Brevet FR2291203A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne de nouveaux dérivés à fonction's amines tertiaires obtenus à partir du glycolurile par une réaction de MANNICH. Les amines tertiaires appelées "bases de Mannich" obtenues par réaction de Mannich entre un amide carboxylique, du formal- déhyde-.et une amine secondaire sont bien connues ; elles relative-ment-p--eu stables et peu résistantes à lthydrolyse par les' acides ou les bases. La même réaction de Mannich appliquée à l'urée ou à-la thiourée ou auy urées et thiourées mono- ou disubstituées avec du formaldehyde et des amines primaires conduit à des tétra- hydro-s-triazines-ones-2 substituées en position 5. Ces composés qui sont des amines tertiaires sont difficiles, voire impossibles, à quaterniser sans décomposition. La Demanderesse a trouvé qu'en faisant réagir en propor-. tion convenable le glycolurile, le formaldéhyde et des composés comportant un groupe amine primaire, on obtenait de façon sur- prenante des dérivés du glycolurile possédant des groupes amines tertiaires, 'solides I- -stables, sans tension de vapeur et sans odeur, facilement quaternisables par îes agents de quaternisation usuels comme les halogénures et les sulfates d'alkyle. Les dérivés du glycolurile selon l'invention possèndent tous le squelette du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]hexaaza1,3,5,7,9,11 dioxo-6,12 téradécane correspondant à la formule générale dans laquelle R représente un radical hydrocarboné substitué ou non, comportant au plus 22 atomes de carbone, tel qu'un radical aIkyle saturé ou non, à channe droite ou ramifiée, contenant éventuellement comme substituant un noyau phényle, un hétérocycle, un ou plusieurs groupes amine tertiaire, hydroxyle ou carboxylique, ou tel qu'un radical cycloaliphatique. Les composés selon ltinvention peuvent être préparés soit par action simultanée du formaldéhyde et d'un composé comportant un groupe amine primaire sur le glycolurile, soit par réaction préalable du formaldéhyde avec le glycolurile pour obtenir le tétraméthylolglycolurile puis condensation de celui-ci avec le composé comportant un groupe amine primaire. Pour des raisons de commodité cette dernière méthode est préférée. La réaction a lieu en milieu aqueux ou hydroalcoolique, neutre ou alcalin, à température d'ébullition à reflux, en éiiminant éventuellement une partie de l'eau par distillation ou entrainement azéotropique, puis en séparant le produit obtenu par cristallisation, si nécessaire après neutralisation. Le glycolurile est utilisé sous sa forme cristallisée, insoluble dans liteau, ou à ltétat de tétraméthylolglycolurile cristallisé ou en solution aqueuse préparée à-l'avanee ou immédiatement avant utilisation. Le formaldéhyde peut être sous une forme quelconque, en solution aqueuse ou à ltétat de polymère capable de libérer du formaldéhyde. Le composé comportant une fonction amine primaire utilisé dans le procédé de fabrication des composés selon l'invention peut 8tre quelconque dans la mesure où il présente une basicité suffisante pour donner lieu à une réaction de Mannich et où il ne comporte pas de groupe réactif susceptible dans les conditions opératoires de réagir préférentiellement au groupe NH2 selon une réaction de Mannich. Il peut être notamment un composé de formule RNH2 dont le pK (K étant la constante de dissociation de l1équilibre RNH3+ + H20 RNH2 + H30+) est égal ou supérieur à 8, formule dans laquelle R a la même signification que dans la formule générale. Le composé R NH2 peut être plus particulièrement - une amine primaire aliphatique comportant 1 à 22 atomes de carbone, à chaîne droite ou ramifiée comme les n-alkylamines de C1 à C22' les alkylamines ramifiées de C3 à C22, les amines primaires obtenues industriellement par action de 22 l'ammoniac sur les alcools, les amines grasses et leurs mélanges obtenus industriellement par hydrogénation des nitriles provenant des acides gras de suif, d'oléine ou de coprah; - une amine primaire insaturée comportant de 3 à 18 atomes de carbone comme l'allylamine ou l'oléylamine ; - une amine primaire comportant un noyau phényle ou un hétérocycle lié au groupe -NH2 par l'intermédiaire d'au moins un atome de carbone comme la benzylamine, la P-phényléthylamine, la furfurylamine;; - une amine primaire comportant des groupes amine tertiaire, de formule générale - une amine primaire comportant