Brevet FR2471967A1 — publié le 19810626

- 1- La présente invention concerne un nouveau procédé de préparation de dérivés de p- phénylènediamine N,N-disubstitués de formule géné- - rale: R1 R2 R3 NH2 o R représente un alcoyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, R2 représente un alcoyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone ou un alcoyle ayant de i à 6 atomes de car- bone substitué par OH, un alcoxy inférieur, un groupe sulfo un ou groupe alcoylsulfonamido, et R3 représente un hydrogène ou un alcoyle inférieur, et leurs sels d'addition acides, par nitrosation des dérivés d'aniline correspondants puis hydrogénation des dérivés de p-nitroso-aniline N,N"disubstitués formés. Les dérivés de p-phénylènediamine N,N-disubstitués sont connus depuis longtemps (cf. par exemple J. Amer. Chem. Soc. 73, 3100, 1951) et ont acquis en particulier une grande signification comme substances révélatrices pour la photographie en couleur, mais aussi comme produits intermédiaires dans la préparation des divers colorants azoiques. Etant donné l'importance toujours croissante et les besoins accrus de ces substances déjà utilisées aujourd'hui en grande quantité, on connait déjà une série de procédés et en particulier de conditions de procédés perfectionnées dans la préparation de -2- ces composés. Tous les procédés connus de préparation des dérivés de p-phénylènediamine N,N-disubstitués uti- lisent cependant pour la nitrosation des dérivés d'aniline correspondants le nitrite de sodium, et on travaille en solution aqueuse ou aqueusealcoolique. L!addition de l'acide nitreux nécessaire pour la nitrosation sous la forme de son sel de sodium exige cependant que le sodium ajouté sous la forme d'un sel inorganique après la nitrosation ou au plus tard après l'hydrogénation ultérieure aux dérivés de p-phénylènediamine correspondants soit à nouveau séparé. Dans cette façon de procéder il apparaît en outre une série de dérivés et en parti- culier de produits secondaires indésirables et gênants. Des isolations intermédiaires et des purifications des produits organiques intermédiaires et finals sont ainsi nécessaires, même lorsque, comme le recommande une étude d'ensemble (J. Amer. Chem. Soc. 73, 3100, 1951) on utilise directement le mélange réactionnel contenant le dérivé de p-nitroso-aniline dans lthydro- génation consécutive. En outre, on ne peut éviter nus dans cente facon de procéder se présentent de façon intermédiaire les basses pphénylènediaminées instables et partiellement allergènes. Bien qu'on ait reconnu les problèmes qui apparaissent dans la préparation des dérivés de p-phénylénediamine N,N-disubstitués, à savoir la formation de déeveés et de produits secondaires indési- rables et gênants, les pertes de rendement, le défaut de pureté des produits finals et la manipulation des produits intermédiaires instables et en partie allergè- nes, on n'a jusqu'ici proposé nulle part de solutions satisfaisantes de ces problèmes. Il fallait donc améliorer les procédés -3- connus de manière à obtenir les produits désirés avec une plus grande pureté et un meilleur rendement, à réprimer la formation de produits secondaires et de dérivés indésirables et à faire l'économie des étapes d'isolement intermédiaires et de purification. Ce problème a été résolu par le nouveau procédé ici pré- senté de préparation de dérivés de p-phénylènediamine N,N-disubstitués. On a trouvé en effet que de façon surprenante, on peut améliorer nettement les rende- ments dans la préparation des dérivés de p-phénylène- diamine N,N-disubstitués et, de façon décisive, la qualité des produits finals, et qu'en outre on peut s'épargner une série d'isolements intermédiaires et de processus de purification, en effectuant la nitrosation des dérivés d'aniline correspondants en suspension acide aqueuse en utilisant un alcoyl- nitrite comme agent nitrosant et en utilisant le - d c -noe o-nrosuniline formé sans isolement dans l'étape suivante d'hydrogénation. L'invention -aonc pour objet un procédé de préparation de dérivés de p-phénylène- diamine N,N-disubstitués de formule générale I R1 R2 R3 NH2 o R1 représente un alcoyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, R2 représente un alcoyle ayant de i à 6 atomes de carbone ou un alcoyle ayant