Brevet FR2420534A1 — publié le 19791019

La présente invention se rapporte à la synthèse de l'acide a-thienylacé- tique ou acide 2-thiophèneacétique, de ses esters et/ou de ses sels par car bonyl ation du 2-chl oromèthylthiophène Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé de préparation de l'acide a-thienylacetique, de ses esters allyliques et/ou de ses sels par une synthèse à partir du monoxyde de carbone et du 2-chlorométhylthiophène catalysé par un système catalytique à base de complexes cobalt-carbonyle. Comme on le sait, on utilise, en général, l'acide a-thiénylacétique comme intermédiaire de synthèses organiques, telles que, par exemple, la préparation de composés protégeant les cultures alimentaires (blé, céréales) vis-à-vis des dommages causés par les herbicides, ou la préparation de produits pharmaceutiques tels que les antibiotiques en général et, plus particulièrement, la céphalotine, qui est le sel de sodium de l'acide 7-(thiophene-2-acetamido)- céphalosporanique, par exemple. Selon les procédés connus, on prépare l'acide a-thiénylacétique par la réaction du 2-chloromethylthiophene avec des cyanures alcalins, suivie d'une saponification du nitrile obtenu en acide a-thienylacétique, ou par réaction du 2-acetylthiophene avec le polysulfure d'ammonium pour obtenir l'a-thiényl- acétamide, qu'on saponifie ensuite en acide a-thienylacetique. Récemment, on a préparé également l'acide o'-thiénylacétique par alcoolyse acide du 1-méthyl sulfinyl-1-méthylthio-2-thiophèneéthylène intermédiaire. Les procédésci-dessus sont des méthodes en plusieurs étages sans catalyseur, passablement compliquées du fait de l'emploi d'agents difficiles à trouver et/ou à manipuler (cyanures) et dont le prix de revient est élevé, ce qui les rend guere attrayants pour l'industrie. On connait, d'autre part, l'emploi de systèmes catalytiques à base de complexes métal-carbonyle pour la carbonylation des halogénures de benzyle en milieu alcalin pour obtenir les acides correspondants. Néanmoins, pour autant que l'on sache, toutes les techniques ci-dessus ne sont pas appliquées, ou applicables, à la carbonylation de noyaux hétérocycliques et/ou renfermant du soufre exerçant une action perturbatrice sur le déroulement de réactions catalysées par des métaux de transition. En outre, quant au 2-chloromethylthiophene, sa réactivité vis-à-vis du méthanol, solvant de carbonylation, est environ 2000 fois plus grande que celle du chlorure de benzyle. La présente invention a donc pour objet un procédé simple et bon marché de préparation de l'acide a-thiénylacétique qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus et permet de préparer l'acide a-thienylacétique par carbonylation catalytique du 2-chloromethylthiophene à la pression atmospherique, et de préparer egalement le catalyseur in situ dans les mêmes conditions que la synthèse, selon un rendement quasi-quantitatif, à une vitesse de réaction élevée et en une seule étape. Les buts et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante. Le procédé de préparation de l'acide c'-thiénylacétique, de ses esters et de ses sels selon la présente invention est caractérisé en ce que l'on fait réagir le 2-chlorométhyithiophene avec le monoxyde de carbone, en présence d'un catalyseur tel que le cobalt carbonyle LCo2(C0)sJ et les sels alcalins de formule MCo(CO)4, ou un système catalytique constitué par un sel de cobalt, un alliage ferro-manganèse et des adjuvants soufrés, dans un solvant hydroalcoolique, et en présence d'une base minérale, à la pression at mosphérique et à une température comprise entre O et 600C, et en ce qu'on sépare l'acide a-thienylacetique de ses esters et/ou de ses sels selon les techniques classiques. Le