Brevet FR2555180A1 — publié le 19850524

La présente invention concerne de nouveaux dérivés d'acide dialcoxy-4,5 dioxolanne-l,3 carboxylique-2, leur procédé de préparation et leur application. La présente invention a pour objet, les produits de formule générale (I) RO - HC0 \ 1 CH - COOR1 (1) RO - HC.0O/ dans laquelle R représente un radical alkyle contenant de 1 à 4 atomes de carbone et R1 représente un atome d'hydrogène ou un radical alkyle contenant de 1 à 4 atomes de carbone ainsi que les sels alcalins, alcalino- terreux ou d'amines des produits de formule générale (I) dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène. Le terme alkyle contenant de 1 à 4 atomes de carbone peut désigner, par exemple, un radical méthyle, éthyle, propyle, butyle. Les sels alcalins ou alcalino-terreux des pro- duits de formule générale (I) dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène peuvent être, par exemple, les sels de sodium, de potassium, de lithium, de calcium ou de baryum. Les sels d'amines des produits de formule (I) dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène sont les sels d'amines usuelles. Parmi les amines usuelles, on peut citer les monoalkylamines, telles que la méthylamine, l'éthylamine, les dialkylamines telles que la diméthyl- amine, la diéthylamine, les trialkylamines telles que la triéthylamine. On peut citer également la pipéridine, la morpholine. L'invention a plus particulièrement pour objet les produits tels que définis ci-dessus, caractérisés en ce que dans la formule (I), R représente un groupement méthyle ou éthyle et R1 représente un atome d'hydrogène ou un groupement méthyle, ou éthyle, sous leurs formes racémiques et optiquement actives, ainsi que les sels alcalins, alcalinoterreux ou d'amines desdits produits de formule (I) dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène. L'invention a tout spécialement pour objet, à titre de produits industriels nouveaux: - le diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 de méthyle; - le diéthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 d'éthyle; - l'acide diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylique-2; - l'acide diéthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylique-2. Selon l'invention, les produits de formule (I) ci-dessus et leurs sels peuvent être prépares par un procédé caractérisé en ce que l'on fait réagir l'acide glyoxylique avec une quantité équimoléculaire de glyoxal en présence d'un alcanol de formule ROH dans laquelle R représente un radical alkyle en C1-C4, pour obtenir un produit de formule (I) dans laquelle R et R1, identiques, représentent un radical alkyle en C1-C4 que, si on le désire, on hydrolyse à pH alcalin selon les méthodes usuelles pour obtenir un produit de formule (I) dans la- quelle R représente un radical alkyle en C1-C4 et R1 re- présente un atome d'hydrogène et que, si on le désire, on salifie ou estérifie en milieu neutre ou alcalin selon des méthodes connues. Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, le procédé ci-dessus décrit est réalisé en faisant réagir, à chaud, en milieu acide, l'acide glyoxylique avec une quantité équilmoléculaire de glyoxal en présence, d'un excès ou non, d'un alcanol de formule ROH avec élimination, en continu, du milieu réactionnel de l'eau formée, soit par distillation azéo- tropique après addition dans ledit milieu d'un tiers solvant susceptible de fournir avec l'eau un azéotrope de point d'ébullition inférieur à 120 C tel que le benzène, soit par tout autre moyen connu. Bien que le milieu réactionnel soit acide, du fait de la présence d'acide glyoxylique, il est toutefois avantageux d'opérer en présence de quantités catalytiques d'un acide fort, non volatil, présentant un pKa inférieur à 1 tel que l'acide paratoluènesulfonique. La réaction est suivie aisément par contrôle de l'eau formée, puis éliminée et, lorsque la quantité d'eau théorique calculée par rapport au glyoxal mis en oeuvre est recueillie, on refroidit le milieu réactionnel et on procède aux traitements qui consistent à chasser les solvants et à écarter les produits acides par lavage du