de i à 6 atomes de carbone -4- substitué par OH, un alcoxy inférieur, un groupe sulfo ou un groupe alcoylsulfonamido, et R3 représente un hydrogène ou un alcoyle inférieur et de leurs sels d'addition acides par nitrosation des dérivés d'aniline-correspondants puis hydrogénation des dérivés de p-nitroso-aniline N,N-disubstitués formés, caractérisé en ce qu'on ajoute à la suspen- sion acide aqueuse du dérivé d'aniline un alcoyl- nitrite comme agent nitrosant et en ce qu'on utilise le dérivé de pnitroso-aniline formé sans isolement dans l'étape suivante d'hydrogénation. Les avantages du procédé de l'invention tiennent à des rendements très élevés en produits finals désirés, étant donné que l'on peut s'épargner les isolements intermédiaires et les processus de purification qui entraînent des pertes de rendement. Mais le plus grand avantage du mode opératoire de l'invention tient à une amélioration non prévisible de la qualité des produits finals, que l'on peut obtenir selon le nouveau procédé sous une forme extrêmement pure et dans une meilleure qualité pour les applications prévues. La nitrosation avec des alcoylnitrites, en particulier avec l'amylnitrite, est certes connue en principe. Selon Berichte 8, pp 616 et 621 (1875), on a également déjà fait réagir de la diméthyl- et de la diéthylaniline à l'aide d'amylnitrite pour obtenir le composé nitroso correspondant. Cependant, cette réaction connue depuis plus de cent ans (voir également dans Houben-Weyl, Vol. 10/I, p 1040) n'a pas été jusqu'à présent appliquée à la synthèse des révélateurs. Dans toutes les nitrosations effectuées jusqu'ici avec des alcoylnitrites, on a travaillé en -5- présence de solvants organiques, en particulier d'alcools, l'alcool étant ajouté comme solvant et n'étant pas seulement formé comme composant de la réaction. Il est donc d'autant plus surprenant que l'on ait maintenant trouvé que l'on obtient les meilleurs résultats en effectuant la réaction avec le nitrite organique contrairement aux enseignements de l'état de la technique dans les conditions habituellement utilisées pour les nitrites inor- ganiques, à savoir en solution acide purement aqueuse, On peut ainsi économiser le solvant orga- nique et donc éviter de le retirer ensuite. Cette solution si simple semble d'autant plus remarquable qu'une proposition con- traire a également été faite pour le même problème Il est ainsi mentionné dans la demande de brevet publiée au Japon sous le n0 14731/77 (à la date du 3/2/1977), pour préparer des produits révélateurs plus purs avec un meilleur rendement, l'ajout dans la nitrosation d'alcool au nitrite de sodium. Dans cette réaction, il se forme également de façon intermédiaire de l'alcoylnitrite avec une plus grande probabilité. Là encore, il faut cependant séparer les sels inorganiques, car on utilise un nitrite alcalin. En outre, il faut isoler le composé nitroso obtenu et, dans l'hydrogénation qui suit, on obtient la base p-phénylènediamine libre, instable et dangereuse pour la santé. En ou te, un excès d'acide est nécessaire pour la libération de l'acide nitreux à partir du nitrite de sodium et la séparation du sodium sous la forme d'un sel inorganique. Cette référence poursuit donc directe- ment l'enseignement de l'invention. Les avantages -6- qu'apportent l'addition d'un alcoylnitrite préparé en-dehors de la solution réactionnelle n'ont pas encore été trouvés jusqu'ici. On savait également que la nitrosation s'effectue en présence d'acide. L'aspect particuliè- rement avantageux du procédé de l'invention tient cependant à ce qu'on ajoute une quantité d'acide tout a fait déterminée, à savoir environ la quantité (et le type) nécessaire à la formation du sel d'addi- tion acide, recherché comme produit final, du dérivé de pphénylènediamine correspondant. Par comparaison avec une nitrosation avec du nitrite de sodium, on diminue ainsi notablement la quantité totale d'acide nécessaire. La détermination exacte de l'acide permet en outre un déroulement optimal du procédé jusqu'au produit final. L'établissement de la solution par simple addition des produits de départ, en particulier de l'acide correspondant à la quantité désirée peut être maintenu à travers toutes les étapes suivantes et a une action positive en particulier sur