symbole M représente Na ou K. On peut représenter schématiquement la réaction par les équations suivantes: ou: R estunradical méthyle ou éthyle; MOH est une base minérale telle que NaOH, KOH, etc., ou peutêtre remplacé par CaO. Il est facile d'obtenir l'acide a-thienylacetique libre par simple depla- cement à l'aide d'un acide minéral fort tel que HC1, H2504, etc. ou d'un de ses sels ou par hydrolyse des esters. A l'examen des réactions 1 et 2, il est clair que, selon la quantité de base minérale MOH présente (1 mole dans la réaction 1 et 2 moles dans la réaction 2), il est possible d'obtenir sélectivement les sels alcalins (Na et K) ou les esters méthylique ou éthylique. ROH est toujours présent dans le solvant hydroalcoolique. On effectue la reaction en présence d'un catalyseur tel que le cobalt carbonyle Co2(CO)8, le carbonylate de cobalt alcalin MCo(CO)4, ou M a la signification ci-dessus, et un autre système catalytique composé de sel de cobalt, d'alliage fer-manganèse et d'adjuvants soufrés. Les deux premiers sont des composés connus, préparables selon les techniques classiques. On peut, par exemple, préparer Co2(CO)8 par reaction du carbonate de Co avec un mélange gazeux de Co et H2 sous pression, dans l'éther de pétrole, tandis qu'on peut obtenir NaCO(CO)4 par réduction de Co2(CO)8 à l'aide d'un amalgame de sodium à 1% dans l'éther. Enfin, on prépare le système catalytique, formé d'un sel de Co, d'un alliage fer-manganese et d'adjuvants soufrés, à partir d'un sel de Co tel que chlorure, sulfure, bromure, etc., un alliage Fe/Mn (renfermant 80% de Mn environ) et des adjuvants soufrés, dans l'alcool méthylique ou éthylique, ou leurs mélanges avec l'eau, sous une pression de monoxyde de carbone de 1 bar, a une température comprise entre 10 et 80"C, de préférence, 25 et 350C. La concentration de la solution en sel de cobalt est comprise entre 0,3 et 1 mole/litre; on utilise de 1 à 2 moles de Mn sous forme d'alliage Fe/Mn par mole de sel de Co. On broie préalablement l'alliage Fe/r5n de façon à obtenir une granulométrie inférieure à 0,0295 mm. Les adjuvants soufres utilisés de préference sont le sulfure de sodium et le thiosulfate, qu'on emploie à raison de 0,01 à 0,1 mole par mole de sel de Co. Le mélange est maintenu sous agitation durant 2 à 3h. En ce cas, on dilue le mélange catalytique obtenu 4 à 12 fois à l'aide d'éthanol ou de méthanol ainsi que d'eau. La concentration de l'eau dans le mélange réactionnel final est comprise entre O et 35% et, de préférence, de O à 20%. La température réactionnelle est comprise entre O et 6O0C et, de préférence, entre 20 et 35"C. En tant que base, on utilise les oxydes ou hydroxydes de métaux alcalins ou alcalino-terreux tels que CaO, NaOH, KOH, etc. Si on utilise les hydroxydes solubles dans le milieu réactionnel hydroalcoolique (NaOH, KOH), il faut effectuer leur addition progressivement, en s'assurant que le pH ne depasse pas une valeur de tordre de 12, à l'aide, par exemple, d'une électrode de verre. On peut ajouter CaO en totalité des le début. Des pH plus élevés peuvent provoquer un abaissement du rendement en raison de la formation du thiénylméthyléther. Un temps de réaction de l'ordre de 2 a 5h suffit pour mener Ta réaction a son terme. L'emploi du méthanol ou de l'éthanol, seuls ou en mélange avec l'eau, permet de neutraliser plus facilement l'acidité qui se développe au cours de la réaction et donc, de mieux protéger le système catalytique. A l'issue de la rédaction, on obtient l'ester méthylique, ou éthylique, de l'acide a-thiénylacétique, le cas échéant, partiellement salifie sous forme de sel alcalin, Par distillation de l'alcool, utilisé comme solvant, en milieu basique, il est possible de