milieu réactionnel dissous dans un solvant adéquat, tel que le dichlorométhane, avec une solution aqueuse saturée en bicarbonate de sodium. Le produit cherché est ensuite isolé par des moyens connus en soi tels que la distillation. Selon l'invention, ies produits de formule (I) ci-dessus dans laquelle R représente un radical alkyle en C1-C4 et R1 représente un atome d'hydrogène peuvent être préparés par hydrolyse alcaline des produits de formule (I) ci-dessus dans laquelle R et R1 représentent un radical alkyle en C1-C4. Dans des conditions préfé- rentielles de mise en oeuvre, cette hydrolyse alcaline est réalisée dans de l'eau en présence d'un excès d'un hydroxyde de métal alcalin tel que l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium. L'acide cherché est isolé par des moyens connus en soi, dont l'un des plus simples consiste à éliminer du milieu réactionnel les produits non salifiés par lavage avec un solvant convenable tel que l'oxyde d'éthyle puis à acidifier la phase aqueuse à pH = 1 et ensuite à extraire l'acide cherché avec un solvant adéquat. On isole enfin l'acide cherché par distillation sous vide du solvant d'extraction. Si nécessaire, cet acide peut être purifié par recristallisation. Les sels alcalins, alcalino-terreux ou d'amines de produits de formule I dans laquelle R représente.un radical alkyle en C1-C4 et R1 représente un atome d'hydro- gène peuvent être préparés par un procédé usuel tel que, par exemple, par action sur lesdits produits acides de formule I des bases correspondantes ou par réaction de double décomposition. La réaction de salification est réalisée, de préference, dans un solvant ou un mélange de solvants tels que l'eau. Les produits de formule I dans laquelle R repré- sente un radical alkyle en C1-C4et R1 représente un atome d'hydrogène peuvent être estérifiés en produits de formule I dans laquelle R et R1 représentent un radical alkyle en C1-C4 par tous procédés usuels connus pour ce type d'acides carboxyliques instables en milieu acide. De tels procédés connus sont,par exemple, l'estérification par le diazo- méthane, l'action d'un halogénure d'alkyle sur le sel de sodium ou d'argent dudit acide. Les produits de formule générale (i) ci-dessus, sous les différentes formes stéréoisomères possibles ainsi que les sels alcalins, alcalinoterreux ou d'amines desdits produits de formule (1) dans laquelle R repré- sente un radical alkyle en C1-C4et R1 un atome d'hydrogène sont des produits intéressants en synthèse organique, susceptibles d'apporter, sous une forme originale, du glyoxal et de l'acide glyoxylique, libre ou estérifié, de formule générale (II) OHC - COOR1 (II) dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C1-C4. En effet, ces produits selon l'invention, présentent un noyau dioxolanne, stable en milieu aqueux alcalin. En milieu aqueux acide, par contre, ils se clivent rapidement et quantitativement en libérant des quantités équimoléculaires de glyoxal et d'acide glyoxylique, libre ou estérifié, de formule générale (II). Ils constituent donc une source masquée de glyoxal et d'acide glyoxylique, libre ou estérifié, de formule générale (II) susceptible de libérer en milieux aqueux acide du glyoxal et de l'acide glyoxylique, libre ou estérifié, utilisables notamment comme agents connus de réticulation de divers substrats. Les exemples donnés ci-après illustrent l'inven- tion sans toutefois la limiter. Les spectres de résonance magnétique nucléaire ont été établis dans le chloroforme deutéré. Les déplacements chimiques, 6, sont exprimés en ppm par rapport au tétraméthyl silane utilisé comme référence interne. Les spectres RMN1H ont été effectués sur un appareil VARIAN à 60 MH et les spectres RMN1 C z sur un appareil VARIAN XL 100 A à 25,2 MHz à transformée de FOURIER. Les spectres de masse ont été effectués sur un appareil VARIAN Mat CH5 à 70eV. EXEMPLE 1 Dans un tricol de 1 litre équipé d'une agitation magnétique et d'un système à distillation sous vide, on place: - 49,3 g (0,333 mole) d'acide glyoxylique à 50 % en poids dans l'eau, - 48,4 g (0,333 mole) de glyoxal à 40 % en poids dans l'eau. On chauffe