l'hydrogénation ultérieure; il n'est plus nécessaire d'ajuster plus avant la teneur en acide avant le début de l'hydrogénation, pour laquelle il serait nécessaire en règle générale de procéder à une déter- 26 mination de l'acide encore présent. Les sels d'addi- tion acides désirés des dérivés de p-phénylènediamine NN-disubstitués sont alors directement précipités à partir de la solution réactionnelle, en règle générale par addition d'alcool. En outre, il est de cette manière possible d'exclure pendant toute la synthèse la formation des bases de p-phénylènediamine libres. On évite ainsi les pertes de rendement et les baisses de qualité, car il est connu que les bases sont sensibles à l'oxydation, et on peut éviter les puri- -7- fications intermédiaires. On évite également une manipulation des bases ayant une ac tion partielle- ment allergène. Le procédé selon l'invention ouvre ainsi une voie étonnament facile et efficace pour la préparation des dérivés de p-phénylènediamine. Les dérivés de p-phénylènediamine N,N- disubstitués de formule générale I et leurs sels d'addition acides ainsi que les dérivés d'aniline N,N-disubstitués et les dérivés de p-nitrosoaniline N,N-disubstitués correspondant obtenus comme produits intermédiaires sont connus, par exemple d'après, J. Amer. Chem. Soc. 73, 3100 (1951). Dans un composé de formule générale I, R1 représente un alcoyle ayant de i à 6 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone, en particulier un éthyle, R2 représente un alcoyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone ou un alcoyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone substitué par OH, un alcoxy inférieur, un groupe sulfo ou un groupe alcoyl-sulfo- namido. Les groupes alcoyle particulièrement appréciés sont ceux qui ont de 2 à 4 atomes de carbone et en particulier ceux qui ont 2 atomes de carbone. Lorsque le groupe alcoyle est substitué, on préfère une substitution terminale. Alcoxy inférieur représente de préférence un alcoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone, en particulier un méthoxy. Alcoylsulfonamido représente en particulier le méthyl- et l'éthylsulfo- namido. R3 représente de préférence un hydrogène ou un méthyle. Comme sels d'addition acides il faut mentionner de préférence les monochlorhydrates, hémisulfates, sulfates et sesqui-sulfates correspon- dants, mais aussi les oxalates et phosphates. Les- -8- composés peuvent se présenter sous forme de sels d'addition acides hydratés ou anhydres. Les dérivés d'aniline N,N-disubstitués utilisés comme produits de départ peuvent être pré- parés par des procédés connus, par exemple par réac- tion d'aniline ou de m-toluidine ou de monoalcoyl- aniline ou de monoalcoyl-m-toluidine avec des halo- génures d'alcoyle ou des sulfates d'alcoyle substitués ou non-substitués. Comme agents nitrosants, que l'on ajoute lentement, à petites doses, pendant la réac- tion, on peut utiliser en principe tous les alcoyl- nitrites; en pratique, on utilise des alcoylnitrites ayant de i à 6 atomes de carbone, en particulier les alcoylnitrites ramifiés, comme l'isopropyl-nitrite, l'iso-butylnitrite et l'iso-pentylnitrite, mais aussi le méthylnitrite, l'éthylnitrite, le n-propyl- nitrite, le n-butylnitrite, le n-pentylnitrite ou le n-hexylnitrite. Les aléoylnitrites utilisés à chaque fois sont préparés par des procédés connus en-dehors du mélange réactionnel, par exemple par réaction d'un nitrite alcalin avec l'alcool désiré en présence de la quantité équivalente d'un acide, comme par exemple l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique. Le procédé de l'invention se présente de façon particulièrement intéressante lorsqu'on utilise pour la nitrosation l'alcoylnitrite dont on utilise l'alcool correspondant après l'hydrogéna- tion pour précipiter les sels d'addition acides des dérivés de pphénylènediamine N,N-disubstitués hors de la solution réactionnelle. En procédant de la sorte, on évite d'introduire un composant supplémen- taire dans le système réactionnel. On peut ainsi se passer de la distillation fractionnée qui serait -9- autrement nécessaire. Si la précipitation du sel d'addition acide du dérivé de p-phénylènediamine s'effectue par exemple par addition d'isopropanol, on utilise pour la nitrosation de préférence