saponifier totalement 7'ester en sel alcalin de l'acide, d'ou on libère l'acide a-thiénylacétique par acidification au moyen de HC1, de préférence, et l'extrait à l'aide d'un solvant organique (éther), puis l'isole selon les techniques bien connues. En variante, il est possible d'obtenir directement l'acide libre à partir de l'ester méthylique, ou éthylique, de l'acide a-thiénylacetique, grace à une hydrolyse acide suivie d'une extraction, etc., sans avoir besoin de le transformer en sel alcalin, selon les méthodes classiques. Selon un mode de réalisation particuliérement efficace, on peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention comme suit: On prépare le mélange catalytique comme indiqué ci-dessus, ou bien, on élabore une solution de Co2(CO) oude NaCo(CO)4 dans le solvant hydroalcoolique; on le porte ensuite a une température de O à 6O0C, de préférence, 20 à 350C. On maintient une pression de CO de l'ordre de 1 kg/cm2 absolu audessus de la solution sous agitation intense. On ajoute le 2-chloromethylthio- phone en 2 à 5h environ, à raison de 5 à 20Z et, de préférence, 10 à 15% du poids du solvant.On obtient les meilleurs résultats si la base de neutralisation est constamment en excès par rapport au 2-chloromethylthiophene grace à une addition progressive de ladite base. Au terme de la rédaction, on récupère le solvant par distillation en milieu basique. I1 est possible de libérer l'acide o'-thiénylacétique de son sel alcalin ainsi obtenu, au moyen de l'addition d'un acide fort, HC1 de préférence, et de l'extraire ensuite à l'aide d'un solvant organique, etc. Grâce à ses conditions operatoires douces, le procédé de la présente invention est particulièrement avantageux. La nature catalytique de la réaction et son rendement élevé constituent des avantages supplémentaires. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparai- tront mieux à la lecture de la description des exemples suivants, donnés à titre illustratif mais non limitatif. EXEMPLE 1 On introduit 45 ml de méthanol, 5g de CoCl2*6H20, 0,10g de sulfure de sodium et 0,37g de thiosulfate de sodium sous pression de CO, dans un ballon de 0,5# équipé d'un agitateur, d'une ampoule à brome, d'un entonnoir à solides, d'un thermomètre, d'un réfrigérant et d'un pH-metre. On met l'agitation en marche (500 cycles/mn) et on introduit 2,259 d'alliage Rln/Fe (Mn = 80%) broyé de façon que sa granulométrie soit inTerieure à 0,0147 mm. L'absorption de CO commence immédiatement et elle se poursuit pendant 3h. L'absorption totale de CO s'élève a 1,6 N@ (85% de la quantite théorique).On utilise la suspension catalytique ainsi obtenue de la façon suivante: On ajoute 210 ml de méthanol à la suspension méthanolique de catalyseur ainsi obtenue. On met l'agitation en marche, on porte le mélange à une température à 250C et on ajoute 209 de chlorométhylthiophêne ainsi que 18g d'oxyde de calcium en 5h, tout en maintenant le mélange sous une pression de CO. Lorsque l'addition est terminee, on laisse le mélange sous agitation pendant 1h supplémentaire. La quantité totale de monoxyde de carbone absorbé s'élevé à 3100 ml. On ajoute 270 ml d'eau en deux fois au mélange et, par distillation, on recueille 310 ml de mélange eau-méthanol renfermant 10, ' d'eau, utilisable dans les essais ultérieurs. On ajoute alors 25 ml d'acide chlorhydrique concentré (379 de HCl par 100 ml) au résidu de distillation qu'on extrait par trois portions de 200 ml d'éther éthylique. On élimine la phase aqueuse et on évapore à sec la combinaison des phases organiques. On obtient ainsi 15,4 d'acide &alpha;-thiénylacétique, soit un rendement de 72% par rapport au chlorométhylthiophène introduit, présentant un point de fusion de 64 