de 1 à 8 atomes de carbone et un ou plusieurs groupes hydroxyles, comme la monoéthanolamine, la monoisopropanolamine ou les amino-alcools obtenus par réduction de nitroalcools comme l'amino-2-méthyl-2 propanol-1, ltamino-2 éthyl-2 propane diol-1,3, le tris (hydroxyméthyl) aminométhane; - une amine primaire cycloaliphatique comportant de 3 à 8 atomes de carbone comme la cyclohexylamine;; - un sel alcalin d'un amino-acide comportant de 2 à 12 atomes de carbone tel qu'un sel alcalin d'un amino-acide naturel comme le glycocolle, l'a ou la P-alanine, la sérine, la valine, la thréonine, la leucine, l'isoleucine, la méthionine, la phénylalanine, les acides aspartique et glutamique ou tel qutun sel alcalin d'un des amino-acides ou des lactames utilisés dans la synthèse des polyamides, comme l'-caprolactame, le capryllactame, le laurinolactame, l'acide # -amino-oenanthylique, l'acide # - amino-undécylénique. Les composés selon l'invention sont utilisables tels quels ou sous forme de sels ou de sels dtammonium quaternaire dans de nombreux domaines, par exemple comme agents tensio-actifs dans l'industrie textile et comme agents anti-corrosion. Pour cette dernière application conviennent les composés dans lesquels R est un radical cycloaliphatique ainsi que les sels de triéthanolamine des composés comportant des grou pes carboxyliques. Les composés comportant des groupes carboxyliques peuvent également être utilisés dans les résines polyesters, et les composés comportant des groupes hydroxyles dans les polyuréthannes. Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention mais ils ne la limitent en aucune manière. Exemple 1 On ajoute 25,2 g de solution de formaldéhyde à 50 % (0,42 mole) à une suspension dans l'eau de 14,2 g (0,1 mole) de glycolurile, puis on coule, goutte à goutte, 20 g de solution aqueuse à 33 % de méthylamine (0,21 mole). il se produit une réaction exothermique et le glycolurile se dissout. Par concentration sous vide, on obtient un solide blanc qui est lavé au méthanol et séché sous vide. Poids sec 16,8 g soit un rendement de 65 % par rapport au glycolurile. Après recristallisation, le produit a un PF supérieur à 3000C (avec décomposition). N % calculé pour le tétracyclo-[5,5,2,05,13,011 , 14]hexaaza- 1,2,5,7,9,11 diméthyl-3,9,dioxo-6,12 tétradécane : 33,3 % trouvé 33,3 %. Exemple 2 Dans un ballon muni d'un décanteur de DEAN et STARS, on mélange 262 g d'une solution aqueuse à 50 k de tétraméthylol-glycolurile avec 500 ml d'isobutanol puis on ajoute 200 g d'une solution aqueuse de méthylamine à 33 % et chauffe au reflux en éliminant au fur et à mesure la couche inférieure aqueuse dans le tube de DEAN et STARS. Après élimination de 50 ml de couche aqueuse, on refroidit la masse, essore et sèche les cristaux formés ; on obtient 98 g de cristaux blancs de PF supérieur à 300 C (avec décomposition). Le rendement est de 78 %. Analyse élémentaire: C10H16N6O2; Calculé Trouvé N 33,3 % 33,3 % C 47,61 % 47,5 % H 6,4 % ' 6,3,' L'analyse élémentaire ainsi que les spectres IR et BMN confirment qu'il s'agit bien du tétracyclo-[5,5,2,05,130,11,14] hexaaza-1,3,5,7,9,11 diméthyl-3,9 dioxo-6,14 tétradécane. Exemple 3 On mélange 262 g de solution aqueuse à 50 % de tétra ;éthylol glycolurile avec 120 ml d'eau et une solution de 77 g de n-butyiamine dans 167 ml de méthanol ; on ajoute en- suite 400 ml d'heptane 3 et élimine azéotropiquement 470 ml de phase aqueuse. Le milieu réactionnel qui initialement comprenait deux phases devient homogène ; on le refroidit, ce qui provoque l'apparition d'un précipité bien cristallisé qui, essoré et séché sous vide, donne 152 g de cristaux blancs PF=90 C Rendement 90 k. Une partie des cristaux obtenus est recristallisée dans un mélange eau-méthanol 60-40. Le produit recristallisé a un PF = 96 C. Analyse élémentaire: C16H28N6O2 Calculé % Trouvé % N 25,0 25,1 C 57,12 57,2 H 8,4 8,2 L'analyse élémentaire et les spectres IR et RNN confirment qu'il s'agit bien du tétracyclo[5,5,2,05,13,0,11,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11-dibutyl-3,9-dioxo-6,12-tétradécane. Exemple 4 On dissout 189 g de dodécylamine dans 500 ml d'isobutanol ; on chauffe à 35 C environ et l'on ajoute lentement 262 g d d'une solution aqueuse à 50 Q de tétraméthylolglycolurile puis on chauffe au reflux, en éliminant, la phase aqueuse de l1azé- otrope qui distille -; après élimination de 160 ml de phase aqueuse