l'iso- propylnitrite. Pour réaliser la nitrosation selon l'invention, on travaille en solution acide aqueuse, Comme acides, on peut utiliser tous les acides inor- ganiques. On travaille de préférence en solution aqueuse d'acide chlorhydrique ou d'acide sulfurique. En principe pour réaliser la nitrosation, il ne faut que des quantités catalytiques d'acide. Selon une variante particulièrement intéressante du procédé de l'invention, on travaille cependant en présence d'à peu près la quantité d'acide qui est nécessaire à la formation du sel d'addition acide du dérivé de p-phénylènediamine N,N-disubstitué concerné, formé dans l'étape suivant d'hydrogénation. La nitrosation s'effectue à une tempé- rature d'environ -20 à +100 , de prérérence de -5 à +5 . La durée de la réaction dépend de la durée de l'introduction de l'alcoylnitrite. En règle générale, elle se situe entre 2 et 5 h. Apres la fin de la réaction, on élimine de manière habituelle l'excès de nitrite éventuellement présent, par exemple en ajoutant de l'urée ou de l'acide amidQsulfonique. Le dérivé de p-nitrosoaniline N,N- disubstitué obtenu selon la nitrosation de l'invention est utilisé directement sans isolement du mélange réactionnel dans l'étape suivante d'hydrogénation. L'hydrogénation des dérivés de p-nitroso-aniline obtenus pour donner les dérivés de p-phénylènediamine correspondants s'effectue par des procédés connus et dans des conditions réactionnelles connues, décri- -10- tes par exemple dans J. Amer. Chem. Soc. 73, 3100 (1951). Les composés nitroso peuvent être hydrogénés de façon catalytique; comme catalyseurs, il faut mentionner ici par exemple le nickel de Raney, le cobalt de Raney, le platine, l'oxyde de platine, le palladium ou le palladium-charbon. L'hydrogénation peut cependant s'effectuer également avec de la poudre de zinc en solution acide, de préférence d'acide chlorhydrique. On travaille en règle géné- rale en solution aqueuse. Etant donné que les dérivés de p- phénylènediamine N,N-disubstitués libres sont en règle générale instables, sensibles à l'oxydation et en partie allergènes, on les précipite à partir du mélange réactionnel acide aqueux sous la forme de leurs sels d'addition acides. Cela s'effectue - éventuellement après concentration préalable de la solution par distillation d'eau - par addition d'un solvant organique, de préférence d'un alcool, d'un éther ou d'une cétone. En pratique, on utilise un alcool inférieur ayant de 1 à 6 atomes de carbone, en particulier l'éthanol, l'isopropanol ou l'iso- butanol. Le procédé de l'invention représente donc un nouveau procédé précieux, selon lequel on peut préparer les dérivés de p-phénylènediamine N,N- disubstitués recherchés en plus grande quantité - en particulier comme révélateurs pour la photographie en couleur - de façon plus simple, avec un rendement plus élevé, une pureté et une qualité améliorées pour les utilisations données. Exemple i On dispose 360 g de N-éthyl-N-(24hydroxy- éthyl)-m-toluidine et 1250 g d'eau dans un ballon muni -il- d'un agitateur mécanique et on mélange tout en agitant et en refroidissant avec 196 g d'acide sulfurique concentré. Dans cette opération, la tem- pérature interne ne doit pas dépasser 50 . Après refroidissement à 0 , on ajoute lentement entre -2 et +2 187 g d'isopropylnitrite. On enlève en- suite de façon habituelle l'excès de nitrite avec de l'acide amidosulfonique. On amène le mélange réactionnel à la température ambiante et on dégaze sous une pression réduite. A cette solution, on ajoute comme catalyseur 60 g de Pd/C (à 5 %) pré- réduit, et on hydrogène la N-éthyl-N-(2-hydroxyéthyl)- 3-méthyl-4-nitroso-aniline non isolée entre 20 et 40 à une surpression d'hydrogène de 0,4 bar. Après la fin de la réaction, on détend la charge réactionnelle, on sépare le catalyseur par filtration et on concen- tre le mélange réactionnel. A partir du résidu huileux on obtient par précipitation avec de l'éthanol le sulfate de 4N-éthyl-4N-(2-hydroxyéthyl)-2-méthyl-p- phénylènediamine monohydraté sous la fvrme d'un produit prêt à l'emploi. Pf 154-159 . Rendement: 561 g (90 % de la quantité théorique). On peut préparer l'isopropylnitrite utilisé comme produit de départ de la façon suivante: A 235 g de nitrite de sodium dans 800 ml d'eau on ajoute, tout