C. EXEMPLE 2 On introduit 12 ml de suspension catalytique telle qu'obtenue dans exemple 1, 60 ml de méthanol et 6 ml d'eau dans un ballon de 250 ml équipé d'un agitateur, d'une ampoule à brome, d'un thermometre, d'un réfrigérant, et raccordé à une barrette graduée de 500 ml contenant du CO sous une pression d'eau. Apres avoir porté le mélange à 20 C, on introduit 3,3g de 2-chloromethylthio- phene en 5h. On ajuste alors le pH entre 10 et 12 par addition d'une solution aqueuse de NaOH à 23%. La consornmation globale de soude caustique s'elève à 6 ml et celle de CO à 300 ml. Après saponification suivie d'une extraction a l'éther, on recueille 1,7g d'acide. Le rendement de l'opération s'relève à 48% par rapport au 2-chloro méthylthiophène introduit. EXEMPLE 3 On opère dans le même appareil et selon le même procédé que dans l'Exemple 2, à partir du mélange ci-dessous, que l'on fait réagir à une température de 26 C. - 12 ml de suspension catalytique, - 25 ml de méthanol, - 1 ml d'eau, - 9,0 g de CaO. On introduit lOg de 2-chlorométhylthiophène en 6h environ. Au terme de l'additon, on laisse le tout sous agitation pendant 1h supplémentaire. L'absorption totale de CO s'élève à 1600 ml. Apres saponification suivie d'une extraction à l'éther, on obtient 7,6g d'acide, soit un rendement de 73% par rapport au 2-chloromethylthiophene introduit. EXEMPLE 4 On opère dans le meme appareil et selon le même procédé que dans l'Exemple 2, à partir du mélange ci-dessous: - 0,8g de NaCo(CO)4, - 25 ml de méthanol, - 1 ml d'eau, - 4 9 de CaO. Tout en maintenant la température à 30,50C, on introduit 5,5g de chlorométhylthiophène en 3h. On opère ensuite comme indiqué ci-dessus et on obtient 4,0g d'acide o-thiènylacétique, soit un rendement de 70%. EXEMPLE 5 On opère dans le même appareillage et selon le même procédé que dans exemple 2 à partir du mélange suivant: - 11 g de Co2(CO)8 - 25 ml de méthanol, - 1 ml d'eau, - 4 g de CaO. On opère ensuite comme dans l'ExempLe 4 et on obtient 3,8g d'acide -thienyl- acétique, soit un rendement de 66. Z. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples et modes de mise en oeuvre mentionnés ci-dessus, qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. REVENDICATIONS 1.- Procéde de préparation de l'acide &alpha;-thiénylacétique, de ses esters alkyliques et de ses sels par carbonylation du 2-chlorométhylthiophèné, thiophèné, caractérisé en ce mulon fait réagir ce dernier avec le monoxyde de carbone (CO) à la pression atmosphérique, à une température comprise entre O et 60 C, en solution hydroalcoolique, en presence d'une base minérale et d'un catalyseur choisi parmi [CO2(CO)3], MCo(CO)4, ou M est Na ou K, ou bien unsystème constitué par un sel de cobalt,un alliagefer-manganêse,des adjuvantssoufrés, pius on isole l'acide athié- nylacétique de son sel et/ou de ses esters selon des méthodes classiques. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la temperature réactionnelle est comprise entre 20 et 350C. 3.- Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la solution hydro-alcoolique en melange final est formée de méthanol et/ou d'éthanol et d'eau en une concentration de O à 35 et, de préférence, O à 20%. 4.- Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sel de cobalt est le chlorure coblateux. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les adjuvants soufrés sont des sulfures et.thiosulfates alcalins. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la base est CaO, NaOH ou KOH, et que la quantité-de base utilisée est au moins égale à une mole par mole de 2-chlorométhylthiophène. 7.- Acide a-thiénylacétique, ses esters alkyliques et ses sels, obtenuspar un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.