Brevet FR2489311A1 — publié le 19820305

La présente invention concerne un procédé de préparation d'oxo-acides par clivage oxydant de cétones a, 8-insaturées comme l'isophorone, que l'on peut ensuite transformer en dimédone par déshydratation de l'oxo-acide résultant. Antérieurement à la présente invention, on utilisait la dimédone ou diméthyl-5,5 cyclohexane-1,3 dione répondant à la formule suivante CH CH C3 3 \C H2C CH I 12 C c O CH2 0 pour préparer différents éthers de silyle, conformément au brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4210 596. Ces éthers de silyle sont utiles comme agents de durcissement de compositions vulcanisables à température ambiante pour préparer des polyorganosiloxanes durcissables en présence d'humidité, comme l'indiquent les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 176 111 et 4 176 112. Un procédé de préparation de la dimédone repose sur la cyclisation de l'oxo-acide ou de l'ester correspondant, comme le montre le brevet tchécoslovaque n 116 788 et Blaha et al., Collection Czech. Chem. Comm. 30 1214 (1965). Ce procédé n'est toutefois pas intéressant du point de vue économique, à cause du coût élevé des matériaux, puisque les oxo-acides qui subissent la cyclisation ont généralement été obtenus par une réaction de condensation d'un équivalent de l'acide acétique et d'oxide de mésityle, ou d'un acrylate avec un équivalent de l'acétone. On a donc mis en oeuvre des efforts considérables pour déterminer des procédés satisfaisants de préparation de l'acide oxo-5 diméthyl-3,3 hexanoique, qui est le précurseur de la dimédone. La présente invention est basée sur la découverte que l'on peut effectuer un clivage oxydant de l'isophorone, une cétone a, 8-insaturée répondant à la formule: CH CH CH3- C C-CH3 CH3 C H2 avec perte de l'atome de carbone en E pour produire l'acide oxo-5 diméthyl-3,3-hexanoique. Sachant que l'isophorone est un matériau dérivé de la condensation de l'acétone et facile à se procurer dans le commerce, on dispose donc d'une technique satisfaisante pour synthétiser la dimédone. On a encore découvert que l'utilisation d'ozone constituait un procédé particulièrement intéressant de clivage de l'isophorone et d'autres cétones a,O-insaturées On a encore découvert que l'on pouvait cliver de manière satisfaisante l'ozonide résultant formé durant l'ozonolyse de l'isophorone, en utilisant de l'eau oxygénée, un hydroxyde de métal alcalin et un catalyseur de transfert de phase, de façon à extraire sélectivement l'oxo-acide résultant de la phase organique dans la phase aqueuse lorsqu'il se forme. En conséquence, il n'y a pas accumu- lation d'un ozonide potentiellement dangereux puisqu'il est facilement décomposé lorsqu'il se forme. On peut ensuite isoler de manière satisfaisante l'oxo-acide résultant par acidification de la phase aqueuse. L'invention a pour objet, dans un procédé de préparation d'oxo-acides à partir de cétones a -insaturées par clivage oxydant, qui antérieurement à la présente invention se faisait par ozonolyse, et dans lequel se produisait une accumulation dangereuse d'un intermédiaire ozonide de cétone a e-insaturée dans le mélange de réaction, le perfectionnement qui consiste à: (1) effectuer l'ozonolyse de la cétone a e-insaturé dans un mélange à deux phases de solvants aqueux-organique en présence d'un hydropéroxyde de métal alcalin et d'un catalyseur de transfert de phase, de façon à extraire l'oxo- acide résultant dans la phase aqueuse lorsqu'il se forme par décomposition de son ozonide produit dans la phase organique, (2) acidifier la phase aqueuse contenant le sel de métal alcalin de l'oxo- acide ce qui provoque la précipitation de l'oxo-acide et (3) séparer l'oxo-acide résultant du mélange de (2). La présente invention met encore au point un procédé de préparation de dim.done qui comprend: (4) le clivage oxydant de l'isophorone pour produire de l'acide oxo-5 dimlthyl-3,3 hexanot.que, et (5) la déshydradation de l'oxo-acide de (4) en utili- sant de l'acide sulfurique à une concentration comprise entre 70 et 80% etàunetempérature comprise entre 100 C et 150 C. On peut citer parmi les cétones a,e-insaturées qui peuvent subir le clivage oxydant par ozonolyse conformément à la présente invention des composés comme: I! 1t CH méthyl-3 cyclohexènone, CH 3 CH - diméthyl-6,6 cyclohexène-2-one O t' -C méthyl-3 cyclo pentène-2-one, CCH3 testostérone, progestérone, etc. En plus de l'ozonolyse indiquée précédemment, on peut citer parmi les autres procédés que 1'onpeut utiliser pour le clivage oxydant de l'isophorone, l'emploi d!un mélange de dio- xyde de ruthénium et d'un hypochlorite de métal alcalin. On produit l'anion d'hydropéroxyde aqueux utilisé dans le procédé d'ozonolyse décrit plus haut pour mettre en oeuvre la décomposition de l'ozonide à partir d'un mélange d'eau oxygénée présentant une concentration de 3 à 50% d'eau et d'un hydroxyde de métal alcalin, et par exemple d'hydroxyde de sodium, d'hydroxyde de potassium, etc. que l'on peut utiliser en quantité équimolaires dans la phase aqueuse du mélange de réaction d'ozonolyse. On peut citer parmi les catalyseurs de transfert de phase que l'on peut utiliser dans le procédé de clivage oxydant utilisant de l'ozone et que l'on a décrit précédemment, des sels de phosphonium et d'ammonium quaternaires, comme ceux décrits dans JACS 93, 195 (1971) par C.M. Starks. On a trouvé qu'une proportion d'environ 0,001 à 0,1 mole de catalyseur de transfert de phase, par mole de cétone a, - insaturée, permettait d'obtenir de bons résultats et on peut, de préfé- rence, employer de 0,01 à 0,05 mole de catalyseur de trans- fert de phase par mole de cétone a, -insaturée. Dans la mise en pratique de l'invention, on peut mener à bien le clivage oxydant de l'isophorone en utilisant divers réactifs pour le clivage d'oléfines, parmi lesquels on peut citer le tétroxyde de ruthénium en combinaison avec le périodate de sodium, l'hypochlorite de sodium, une combinaison de permanganate de potassium,de périodate de sodium, l'ozone pour le procédé d'ozonolyse, etc. On peut employer des températures comprises entre -200C et 350C en présence de divers solvants organiques et par exemple de chloroforme; de chlorure de méthylène, etc. On pourra, de préférence, effectuer le clivage oxydant par ozonolyse, en utilisant en combinaison avec l'ozone un catalyseur de transfert de phase et un hydropéroxyde de métal alcalin. Le schéma réactionnel suivant illustre le procédé recommandé, sachant que M. représente un ion métallique alcalin et R un radical organique aliphatique monovalent en C1-C16 ou un radical organique aromatique en C6-Cl13: 03 (1) cétone ae-insaturéeà à ozonide (phase solvant organique organique) (2) H202 + MOH ---------- - 0- M+ + H20 (phase aqueuse) (3) H00- g+ + R4N+ X - ---------- R4N+ 00H (phase aqueuse) (3) R4N+ O0 (a4es 4.... (4) R N+_ OOH (aqueuseà--------- - R4N±0OH (phase organique) 4+ ---- --- (5) R4N+ 00H- +ozonide..oxo-acide (6) oxo-acide + sel (phase aqueuse) La cyclodéshydratation de l'oxo-acide en (6) a pour résultat la formation de la cyclodione-1,3. On utilise, de préférence, de l'acide sulfurique présentant une concentration de 70 à 80% à une température de 100 à 150'C, comme l'indiquent Henshall et al, J. Am Soc. 77 6656 (1955). Pour que l'Homme de l'Art soit mieux à même de mettre l'invention en pratique on donne les exemples suivants dans un but illustratif, mais ils ne sont pas supposés limiter l'invention. Toutes les parties sont exprimées en poids. Exemple I On a ajouté 0,15 parties d'oxyde de ruthénium solide à une solution de 2,8 parties d'isophorone et de 2,5 parties de périodate de sodium dans environ 200 parties d'acétone et 40 parties d'eau. On a agité la solution jaune résultante, en ajoutant 5 parties de périodate de sodium, 50 parties d'eau et 20 parties d'acétone en 1 heure. On a agité la suspension résultante pendant 48 heures à température ambiante puis on l'a filtrée à travers de la Célite. On a ensuite extrait le filtrat résultant de sa solution dans le chlorure de méthylène. On a extrait la phase organique avec CHC13. L'acidification des liquides de lavage de base a permis d'obtenir 2 parties d'acide oxo-5diméthyl-3,3 hexanoique, soit un rendement de 63%. On a répété le procédé d'oxydation précédent, excepté que l'on a utilisé de l'hypochlorite de sodium à la place du périodate. On a ajouté lentement environ 2700 parties d'une solution aqueuse d'hypochlorite de sodium à 5% à une solution de 56 parties d'isophorone dans environ 200 parties de chlorure de méthylène. Il en a résulté une réaction exothermique provoquant le reflux du chlorure de méthylène. On a analysé la phase organique peu après la fin de l'addi- tion et on a trouvé que toute l'isophorone avait réagi. On a rendu la couche aqueuse basique à l'aide de carbonate de sodium et on a filtré le mélange de réaction. On a lavé la phase aqueuse avec du chlorure de méthylène puis on l'a acidifiée en l'ajoutant lentement à un mélange à deux phases d'acide chlorydrique concentré et de chlorure de méthylène. 248931'i On a séparé la phase organique et on a extrait la phase aqueuse en utilisant plusieurs parties de chlorure de méthylène neuf. En combinant les différentes couches organiques que l'on a séchées puis évaporées, on a obtenu 37,7 parties d'acide oxo-5 diméthyl-3,3 hexanoïque. On a utilisé un autre procédé pour effectuer le clivage oxydant de l'isophorone avec de l'ozone. On a introduit de l'ozone dans un mélange de 4,2 parties d'isophorone et d'environ 75 parties de méthanol à une température de -60C. D'après l'analyse du mélange de réaction, la réaction était complète environ 1 heure après la fin de l'addition de l'ozone. On a ensuite ajouté au mélange environ 10 parties d'une solution d'acide nitrique 0,6 N et on a chauffé le mélange résultant à 50-600C pendant environ 3 heures. A la fin du temps de réaction, une petite partie du mélange a donné une réaction négative à l'iodure d'amidon. On a extrait le mélange à l'éther, puis on a recueilli l'oxo- acide résultant comme on l'a décrit précédemment. On a obtenu l'oxo-acide en un rendement de 89,6%. On a confirmé son identité par spectroscopie de masse, RMN et IR. On a chauffé une solution de 5 parties d'acide oxo-5 diméthyl-3,3 hexanoique et d'environ 15 parties d'acide sulfurique à 73% pendant une heure dans un bain d'huile à -1350C. On a ensuite versé la solution refroidie dans une ampoule à décantation contenant de la glace et du chloroforme. On a ensuite lavé trois fois la phase aqueuse avec du chloroforme supplémentaire. On a ensuite séché et fait évaporer les extraits organiques combinés. On a obtenu de la dimédone avec un rendement de 82,3%. On l'a encore fait recristalliser à partir de sa solution dans le toluène. Exemple II On a introduit de l'ozone produit dans un ozoniseur Welsbach dans un mélange agité, refroidi à -50C et comprenant 15 parties d'isophorone, 15, 5 parties d'eau oxygénée à 30%, ,1 parties d'hydroxyde de sodium, 0,2 parties d'Adogène 464 (masse molaire d'environ 401) et environ 25 parties de Z489311i chlorure de méthylène. On a introduit l'ozone jusqu'à ce qu'on ne puisse plus détecter d'isophorone par chromato- graphie en phase gazeuse. On a ensuite agité le mélange pendant 2 heures encore et on a séparé la phase aqueuse et on l'a acidifiée. On a obtenu 12 parties d'acide oxo-5 diméthyl-3,3 hexanoique, soit un rendement de 76%. Conformément au procédé de l'Exemple I, on a déshydraté l'oxo-acide précédent en utilisant de l'acide sulfurique. On a obtenu de la dimédone en un rendement de 85%. Exemple III On a fait passer de l'ozone à travers une solution de 2,0g de méthyl-3 cyclohexène-2 one à -78 C pendant 30 minutes. On a réchauffé le mélange jusqu'à -20 C et on l'a traité avec une solution de 3,0 g d'eau oxygénée à 30% dans 3,0 g de HaOH à 50%. On a ajouté une goutte d'Adogen 464 et on a agité énergiquement le mélange à deux phases pendant 1 heure. On a séparé la phase aqueuse, on l'a acidifiée, puis on l'a extraite à l'éther. L'élimination de l'éther a permisd'obtenir 1,12 g d'acide oxo-5 hexanoique, soit un rendement de 48%. On a confirmé l'identité de l'acide en comparant le spectre IR de son ester de méthyle au spectre connu du même composé. On a répété le même procédé, excepté que l'on a utilisé 0,944 parties de progestérone à la place de la méthyl-3 cyclohexène-2 one. On a obtenu 0, 84 parties d'un produit présentant un point de fusion de 169-171 C (soit un rendement de 84%). D'après le procédé de préparation et les spectres obtenus, il s'agissait du produit de formule: 248'9 31 1 De la même manière, on a obtenu avec 1,15 g de cholestérone 0,9 g de l'oxo-acide présentant un point de fusion de 147-148 C et répondant à la formule HO2C Bien que les exemples précédents ne concernent que quelques unes des très nombreuses variantes utilisées dans la mise en pratique du procédé de la présente invention, il faut comprendre que le procédé de la présente invention s'applique à une beaucoup plus grande diversité de cétones X, 8-insaturées, pour obtenir les oxo-acides correspondants, conformément à l'ozonolyse de la présente invention, ainsi qu'à d'autres procédés de clivage oxydant de l'isophorone pour obtenir l'acide oxo-5 diméthyl-3,3 hexanoique et cycliser cet oxo-acide en la dione-1,3 cyclique correspon- dante. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un oxo-acide à partir d'une cétone cyclique a,B-insaturée par clivage de la cétone a,e - insaturée en utilisant une ozonolyse, et en risquant de ce fait, une accumulation de l'ozonide résultant formé dans le mélange de réaction, caractérisé en ce qu'il comprend, (1) la mise en oeuvre de l'ozonolyse de la cétone a,e- insaturée dans un mélange à deux phases de solvants aqueux organique en présence d'un hydropéroxyde de métal alcalin et d'un catalyseur de transfert de phase, de façon à extraire l'oxo-acide résultant dans la phase aqueuse lorsqu'il se forme par décomposition de son ozonide produit dans la phase organique, (2) l'acidification de la phase aqueuse contenant le sel de métal alcalin de l'oxo-acide, provoquant la précipitation de l'oxo-acide et (3) la séparation de l'oxo-acide résultant du mélange de (2). 2. Procédé selon que la cétone cyclique 3. Procédé selon que la cétone cyclique hexène-2 one. 4. Procédé selon que la cétone cyclique 5. Procédé selon que la cétone cyclique 6. Procédé selon que l'hydropéroxyde de sodium. la revendication 1, caractérisé en ce a,e-insaturée est l'isophorone. la revendication 1, caractérisée en ce a,e-insaturée est la méthyl-3 cyclo- la revendication 1, caractérisé en ce a,o-insaturée est la cholestérone. la revendication 1, caractérisé en ce c,$-insaturée est la progestérone. la revendication 1, caractérisé en ce métal alcalin est l'hydropéroxyde de 7. Procédé de préparation de la dimédone, caractérisé en ce qu'il comprend - (4) le clivage oxydant de l'isophorone pour produire de l'acide oxo-5diméthyl-3- hexanoïque, et (5) la déshydratation de l'oxo-acide de (4) en utilisant de l'acide sulfurique à une concentration de 70 à 80 % et à une température de 100 à 150 C.