en agitant, 278 ml d'iso- propanol et on réchauffe le mélange réactionnel à . Tout en agitant, on ajoute ensuite lentement 286 ml d'acide chlorhydrique concentré. On recueille l'isopropylnitrite distillé dans un récipient re- froidi. Exemple 2 On mélange 236 g d'acide sulfurique dans 1200 ml d'eau, tout en agitant et en refroidis- -12- sant, avec 370 g de N-éthyl-N-(2-méthylsulfonamido- éthyl)-m-toluidine. Dans cette opération, la tempé- rature interne ne doit pas dépasser 80 . On refroidit le mélange réactionnel à 0 , on introduit lentement 129 g d'isopropylnitrite et on agite encore pendant quelques minutes le mélange réactionnel après la fin de l'addition. On réchauffe le mélange réactionnel à la température ambiante et on enlève l'excès de nitrite de manière habituelle avec de l'acide amidosulfonique. On utilise le mélange réactionnel ensuite directement sans isoler la N-éthyl-N-(2- méthylsulfonamido-éthyl)-3-méthyl-4-nitroso-aniline formée dans l'hydrogénation catalytique donnant la 4N-éthyl-4N-(2-méthylsulfonamido-éthyl)-2-méthyl-p- phénylènediamine. A partir du mélange réactionnel obtenu, on isole le sesquisulfate de N-éthyl- N- (2-méthylsulfonamido-éthyl)-2-méthyl-p-phénylène- diamine monohydraté par précipitation avec de l'isopropanol. Pf 126-130 . Exemple 3 On dispose 81,5 g de N,N-diéthyl-m- toluidine avec 46 ml d'acide chlorhydrique dans 400 ml d'eau dans un ballon muni d'un agitateur, on refroidit le mélange réactionnel à 0 , et l'on introduit du méthylnitrite gazeux tout en agitant et en refroidissant. Après la fin de l'introduction de méthylnitrite on amène le mélange réactionnel à la température ambiante, on élimine l'excès de nitrite de manière habituelle en ajoutant de l'urée, et on retire les gaz résiduels en appliquant une pression réduite. On introduit ensuite l'ensemble du mélange réactionnel sans isoler la N,N-diéthyl- 3-méthyl-4-nitroso-aniline formée dans l'hydrogéna- tion catalytique donnant la N,4N-diéthyl-2-méthyl- -13- p-phénylènediamine. Après la fin de l'hydrogénation on isole le chlorhydrate de 4N,4N-diéthyl-2-méthyl- p-phénylènediamine par précipitation avec de l'éthanol. Pf 268-272 . Le méthylnitrite utilisé comme produit de départ peut être produit par addition de 100 g d'acide sulfurique à 50 % dans une suspension de g de nitrite de sodium dans 100 ml de méthanol et 100 ml d'eau de40 à 50 . Exemple 4 Dans un ballon muni d'un agitateur, on dispose 149 g de N,Ndiéthylaniline et 800 g d'eau et on ajoute, tout en agitant et en refroidissant, 8 g d'acide chlorhydrique concentré. Dans cette opération, la température interne ne doit pas dépas- ser 50 . Après refroidissement à 0 , on introduit lentement entre -2 et +2 , 89 g d'isopropylnitrite. On amène ensuite le mélange réactionnel à la tempé- rature ambiante et on -élimine l'excès de nitrite de manière habituelle avec de l'acide amidosulfonique. On hydrogène ensuite de façon catalytique le mélange réactionnel obtenu sans isoler la N,N-diéthyl-4- nitroso-aniline formée. On précipite ensuite, en ajoutant de l'isopropanol, le produit final, le chlorhydrate de N,N-diéthyl-p-phénylènediamine. Pf 232-237 . REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de dérivés de p-phénylènediamine N,Ndisubstitués de formule générale I: R1 R2 -N Q R3 NH2 o R1 représente un alcoyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, R représente un alcoyle ayant de i à 6 atomes de carbone ou un alcoyle ayant de i à 6 atomes de car- bone substitué par OH, un alcoxy inférieur, un groupe sulfo ou un groupe alcoylsulfonamido, et R3 représente un hydrogène ou un alcoyle inférieur et de leurs sels d'addition acides, par nitrosation des dérivés d'aniline correspondants puis hydrogénation des dérivés de p-nitroso-aniline N,Ndisubstitués formés, caractérisé en ce qu'on ajoute à la suspension acide aqueuse du dérivé d'a- niline un alcoylnitrite comme agent nitrosant et en ce qu'on utilise le dérivé de p-nitroso-aniline for- me sans l'isoler dans l'étape suivante d'hydrogé- nation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la nitrosation en présence d'environ la quantité d'acide qui est néces- saire à la formation du sel d'addition acide de la p-phénylène-diamine N, N-disubstituée considérée, formée dans l'hydrogénation ultérieure.