on concentre sous vide, et refroidit à 0 C; le produit cristallise; il est essoré puis séché sous vide. Poids obtenu : 215 g ; Rendement : 77 % PF : 62 C Analyse élémentaire C32 H60 N6 2 Calculé % Trouvé % C 68,5 68,5 H 10,8 10,8 N 15,0 15,0 il s t agit bien du tétracyclo-[5,52,05,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 didodécyl-3,9 dioxo-6,12 tétradécane. Exemple 5 On mélange 262 g d'une solution aqueuse à 50 % de tétraméthylolglycolurile avec une solution de 274 g d'octadécylamine dans 525 ml dtisopropanol et lton porte au reflux. Le milieu réactionnel qui était initialement hétérogène devient homogène. On maintient encore 1 heure au reflux puis on refroidit ; le produit cristallisé obtenu est essoré et séché sous vide. Poids obtenu 307 g; Rendement 84,5 % PF (après recristallisation dans l'acétate d'éthyle) = 76 C Analyse élémentaire : C44 H84 N6 02 Calculé % Trouvé % o 72,5 72,35 H 11,6 11,2 N 11,5 11,5 il s'agit bien du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 dioctadécyl-3,9 dioxo-6, 12 tétradécane. Exemple 6 On dissout 131 g de tétraméthylolglycolurile cristallisé dans 450 ml d'un mélange eau-isopropanol (40/60). On ajoute alors lentement 102 g de cyclohexylamine et chauffe au reflux le produit précipite au cours de la réaction. On refroidit,filtre et sèche le précipité sous vide. Poids obtenu 193 g ; Rendement 91 % PF : 225-227 C Analyse élémentaire C20 H32 N6 2 Calculé % Trouvé ffi C 61,8 62,0 H 8,3 7,8 N 21,6 21,7 L'analyse élémentaire et les spectres IR et RMN confirment qu'il s'agit bien du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 dicyclohexyl-3,9 dioxo-6,12 tétradécane. Exemple 7 On dissout 28,5 g d'allylamine dans 50 ml de méthanol; on introduit alors 131 g de solution aqueuse à 50 % de tétraméthylolglycolurile ; on porte la solution obtenue au reflux pendant une heure. On concentre alors sous vide et reprend le précipité cristallin obtenu par ltisopropanol ; on filtre et sèche sous vide. Poids obtenu 62 g ; Rendement 81,6,' PF (produit recristallisé dans 1' isopropanol) : 93 C Analyse élémentaire : C14 H20 F6 02 Calculé % Trouvé % C 55,25 55,3 H 6,6 6,30 N 27,6 27,8 l'analyse élémentaire et les spectres IR et RMN confirment qu'il s'agit bien du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 diallyl-3,9 dioxo-6,12 tétradécane. Exemple 8 A 1677 g de formaldéhyde aqueux à 36,5 ,', on ajoute 710 g de glycolurile et amène le pH à 10 avec de la lessive de soude ; on chauffe à 60 C et observe la dissolution du glycolurile. On ajoute alors 630 g de monoéthanolamine ; la réaction exothermique élève la température jusqu'à 95 C. On maintient ensuite la température à 80 C pendant deux heures trente puis on distille l'eau sous pression réduite. Le produit précipite lorsqu'on a recueilli 300 ml de distillat aqueux. On refroidit, filtre et lave le précipité avec le minimum d'veau glacée. les eaux-mères sont concentrées pour obtenir un deuxième, puis un troisième jet de précipité ; le précipité cristallin est séché sous vide. Poids obtenu : 1247 g ; Rendement 80 % PF: 232-233 C Analyse élémentaire C12H20 N6 4 Calculé,' Trouvé,' C 46,1 46,0 H 6,4 6,2 N 26,9 26,3 L'analyse élémentaire et les spectres IR et RMN confirment qu'il stagit bien du tétracyclo-(5,5,2,O5,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 bis [ss hydroxyéthyl] 3,9 dioxo 6,12 tétradécane. Exemple -9 On neutralise à 509C une solution aqueuse à 20,' contenant 150 g de glycocolle par 80 g de soude. On ajoute ensuite 262 g dtune solution aqueuse à 50 k de tétraméthylolglycolurile et on porte 1 heure au reflux ; on neutralise alors avec de l'acide chlorhydrique aqueux à 30 % ; un produit cristallin précipite. il s'agit du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 bis-carboxyméthyl]-3,9 dioxo 6,12 tétradécane qui cristallise avec deux molécules d'eau. Rendement : 58,5 % Analyse élémentaire : C12 H20 N608 Calculé % Trouvé % C 38,3 37,7 H 5,3 4,9 N 22,3 22,2 H20 (Kari Fischer) 9,6 10 le produit nta pas un point de fusion bien défini il se décompose à partir de 100 C. Exemple 10 On neutralise 226 g d'# -caprolactame avec 400 g de soude à 20 % ; on maintient la solution obtenue pendant 1 heure à 60 C puis on ajoute 262 g de tétraméthylolglycolurile cristallisé et maintient encore la température 2 heures à 60oC puis on refroidit et neutralise avec 230 g acide chlorhydrique aqueux à 30 %. On obtient