou xylène, consiste à faire réagir l'éther alkylique de l'acide cyanacétique avec le paraformaldéhyde en présence d'un catalyseur basique, puis à éliminer l'eau par distillation azéotropique. Les solvants suivants peuvent être utilisés : alcools aliphatiques primaires, esters di-alkyliques, hydrocarbures aromatiques ou cycloaliphatiques. Pour éviter qu'il ne demeure dans le monomère brut des traces de cyanacétate d'alkyle n'ayant pas réagi au cours de la polymérisation - traces qui peuvent provoquer la polymérisation prématurée du monomère - , on utilise un excès de paraformal déhyde dans la réaction de polymérisation, au lieu d'employer comme l'enseigne la technique connue, des proportions équimolaires de formaldéhyde et de cyanacétate d'alkyle. On a trouvé qu'un excès de 10 % était suffisant pour permettre de faire réagir la totalité du cyanacétate. Cet excès permet en même temps dtaccroltre d'environ 20 % le rendement du monomère. Belon l'invention, le catalyseur basique utilisé est constitué par une résine échangeuse d'ions, contrairement aux procédés connus dans lesquels on emploie des bases organiques ou inorganiques telles que soude, potasse, fluorure de potassium, ammoniac, alcoolate de sodium, amines aliphatiques secondaires, amines aromatiques, etc. L'utilisation de la résine échangeuse d'ions est un trait important de l'invention car elle permet d'obtenir un polymère contenant le minimum de produits secondaires, ce qui facilite d'autant le traitement ultérieur du polymère puis du monomère.La résine échangeuse d'ions peut être de tout type approprié tel que les résines dénommées "Amberlite IR 4B(OR) "De - Acidité E", Daolite 4 ou "calcite wB2v La résine est ensuite éliminée du mélange réactionnel-par essorages Le pH du résidu est environ de 7. On notera que pour assurer l'absence totale de traces d'humidité dans le polymère obtenu, on utilise une quantité de solvant azéotropique en excès et notamment on doublera de préférence la quantité de solvant habituellement employée dans les procédés classiques. On élimine ensuite, de façon classique, lazéotrope et on ajoute un catalyseur acide ainsi qu'un stabilisateur et on élimine le reste du solvant. Le catalyseur acide choisi est llanby druide phosphorique, et le stabilisateur l'hydroquinone. La fa çon de procéder ci-dessus permet de mêler intimement les deux produits solides ajoutés dans la totalité du volume de polymère et de maintenir une dispersion convenable, même après élimination du solvant. La dépolymérisation peut avoir lieu inmédiatement ou après avoir laissé le polymère au repos pendant quelques heures. La dépolymérisation est effectuée en chauffant le polymère sous vide à une température comprise entre 100 et 160pas selon les produits de base utilisés. Pour un produit de base donné, la dépolyzérisation se produit pour des températures comprises dans une gamme étroite de 200cl On notera que le rendement est meilleur pour les monomères de poids moléculaire inférieur ce qui est le cas de la présente invention - car la dépolyméri- sation intervient à des températures moins élevées et par conséquent les risques de polymérisation prématurée sont moins fréquents. Le monomère brut d'alkyle a-cyanacrylate préparé selon ce qui est exposé ci-dessus est un liquide qui, selon les cas, est incolore ou jaune très clair et est inodore0 Cette coloration prouve qu'il existe très peu de produits secondaires et ce mo nombre brut convient (sans distillation préalable) pour des applications industrielles ou en chirurgie dentaire. linsi, de façon surprenante, alors que jusqu'à présent un monomère stable et suffisamment pur ne pouvait être obtenu qu'en procédant séparément ou en combinaison - à l'adjonction de produits plastificateurs facilitant la dépolyimérisation, tels qae les esters de l'acide phosphorique, le tricrésyl phosphate ou le trihexyl phosphate, composés qui maintienant liquide le milieu de dépolymérisation mais intro duisent des traces de produits étrangers dans le monomère pendant la distillation, - à l'adjonction d'inhibiteur9 de polymérisation pour protéger les monomères d'une polymérisation prématurée tels que