ensuite cette solution sous vide à une température inférieure à 50 C jusqu'à élimination de 47 g environ d'eau, soit 88 % environ de l'eau initiale- ment présente. On introduit ensuite dans le milieu réactionnel refroidi à la température ambiante - 265 g de benzène, - 79 g (1,71 mole) d'éthanol. On substitue au système à distillation sous vide, un réfrigérant à reflux équipé d'un appareil Dean-Stark puis on chauffe la solution réactionnelle 4 heures au reflux en recueillant 20 cm3 d'azéotrope ternaire: eau- éthanol-benzène. A ce stade, on introduit dans la solution réactionnelle: - 16 g (0,34 mole) d'éthanol, - 2,5 g (13 mmoles) d'acide paratoluènesulfonique monohydraté, puis on poursuit le reflux en éliminant comme précédemment l'eau formée par distillation azéotropique. Apres 12 heures de reflux, on n'entraîne plus d'eau et l'analyse d'une prise d'essai par chromatographie en phase vapeur sur colonne Ucon Polar à 15 % en poids de Chromosorb W 80-100 montre que la réaction n'évolue plus. On a ainsi recueilli, au total, 19,4 g (1,08 mole) d'eau. On chasse sous vide le benzène et l'éthanol puis on dissout l'huile résiduelle dans du dichlorométhane. Cette solution est ensuite lavée avec une solution aqueuse saturée en bicarbonate de sodium jusqu'à élimination complète de ses constituants acides puis à l'eau salée jusqu'à neutralité des lavages. La phase organique dichloro- méthylénique est ensuite séchée sur sulfate de magnésium anhydre, filtrée, puis on chasse sous vide le solvant d'extraction. On isole ainsi 90 g d'huile jaune que l'on sépare en deux fractions par une distillation sous un vide de 24 mbars: - une première fraction, A, de 37 g distillant à une température inférieure ou égale à 90 C; - une deuxième fraction, B, de 53 g résidueIle. Une analyse chromatographique en phase vapeur, réalisée sur une colonne aux silicones à 10 % en poids, montre que la première fraction est constituée principa- lement d'acétals monomères du glyoxylate d'éthyle, 1, et du glyoxal, 2, \ EOEtO Et OEt EtO HC- COOEt N CH- CH - EtO Y EtO- OEt l - 2 2 - décrits respectivement dans la littérature dans Beil.3, 601; 3, I, 210; 3, II, 389; 3, III, 1139, E14 = 84-85 C et par Jonathan M. KLIEGMAN et al, J. Org. Chem., 1973, 38, 556-560 et 1972, 37, 1276-1279, E10 = 84-85 C. La seconde fraction contient pondéralement: - 49 % de diéthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 d'éthyle, (3); - 21 % de diéthoxy-4,5 diéthoxyméthyl-2 dioxolanne-1,3, (4), décrit dans la littérature par J.M. KLIEGMAN, loc.cit., Eb4 = 120-121 C. - 28 % d'un mélange de produits, C. EtO 0CH EtO 0 OEt NCH / N CH- CH-CH ' CH-COOEt i OEt CH CH / EtO - 0 útO 0 3 4 Le produit 3 a été isolé par chromatographie préparative en phase vapeur sur une colonne aux silicones, puis sa structure a été établie par analyses spectromé- triques de masse à impact électronique, d'une part, et de résonance magnétique nucléaire du carbone 13, RMN13C, d'autre part. Les valeurs suivantes ont été obtenues: Spectre de masse, abondance relative en fonction de m/e: 234 (M+0,1 %); 233 (0,7 %); 189 (6 %); 161 (100 %); 103 (37 %); 87 (32 %); (20 %). RMN13C, déplacements chimiques des carbones: CH- CH2 - o H 0 6' 5 4/( H CH - COOCH2-CH3 /1 CH3-CH20 3 - 0 - 6 5 - - Cl, 167,77 ppm;n C2, 99,4 ppm; C3 et C4, 103,9 ppm et 104,7 ppm; C5 et C5', 61,7 ppm et 63,8 ppm; C5", 63,3 ppm; C6, C6', et C6", 15,0 ppm, 14,8 ppm et 14,1 ppm. Le mélange de produits, C, a été analysé par couplage de la chromatographie en phase vapeur avec la spectrométrie de masse (impact électronique et ionisation chimique à l'aide de l'ammoniac). Les résultats obtenus permettent d'affirmer que ce mélange est constitué par des produits de masse égale ou supérieure à 234. La seconde fraction B est hydrolysée par agita- tion vigoureuse, à la température ambiante, pendant 150 minutes dans 600 cm3 (0,3 mole) de soude 0,5 N. L'émulsion obtenue est ensuite larvée à l'oxyde d'éthyle pour éliminer les produits non hydrolysés, puis la phase aqueuse est acidifide à pH = I avec de l'acide sulfurique 4N et elle est extraite plusieurs fois avec du dichlorométhane. On écarte la première extraction effectuée avec 3 cm3 de dichlorothane et on concentre à sec sous vide les extractions suivantes. On isole ainsi 22,7 g en prismes incolores présentant un point de fusion de 72- 73 C non modifié par une recristallisation dans du cyclo- hexane. Cet acide possède un pKa de 2,1. Le rendement s'établit à 33 % de la théorie calculée par rapport au glyoxal mis en oeuvre. Ricroanalyse Cl%3 H(%) C8il1406 Calculés: 46,60 6,84 206,19 Trouvés: 46,7 7,0 Analyses physiques RMN1H - ,2 ppm, s, 1E; -COOH ,6 ppIN S, S.; -CH - COOH 5,1 ppmi s, 1H; 5,2 ppm, S, 1H; CH CH- 3,7 ppm, s, 4H; 1,2 ppm, t, 6H; CH3. RMN13C_ 171,7 ppm, COOH; 99,1 ppm - COOH; O0 o 103,9:pm et 104,6 ppm, C - C" z- \ 63,9 ppm et 63,7 ppm, CH2; 14,9 ppm et 14,7 ppm, CH3; Spectre de masseabondance relative en fonction de m/e 220 (2 %); 207 (2 %); 162 (8 %); 161 (79 %) 132 (5 %); 116 (4 %); 105 (6 %); 104 (7 %) 88 (16 %); 87 (37 %); 76 (36 %); 75 (26 %) 59 (100 %)- A la connaissance de la Demanderesse, ce produit est nouveau. EXEMPLE 2 De la même manière que selon l'exemple I mais en remplaçant l'éthanol par du méthanol, on obtient le diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 de méthyle, 5, puis l'acide diméthoxy-4,5 dioxolanne-1 3 carboxylique-2,6. Me 0 \ MeO 9 % OCH H CH -COOH [ CH- COOMe / C H MeO4 H, H / Med CHO 6 L'acide diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxyli- que, 2, 5, présente les déplacements chimiques suivants: RMN 1H- 7,0 ppm, s, 1H - COOH; 5,7 ppm, s, 1H CH - COOH; ,15 ppm et 5,05 ppm, s, 2H, -CH - CH; 3,4 ppm, s, 6 H, CH3. RMN13C - 170,5 ppm, COOH; 99,3 ppm, C - COOH 105,0 ppm et 105,6 ppm, CH-CH; 55,1 ppm, CH3. Le diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 de méthyle présente les déplacements chimiques suivants: MN1 H - ,5 ppm, s, 1H, CH-COOM; 5,0 ppm et 4,9 ppm, --e s, 2H, CH-CH; 3,3 ppm, s, 6H, CH3; 3,7 ppm, s, 3H, CH3. RMN13C 167,9 ppm, COOH; 99,4 ppm, CH-COOH; 105,1 ppm et 105,7 ppm, -CH-CH-; 52,6 ppm, 55,0 ppm et ,3 ppm, CH3. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limi- tatif et que toute modification utile pourra y être appor- tée sans sortir de son cadre tel que défini par les reven- dications ci-après. REVENDICATIONS 1. Les produits de formule générale (I) R0 0 's CH J CH - COORt (1) CH R0 0 dans laquelle R représente un radical alkyle contenant de 1 à 4 atomes de carbone et R1 représente un atome d'hydro- gène ou un radical alkyle contenant de 1 à 4 atomes de carbone, sous leurs formes racémiques et optiquement actives, ainsi que les sels alcalins, alcalino-terreux ou d'amines, des produits de formule générale JI) dans i5 laquelle R1 représente un atome d'hydrogène. 2. Le diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 de méthyle. 3. Le diéthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylate-2 d'éthyle. 4. L'acide diméthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxylique-2. 5. L'acide diéthoxy-4,5 dioxolanne-1,3 carboxy- lique-2. 6. Procédé de préparation des produits tels que définis par la formule (I) de la revendication 1 sous leurs formes racémiques ou optiquement actives et des sels alcalins, alcalino-terreux, et d'amines desdits produits de formule (I) dans laquelle R1 représente un atome d'hydrogène, caractérisé en ce que l'on fait réagir de l'acide glyoxylique avec une quantité équimoléculaire de glyoxal, en présence d'un alcanol de formule ROH dans laquelle R représente un radical alkyle en C1-C4, pour obtenir un produit de formule (I) dans laquelle R et R1, identiques, représentent tous deux un radical alkyle en C1-C4 que, si on le désire, on saponifie à pH alcalin selon les méthodes usuelles pour obtenir un produit de formule (I) dans laquelle R représente un radical alkyle en C1-C4 et -R1 représente un atome d'hydrogène et que, si on le désire,on salifie ou estérifie en milieu neutre ou alcalin selon des méthodes connues. 7. Application des produits selon la revendi- cation 1 comme réactifs susceptibles de libérer en milieu aqueux acide du glyoxal et un produit de formule générale (il) OHC - COOR1 (II) dans laquelle: R1 conserve la signification donnée dans la revendica- tion 1.