un précipité cristallin que l'on filtre et sèche sous vide. Poids sec : 278 g ; Rendement : 61 % ; PF = environ 227 C (avec décomposition). Analyse élémentaire: C20H32N6O6 Calculé Trouvé,' C 53,1 53,0 H 7,1 6,8 N 18,57 18,6 il s'agit, comme le montrent l'analyse élémentaire et les spectres IR et RMN, du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]- hexaaza-1,3,5,7,9,11 bis [#-caroxypentyl] 3,9 dioxo 6,12 tétradécane. Exemple 11 On neutralise 402 g d'acide amino-I I undécanoïque par 400 g de solution de soude à 20 %. On ajoute ensuite 262 g de tétraméthylolglycolurile cristallisé et porte le mélange au reflux pendant 30 minutes ; on refroidit et neutralise par 230 g d'acide chlorhydrique à 30 % ; le précipité obtenu est essoré, séché et recristallisé dans méthanol absolu. Poids obtenu : 410 g ; Rendement :70 % ; PF = 125 C Analysé élémentaire: C30H52N6O6 Calcule % Trouvé % C 60, 8 60,2 R 8,8 8,3 N 14,18 14,5 Il s'agit du tétracyclo-[5,5,2,05,13,011,14]hexaaza 1,3,5,7,9,11 bis[ # -carboxydécyl] 3,9 dioxo 6,12 tétradécane. Exemple 12 On ajoute lentement 52,4 g d'une solution aqueuse à 50 % de tétraméthylolglycolurile à 21,4 g de benzylamine, puis 70 ml d'éthanol et on porte à l'ébullition au reflux. Après une, heure de réaction, on refroidit dans un bain de glace, filtre, lave et sèche le précipité sous vide. On obtient 15 g de-produit de PF = 225O C soit un rendement de 37 %. Analyse élémentaire : C22 H24 N6 2 Calculé Trouvé C 65,33 % 64,9 % H 6,0 % 6,0 % N 20,77 % 20 % L'analyse élémentaire, les spectres IR et RMN confirment qu'il s'agit bien de tétracyclo [5,5,2,05,13,011,14] hexaaza-1,3,5,7,9,11 dibenzyl-3,9 dioxo-6, 12 tétradécane. il va de soi que la presénte invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendication ci-après. R1DVENDICATIONS 1. Nouveaux dérivés du glycolurile, caractérisés par le fait qu'ils répondent à la forme générale dans laquelle R représente un radical hydrocarboné substitué ou non, comportant au plus 22 atones de carbone. 2. Nouveaux dérivés du glycolurile suivant la revendication 1 dans lesquels le radical R de la formule générale représente un radical alkyle saturé ou non, à chalande droite ou ramifiée contenant éventuellement comme substituant un noyau phényle, un hétérocycle, un ou plusieurs groupes amine tertiaire, hydroxyle ou carboxylique. 3. Nouveaux dérivés du glycolurile suivant la revendi- cation 1, dans lesquels le radical R de la formule générale représente un radical cycloaliphatique. 4. Procédé de fabrication des dérivés du glycolurile selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fait réagir sur le glycolurile en milieu aqueux ou hydroalcoolique neutre ou alcalin, à température d'ébullition à reflux du formaldéhyde et un composé comportant un groupe amine primaire. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on fait préalablement réagir le formaldéhyde sur le glycolurile pour obtenir le tétraméthylolglycolu- rile sur lequel on fait ensuite réagir le composé comportant un groupe amine primaire. 6. Procédé de fabrication selon les revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que le composé comportant un groupe amine primaire est un composé de formule RNH2 dans lequel R a la même signification qu'à la revendication 1 et dont le pK est égal ou supérieur à 8. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RNH2 est une amine primaire aliphatique comportant 1 à 22 atomes de carbone à chaSne droite ou ramifiée. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RNH2 est une amine primaire insaturée comportant de 3 à 18 atomes de carbone. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RNH2 est une amine primaire comportant un noyau phényle ou un hétérocycle lié au groupe NH2 par l'intermédiaire d'au moins un atome de carbone. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RNR2 est une amine primaire comportant des groupes amine tertiaire, de formule générale dans laquelle n = 2 ou 3. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RSH2 est une amine primaire comportant de 1 à 8 atomes de carbone et un ou plusieurs groupes hydroxyles. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RNH2 est une amine primaire cycloaliphatique comportant de 3 à 8 atomes de carbone. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le composé de formule RNH2 est un sel alcalin d'un amino acide comportant de 2 à 12 atomes de carbone.