l'acétate de de cuivre, l' l'acide picrique, etc.. - à deux distillations successives avec introduction d'inhibiteurs de polymérisation, selon l'invention on obtient un monomère stable et suffisamment pur sans qu'il soit nécessaire d'employer plus de trois catalyseurs, si de procéder à une distillation. flans le cas où le aonomère doit être utilisé comme colle chirurgicale pour l'anastomose des tissus vivants, on procède cependant à une distillation du monomère brut. Cette distilla- tion est effectuée dans tous les cas en présence d'une quantité iiniiale d'anbydride phosphorique. Dans le cas où la distillation est réalisée à température peu élevée et par conséquent à une pression inférieure à 1 mm Hg, elle pourra être conduite seulement en présence d'anhydride de phosphorique sans utilisation d'autre corps. Par contre, si on opère à pression plus élevée, il est re conandé de procéder à la distillation en présence d'anhydride phosphorique et dans le courant d'un gaz inerte ou d'anhydride sulfureux. La pureté des monomères obtenus après une seule distillation est telle que, de façon surprenante encore, on peut les soumettre (notamment pour certaines applications en chirurgie) à une stérilisation à 100 - 120 C, pendant 90 à 120 minutes, sans intervention d'inhibiteurs de polymérisation0 Or, les mo nombres comportant des impuretés soumis à une telle stérilisation polymérisent prématur ent au cours de la stérilisation; c'est le cas notamment des monomères obtenus par les procédés classiques et ctest pourquoi ces derniers ne sont pas soumis à stérilisation avant emplois On notera que le fait de faire subir une stérilisation aux monomères permet d'être assure que ces derniers pourront rester stockés très longtemps (plusieurs mois) sans perdre leurs qualités. La technique générale préférée du procédé selon l'invention peut être résumée de la façon suivante On porte à ébullition un mélange de paraformaldéhyde et de résine échangeuse d'ions faiblement basique dans un solvant azéotropique. On ajoute lester alkylique de l'acide cyanacétique en éliminant l'azéotrope solvant-eau. On essore la résine et on la lave trois fois avec du solvant sec. On ajoute le mélange de catalyseurs (anhydride phosphorique et hydroquinone) au résidu et on évapore le solvant sous une pression réduite. On procède ensuite à la dépolymérisation dans un courait d'anhydride sulfureux à la pression de 3 ou 4 mm Hg environ. On récupère le produit dans un récipient refroidi pour recueillir la totalité de la fraction et on fractionne par distillation le produit brut avec l'anhydride phosphorique dans un courant d'a anhydride sulfureux. Eventuellement on procède à une stérilisation du monomère0 Le rendement moyen est de 70 % environ. On stocke le monomère dans des récipients en polyéthylène à la température ambiante. Le procédé permet de simplifier et de réduire au maximum le temps de la synthèse et d'utiliser la même résine plusieurs fois. Les avantages du procédé selon l'invention sont illustrés dans les exemples suivants qui ne doivent pas être considérés comme limitatifs Exemple i Dans un ballon à trois cols muni d'un puissant agitateur, d'une ampoule à décanter et d'une tête à distiller -avec un thermomètre et un réfrigérant, on chauffe jusqu'à ébullition 6,6 g (0,22 mole) de paraformaldéhyde, 8 g de résine échangeuse d'ions type Bmberlite 4B-IR(OH) et Quand les vapeurs du solvant commencent à monter dans la tête à distiller, on ajoute goutte à goutte 33,4 g (0,2 mole) d'ester héxylique de l'acide cyanacétique pendant 5 mn. Lorsque l'opération est terminée, on élimine l'azéotrope eau-solvant, on essore le mélange en récupérant le filtrat dans le ballon destiné à la dépolymérisation et on lave trois fois la résine récupérée dans 20 ml de toluènes On ajoute 4 g de P205 et 0,5 g d'hydroquinone au filtrat et on évapore le solvant sous vide. On effectue la dépolymérisation dans un courant d'anhydride sulfureux à la pression de 4 mm Hg maximum0 L'opération dure trente minutes. On redistille le monomère obtenu dans un courant de l'anhydride sulfureux ou de nitrogène en présence de 1 g de P205 à la pression de 1 ma Eg. Le