Brevet FR2531077A1 — publié le 19840203

La présente invention concerne un procédé de préparation d'esters d'acide ss-aminés N-acylés, plus particulièrement par carbonylation catalytique d'oxazolines-1 ,3. Les synthèses classiques des S-aminoacides sont bien décrites dans "Methoden zur Herstellung und Unwandlung von Aminosauren und Derivativen' dans l'encyclopédie Houben-Weil - vol. XI/2 chap. 2 p. 494. On peut distinguer trois méthodes principales 1) L'addition de dérivés azotés, tels que l'ammoniac, l'hydroxylamine ou un phtalimide sur un acide ou un nitrile a, ss-insaturé R 2) La condensation d'un aldéhyde sur 19acide malonique en présence d'ammoniac s et 3) La condensation de ss-céto-esters sur des composés azotés suivie de l'hydrogénation des dérivés iminés obtenus. En ce qui concerné la synthese de dérivés N-acylés, les méthodes habitue) de préparation utilisent la réaction d'acylation par les chlorures d'acic ou les anhydrides, mais on peut cependant mentionner l'introduction d'arc par réaction de l'acide azothydrique sur les ss-céto-esters. La présente invention fournit un procédé d'obtention en une seule étape de composés N-acylés d'esters de ss-aminoacides par une réaction nouvelle de carbonylation des oxazolines-1,3. Ainsi, d'une maniere générale, le procédé de l'invention consiste a fair réagir, au sein d'un solvant, une oxazoline-1,3 avec de l'oxyde de carbone et au moins un composé comportant une fonction hydroxyle, en présence d'une proportion catalytique d'un dérivé cobalt carbonyle ledit procédé conduisant à l'obtention, avec un bon rendement, d'un ester diamino-acide ss-amine N-acylé Les oxazolines-1,3 que l'on peut utiliser pour préparer,-par le procédé de l'invention, des esters d'acides B-amins N-acylés pondent a la formule générale R2 gN- C- R3 N - C - R Rl ~ C 2 4 N 4 C -R 15 R dans laquelle R1 représente un radical aliphatique saturé monovalent, linéaire ou ramifié, renfermant de 1 a 30, de préférence de 2 à 12 atomes de carbone, ou un radical aromatique monovalent constitué d'un ou de plusieurs cycles et renfermant de 6 à 30 atomes de carbone,de préférence un radical phényle ; et R2, R3, R et R5 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical aliphatique saturé ou aromatique défini comme pour R1 ci-dessus. avec la condition que l'un au moins des symboles R2 et R3 représente un atome d'hydrogène. Parmi les oxazolines-1,3 qu'il est particulièrement avantageux d'utiliser dans le procédé de l'invention, on peut citer celles dans lesquelles R2 et R3 sont chacun un atome d'hydrogène et R4 et R5 sont chacun un atome d'hydrogène ou un radical aliphatique saturé, la présence de 2 substituants alkyle sur l'atome de carbone en position 4 sur le cycle oxazoline étant défavorable à la réaction de carbonylation On peut également eiter les oxazolines-1,3-dont Rl est un radical phényle ou un radical aliphatique saturé, sauf méthyle (pour la méthyl-2 oxazo line-1,3,la réaction de carbonylation est fortement concurrencée par une réaction de polymérisation). Avantageusement, R2, R3, R4 et représentent chacun un atome d'hydrogène. Les oxazolines-1,3 telles que définies ci-dessus sont des composés connus, dont les preparatians et la réactivité chimique ont été décrites notamment dans trois articles généraux : Wiley et Colt., Chemical-Reviews 44 447, 1949 ; Seeliger et Coll., Angew. Chem. International Edition 5, (10), 875, 1966 ; Frump, Chem. Rev., 71, 5483, 1971.Ni ces publications, ni les nombreux brevets traitant des oxazolines, ne signalent la possi bilite-d'ouverture du cycle avec carbonylation simultanée sur l'atome de carbone situé en position -5, conduisant à des dérivés dont le quelea de base est celui d'acides amino-3 propanolques.De façon surprenante, le procédé de l'invention permet une telle réaction. Le composé à fonction hydroxyle peut être choisi parmi les composés de R6 formule OH, dans lesquels R6 représente un radical aliphatique saturé monovalent, linéaire ou ramifié renfermant de 1 à 30 atomes de carbone, un radical cycloaliphatique ou aromatique. Il peut donc être choisi parn les alcools aliphatiques,les alcools cycloaliphatiques et les phénols. Le choix du composé à fonction hydroxyle pourra être guidé par la natur du radical R1 de l'oxazoline. lorsque le radical R1 de l'oxazoline est aromatique, on s'est en effet aperçu que, pour obtenir de bons rendement il était avantageux que le composé R6 OH mis en jeu soit un alcool aliphatique ou cycloaliphatique primaire, secondaire ou tertiaire, renferme de 1 à 30 atomes de carbone. Il s'agit de préférence d'un alcool alpha inférieur, le plus souvent le méthanol. A l'inverse, lorsque le radical R de ltoxazoline est aliphatique, ltem des alcools aliphatiques et cycloaliphatiques comme composé R6 OH entra. une diminution du rendement de la réaction e ainsi les alcools primaire: et secondaires provoquent la décomposition du cycle oxazoline et les alcools tertiaires favorisent la polymérisation de ltoxazoline. Dans ce 6 cas, il convient d'utiliser comme composé R OH un composé moins nucléo phile, en particulier un phénol. On utilise le plus souvent le phénol lui-même. Dans tous les cas, on utilisera le composé R6 OH en proportion au moins stoechiométrique par rapport à I"oxazoline-1,3 de départ. Par ailleurs, l'oxyde de carbone nécessaire à la réaction est mis en je à une pression supérieure à la pression atmosphérique. La pression opératoire est de préférence de 20 à 100 bars. Une pression d'environ 50 bars convient en général. On utilise un catalyseur au cobalt, qui peut être introduit sous la forme d'un cobalt carbonyle, plus -particulièrement le cobalt octacarbonyle. Il est également possible de préparer le catalyseur in situ par réduction d'un sel de cobalt et mettre le catalyseur ainsi obtenu en contact avec les réactifs. Dans ce cas toutefois, il conviendra de choisir le sel de cobalt de telle manière que l'acide libéré par la réduction ne soit pas susceptible de catalyser la polymérisation de l'oxazoline. De toutes. façons, la proportion de cobalt donnant lieu à des résultats satisfaisants peut aller par exemple de 1 à 10 atomes-gramme pour 100 moles d'oxazoline-1,3. Le solvant au sein duquel on effectue la réaction caractéristique du procédé de l'invention doit assurer à la fois la solubilisation de l'oxa- zoline de départ et celle du composé hydroxyle mis en jeu, sans toutefois interférer avec le catalyseur. On utilise de préférence un solvant aromatique tel que par exemple le benzène, le toluène ou un xylène. On a en effet observé que la réaction de carbonylation était pratiquement négligeable dans un solvant tel que l'acétonitrile et très fortement empêchée dans un solvant tel que le dioxane. En outre, lorsque- le compose R6 OH mis en jeu dans la réaction est un alcool aliphatique léger par exemple de 1 à 6 atomes de carbone, il peut lui-meme constituer le solvant. En général, une proportion de solvant conduisant à une concentration en réactifs de 1 à 3 moles par litre convient pour le procédé. La température requise pour la mise en oeuvre du procédé va en général de 50 à 150 "C, ces limites n'étant pas impératives. Lorsque l'on opère à environ 100 OC, la conversion de l'oxazoline est en général totale au bout de 2 à 3 heures. Les esters d'acides ss-aminés N-acylés qu'il est possible de préparer par le procédé de l'invention consistent plus particulièrement en des N-acyl-ss-alanines, qui répondent à la formule générale R1C(O)-NH-C(R2)(R3)- C (R4) (R5)- C(O)- OR6 )(R C(O)-NH-C(R )(R3) - C(R4)(R )-C(Q)-oR5 avec les memes notations que précédemmment. Ces composés sont intéressants dans la préparation de composés tensioactifs utilisables notamment dans la fabrication de compositions dermatologiques. Les exemples suivant illustrent l'invention sans la limiter. Les exemples 8 et 10 sont donnés à titre de comparaison. Exemple 1 Dans un réacteur en acier verré, on charge, sous couverture d'un gaz inerte, un mélange de 14,7 g (0,1 mole) de phényl-2 oxazoline, 1,7 g (5 mmoles) de cobalt octa-carbonyle et 40 ml de méthanol Après fermeture, le réacteur est pressurisé avec 5 bars d'hydrogène et 95 bars d'oxyde de carbone, puis mis en chauffe à 100 C pendant 3 heures. Après refroidissement (on a constaté une absorption d'oxyde de carbone d'environ 20 bars), le catalyseur est détruit par oxydation à l'iode, le solvant éliminé et le melange organique distillé sous vide.On isole 14,3 g (69 %) d'ester de méthyle de la N-benzoyl ss-alanineO Exemple 2 En opérant suivant l'exemple 9 avec 40 ml dV;sopropanol à la place du méthanol, on isole 9,5 g (40 %) d'ester isopropylique de la N-benzoyl ss-alanine. Exemple 3 En opérant suivant l'exemple 1 avec 40 ml d'alcool t-amylique comme solvant, on isole 9,2 g (35 Z) d'ester t-amylique de la N-benzoyl B-alanineO Exemple 4 Dans un réacteur émaillé, on charge un mélange de 16,9 g (0,1 mole) de n-heptyl-2 oxazoline, 9,4 g (0,1 mole) de phénol, 0,34 g (1 mmole) de cobalt octacarbonyle et 40 ml de benzène. Le réacteur est ensuite pressurisé avec 5 bars d'hydrogène et 95 bars d'oxyde de carbone puis chauffé à 100 OC pendant 3 heures et 15 minutes. Après refroidissement (perte de pression 30 bars), le catalyseur est détruit par addition de 0,5 g d'iode, le mélange est dilué au benzène et lave avec une solution aqueuse de triéthylènediamine à 5 X, puis une solution de soude. On recueille 25 g de mélange organique qui, après filtration sur silice en utilisant l'éther comme éluant conduisent à 19,3 g (66 %) d'ester de phényle de la N- octanoyl 6-alanine. Exemples 5 et 6 En opérant exactement dans les conditions de l'exemple 4, mais en utilisant des pressions de 50 et 20 bars d'oxyde de carbone, on isole respectivement 68 %.et 52 % d'ester de phényle -et N-octanoyl B-alanine. Exemple 7 En opérant dans les mêmes conditions que cellesdécritesà l'exemple 5 avec 22,5 g (0,1 mole) de undecyl-2 oxazoline, on isole 22,3 g (64 %) d'ester de phényle de N-dodécanoyl ss-alanine. Exemple 8 (comparatif) Dans un réacteur émaillé, on charge 16,9 g (0,1 mole) dtheptyl-2 oxazoline, 1,7 g (5 mmoles) de cobalt octa-carbonyle et 50 ml d'isopropanol. Le réacteur est pressurisé par 5 bars d'hydrogène et 95 bars d'oxyde de carbone, puis chauffé à 100 "C pendant 3 heures. Après refroidissement (perte de pression 24 bars), le solvant est éliminé et le mélange repris à l'éther laissant 5 g (19 %) de lthydroxyéthylamide de la N-octanoyl ss-alanine eristallisé. La distillation de la fraction soluble dans l'éther (11,6 g), après lavages en milieu acide et basique dilué permet d'isoler 1,3 g (7 %) d'octanoate dtisopropyle, 4,2 g (16 Z) d'ester d'isopropyle de la N-octanoyl ss-alanine et 4,4 g d'un résidu contenant plusieurs produits. Exemple 9 On charge dans un réacteur 14,7 g (0,1 mole.) de phényl-2 oxazoline, 0,34 g (1 mmole) de cobalt octacarbonyle, 9,4 g (0,1 mole) de phénol et 40 ml de benzène. Le réacteur est pressurisé par 5 bars d'hydrogène et 45 bars d'oxyde de carbone, puis chauffé à 100 C pendant 20 heures. Après refroidissement, le catalyseur est détruit par addition de 0,5 g d'iode et la solution organique diluée au benzine est lavée avec une solution de diéthylènetriamine à 5 %, et une solution de soude à 5 %. On recueille 17,1 g d'uncmélange complexe conduisant par traitement à l'éther à 9,7 g (38 %) d'ester de phényle de la N-benzoyl 6-alanine cristallisé. Exemple 10 (comparatif) On opère en suivant l'exemple 9 avec 8,5 g (0,1 mole) de méthyl-2 oxazo line avec un temps de chauffage de 5 heures On isole par chromatograph d'éthyle sur colonne de silice en éluant à l'acétate/puis par distillation, 2,7 g (18 %) d'ester phénolique de la N-acétyl ss-alaninee Les exemples qui précèdent montrent que la phényl-2 oxazoline-1,3 donne de meilleurs rendements en ester N-benzoylé d'acide amino-3 propanoique lorsque l'alcool utilisé est le méthanol (exemple 1) que lorsque c'est l'isopropanol (exemple 2) ou l'alcool tertio-amylique (exemple 3). Elle donne également des résultats médiocres lorsque le: composé à fonction hydroxyle utilisé est le phénol (exemple 9). On constate d'autre part qu'une allcyl-2 oxazoline-1,3 donne de bons ren ments lorsque le composé à fonction hydroxyle utilisé est le phénol (exemples 4 et 7) et de mauvais résultats lorsque le compose est un alcool (en particulier un alcool secondaire : lVisopropanol dans l'exem -comparatif 8 > . Par ailleurs, la comparaison des exemples 4, 5 et 6 montrent que la pression d'oxyde de carbone se situe avantageusement au voisinage de 50 bars. Enfin l'exemple comparatif 10 montre que la méthyl-2 oxazoline-1,3 n'est pas un bon produit de départ pour la préparation d'un ester N-acétylé de l'acide ss-amino propanoïque. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'un ester d'acide ss-aminé N-acylé répondant à la formule générale R1C(O)-NH-C(R2)(R3)-C(R4)(R5)-C(O)-OR6 caractérisé en ce que l'on met en réaction, au sein dsun solvant, une oxazoline-1,3 répondant à la formule générale dans laquelle R1 représente un radical aliphatique saturé monovalent, linéaire ou ramifié, renfermant de 1 à 30 atomes de carbone ou un radical aromatique monovalent constitué d'un ou de plusieurs cycles renfermant 2 3 4 5 de 6 à 30 atomes de carbone, et R2, R3 , R4 et & ommat;;t R5 représentent chacun un atome d'hydrogène su un radical aliphatique saturé ou aromatique défini comme R ci-dessus, au moins un des R2 et R3 étant un atome d'hydrogène, avec l'oxyde de carbone sous une pression supérieure à la pression atmos 6 6 phérique et au moins un composé de formule R OH, où R représente un radical aliphatique saturé, linéaire ou ramifié, renfermant de 1 à 30 atomes de carbone, un radical cyclo-aliphatique ou un radical aromatique utilisé en une proportion au moins stoechiométrique par rapport à lVoxazol;;ne-1,39 en présence d'une proportion catalytique de cobalt introduit sous la fon de cobalt carbonyle ou d'un sel de cobalt, 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la formule de l'oxazoline de départ, R2 R) R4 et R5 représentent chacun un atome d'hydrogène. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2-, caractérisé en ce que le radical R1 de ladite oxazoline-1,3 est le radical phényle. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le composé R6 OH est un monoalcool aliphatique ou cycloaliphatique. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit monoalcool aliphatique est le méthanol. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le radical R1 de ladite oxazoline-1,3 est un radical aliphatique saturé monovalent de 2 à 12 atomes de carbone. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le composé R6OH est un phénol. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la réaction est effectuée dans un solvant aromatique. 9 - Procédé selon l'une des revendications i à 6,caractérisée en ce que le composé R6OH est un monoalcool aliphatique de 1 à 6 atomes de carbone et joue lui même le rôle de solvant. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on met en jeu une quantité de solvant qui conduit à une concentration en réactifs de 1 à 3 moles par litre. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le catalyseur est mis en jeu à raison de I à 10 atomes-gramme de cobalt pour 100 moles d'oxazoline-1,3. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à il, caractérisé en ce qt l'on opere sous une pression d'oxyde de carbone de 20 à 100 bars 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'on opère à une température de 50 à 150 C.