monomère esQ sous forme liquide, pratiquement incolore et inodore. On peut le stériliser en le plaçant dans des ampoules en verre qui sont passées en étuve pendant 90 à 120 minutes à une température de 100 à 1200Co Le rendement de produit a-cyanacrylate d'hexyle est de 70%. Exemple 2 Dans un ballon à trois cols muni d'un agitateur, d'un thermomètre, d'une ampoule à décanter et d'une allonge Dean-Stark, on porte à ébullition 6,6 g (0,22 mole) de paraformaldéhyde, 8 g de résine échangeuse dotions type bmberlite 4B-IR(OH) et 150 ml de xylène. On ajoute lentement 27,8 g (0,2 mole) d'ester butylique d'acide cyanacétique. Après élimination de l'eau, on essore la résine et on la lave trois fois dans 20 ml de xylène. On ajoute 4 g de P205 et 0,5 g d'hydroquinone au filtrat et on évapore le solvant sous vide. On effectue alors la dépolymérisation dans le courant d'anhydride sulfureux à une pression de 4 mm Hgo environ. On distille le monomère dans un courant de l'anhydride sulfureux en présence de 1 g de P2050 Le rendement de cyanacrylate de butyle est de 60 %. Exemple 3 Dans un ballon à trois cols muni d'un agitateur, d'un thermomètre, d'une tête à distiller, on place 6,6 g (0,22 mole) de paraformaldéhyde, 8 g de résine échangeuse d'ions type De-Acidi- té E, 36,2 g (0,2 mole) d'ester heptylique d'acide cyanacétique et 150 ml de benzène. On élimine l'azéotrope eau-solvant et on évapore le reste du solvant à une pression réduite. On ajoute le mélange de catalyseurs, 4 g de P20, 0,5 g dlhydroquinone et on effect;ue la dépolymérisation dans le courant d'anhydride sulfureux à une pression de 4 mm Rg. environ. On fractionne le monomère en présence de 1 g de P2O5 et 0,3 g d'hydroquinone à une pression supérieure à 1 mm Eg. Le rendement de cysnacrylste de heptyle est de 67 %. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENI)ICÂTI ONS 1.- Procédé de préparation des monomères d'alkyle a-cyana- crylates de formule = ON, - COOR dans laquelle R représente C un allyle non substitué de C1 à C9 consistant - à faire réagir l'ester aikylique de l'acide cyanacétique avec du paraforialdéhyde en milieu solvant azéotropique et en présence d'un catalyseur faiblement basique, - à éliminer l'azéotrope solvant-eau, - puis à dépolymériser, ledit procédé étant caractérisé en ce que le catalyseur utilisé lors de la réaction de polymérisation est une résine échangeuse d'ions et la dépolérisation est effectuée dans un courant d'aanhydride sulfureux sous faible pression en présence seulement anhydride phosphorique et d'hydroquinone. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la réaction de polymérisation, on utilise un excès de paraformaldéhyde par rapport à la quantité d'ester alkylique mis en réaction. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'excès de paraformaldéhyde est de 10 % exprimé en quantité molaire. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dépolymérisation est réalisée en chauffant à une température comprise entre 100 et 1600a selon la nature du produit dont on part. 5.- Procédé selon les revendications 1 et 4 prises ensem- ble, caractérisé en ee que pour un produit de base donné, la d6- polymérisation se produit en chauffant dans une fourchette de températures inférieures ou égales à 20 C 6.- Procédé selon la revendication 1 consistant en outre à faire subir au produit provenant de la réaction de dépolymérisation une distillation, caractérisé en ce que la distillation est effectuée en présence d'aabydride phosphorique dans le cas où on opère sous une pression inférieure à 1 mm Rg. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distillation est effectuée dans un courant de gaz inerte ou d'anhydride sulfureux en présence d'anhydride phosphorique dans le cas où on opère sous une pression supérieure à 1 mm Hg. 8.- Procédé selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 prises ensemble, caractérisé en ce que l'on soumet le monomère distillé à une stérilisation à une température de 100-120 C pen dant 90 à 120 minutes0 9.- À titre de produit industriel nouveau, monomère d'al- kyle-&alpha;-cyanacrylate obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes0