Brevet FR2561645A1 — publié le 19850927

La présente invention concerne un procédé de préparation d'acides hydroxyalkylaminoacétiques. Les acides hydroxyalkylaminoacétiques obtenus par le procédé de la présente invention sont les produits de formule générale (I): R-CHOH-CHR1-NR2-CH2-COOH (I) dans laquelle - R représente un atome d'hydrogène, un groupement alkyle en Cl-C18, à chaîne droite ou ramifiée ou un groupement phényle éven- tuellement substitué par un ou plusieurs radicaux (de préférence un ou deux) choisis parmi les radicaux: alkyle en C1-C4, alcoxyle en C 1-C4 ou halogéno; - R1 représente un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle en C1-C4; - R2 représente un groupement alkyle en C1-C18 ou le groupe- ment R3-CHOH-CHR4- dans lequel R3, identique à R, représente un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle en C1-C18, à chaîne droite ou ra- mifiée et R4 est identique à R1. Les groupes substituants décrits ci-dessus peuvent, en outre, être définis comme suit: - un radical halogéno comprend le chlore, le brome, le fluor et l'iode. Les substituants halogéno préférés sont le chlore et le fluor; - un groupement alkyle en C1-C18, à chaîne droite ou ramifiée, comprend, par exemple, les radicaux méthyle, éthyle, propyle, n-butyle, hexyle, nonyle. De façon avantageuse, la présente invention couvre un procédé de préparation des produits de formule (II): R3-CHOH-CHR4_ R3_CHH-C N-CH COOH (II) R3-CHOH-CHR4N-2 - dans laquelle R représente un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C 1-C18 et R4 représente un atome d'hydrogène ou un radical alkyle en C 1-C4 L'invention a tout spécialement pour objet un procédé de pré- paration des composés suivants: - N,N-bis (hydroxy-2 éthyl)glycine; - N,Nbis(hydroxy2 méthyl-2 éthyl)glycine - N-méthyl N-(hydroxy-2 éthyl)glycine; - N-méthyl N-(hydroxy-2 méthyl-1 phényl-2 éthyl)glycine. De nombreux produits de formule générale CI) sont décrits ou peuvent être obtenus par des moyens connus, et notamment la N,N-bis (hydroxy-2 éthyl) glycine qui est largement utilisée pour ses propriétés chélatantes ou complexantes. On sait accéder à la N,N-bis(hydroxy-2 éthyl)glycine par: - condensation de l'oxyde d'éthylène avec la glycine selon A.J. KIPPIANOV, Ukrain Khim. Zhur.,1926, 2, 236; - hydrolyse du N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) acétonitrile obtenu par réaction de Strecker sur la diéthanolamine (V.F. LYUBOMUDROV, Ukrain Khim. Zhur. 1936, 11, 119; A.E. FROST et al., J. Amer. Chem. Soc., 1957, 79, 2755-58; brevets des Etats Unis d'Amérique N 2.845.457 et 2.860.164); - condensation de l'acide chloroacétique avec la diéthanol- amine selon N.V. KHROMOV-BORISOV et al., Zhur. obshchei Khim., 1953, 23, 598 et W.S. GUMP et al., J. Org. Chem., 1959, 24, 712-14; - hydrolyse de la (hydroxy-2 éthyl)-4 morpholinone-2, produit secondaire mais parfois aussi majoritaire, obtenue lors de la mise an oeuvre des procédés précédents (M.L. PASCAL, Bull. Soc. Chim. France, 1960, 435-42 et Compt. Rend., 1957, 245, 1318-20; N.V. KHR0MOV-BORISOV et al. loc. cit.). Ces méthodes sont générales et elles peuvent, sous certaines conditions, être étendues à la préparation des produits de formule géné- rale (I) par un choix judicieux des matières premières. Tel est le cas, par exemple, de la cyanométhylation des amines secondaires hydroxylées selon Strecker (brevet des Etats Unis d'Amérique N 2.407.645), de la condensation selon Hofmann de l'acide chloroacétique sur des amines se- condaires ou encore de l'ouverture d'époxyde convenablement choisie par une amine (M. PASCAL, Compt. Rend. 1957, 244, 1514-16). Par ailleurs, il est connu, par le.brevet des Etats Unis d'Amé- rique N 3.324.123, d'accéder à des morpholinones-2 substituées a par- tir de diéthanolamines substituées. 256 1 645 En outre, dans l'arrière-plan technologique, on sait que le glyoxal opposé, d'une part, à froid, à la N-méthyl N-(hydroxy-2 éthyl) amine fournit à côté de la diméthyl-3,3'-bisoxazolidine-2,2' majoritaire, des traces de N-méthyl morpholinone-2 (5 %) et de N-méthyl N-(hydroxy-2 éthyl) glycine (10 %) (P.A. LAURENT et al. Bull. Soc. Chim. France, 1978, II, 83-8) et, d'autre part, au reflux en présence d'une résine KU2, la Nbutyl ou N-phényl N-(hydroxy-2 éthyl) amine conduit à la dibutyl ou diphényl-4,8 octahydro oxazino-1,4/3,2-b2oxazine-1,4 (D.L. RAKHMANKULOV et al. brevet de l'Union Soviétique N 565.034) hydrolysable en la gly- cine correspondante (A. le ROUZIC et al. communication personnelle). Ainsi, selon l'état de la technique, les procédés d'obtention des produits de formule générale (I) exigent soit la manipulation de réactifs dangereux tels que le cyanure de sodium ou l'oxyde d'éthylène, soit de longues durées réactionnelles (W.S. GUMP et al., loc. cit.), soit enfin l'obtention préalable des époxydes correspondants. Or, la demanderesse a découvert de façon tout-à-fait inatten- due, un nouveau procédé général de préparation des produits de formule générale (I), obviant aux inconvénients des procédés connus, caractérisé par le fait que l'on fait réagir, à chaud, du glyoxal avec une amine hydroxylée de formule générale (III): CHR 1-CHOH-R HN \ (III) R2 dans laquelle, R, R1 et R2 ont la signification donnée précédemment. i25 La condensation du glyoxal avec l'amine hydroxyle de formule générale (III) est exothermique et elle peut être représentée schémati- quement par l'équation 1: CHO /CHR1 - CHOH-R 7CHR1-CHOH-R 1 + HN \ __> HOOC-CH2-N \ CHO R2 R2 eq. 1 Intermédiairement, il peut se former la lactone du type mor- pholinone-2 qui s'hydrolyse aisément en glycine attendue CHO CHR1 - CHOH - R R H RI M It HN f H] H -' CHO tRR H2O R2 A l'état cristallisé, les produits de formule générale (I) sont préférentiellement sous forme d'un ion dipolaire (zwitterion ou amphigame). Du point de vue des conditions opératoires, le procédé selon l'invention est relativement souple: ainsi si l'on double la proportion d'un réactif par rapport à l'autre, le rendement en glycine attendue reste toujours excellent par rapport au réactif minoritaire. De plus, le procédé selon l'invention n'est affecté ni par une dilution aqueuse importante ni par la présence dans le milieu réaction- nel d'un ou plusieurs alkanols tels que le méthanol, l'éthanol, l'éthyl- èneglycol. Toutefois, en milieu concentre, pauvre en eau, tel qu'il peut être obtenu, par exemple, en mettant en oeuvre du glyoxal trimre di- hydraté cristallisé (tétrahydroxy-4,4',5-5' bis(dioxolanne-1,3)-2,2', selon F. CHASTRETTE et al. Bull. Soc. Chim. France, 1983, II, 33-40), le milieu réactionnel peut contenir, en plus ou moins grande proportion, de la lactone du type morpholinone-2 qu'il suffit de chauffer en présence d'eau pour générer la glycine attendue. Aussi, préférentiellement, le procédé selon l'invention est effectué en milieu aqueux et avantageuse- ment en présence de 2,5 à 7,5 moleSd'eau par mole de glyoxal mis en oeuvre. Le procédé selon l'invention est réalisé à chaud, à une tempé- rature supérieure à 60 C, avantageusement à une température comprise entre 80 et 100 C et préférentiellement à 100 C. La durée réactionnelle est fonction de la température et la vitesse réactionnelle est d'autant plus rapide que la température est plus élevée. A 100 C, la réaction est pratiquement terminée en une heure. On peut suivre l'avancement de la réaction par dosage potentio- métrique de l'acide cherché sur des prises d'essai prélevées régulière- ment dans le milieu réactionnel. - Le glyoxal est avantageusement mis en oeuvre sous forme de ses solutions aqueuses commerciales de 30 à 55 % en poids de glyoxal mais il est également possible d'utiliser d'autres sources de glyoxal telles que le paradioxannediol-2,3 ou le tétrahydroxy-4,4',5,5'bis(dioxolanne-1,3)- 2,2'. Les amines secondaires hydrôxylées de formule générale (III) sont généralement connues et quelques unes même sont commercialisées. Habituellement, elles sont obtenues par ouverture d'un oxiranne par l'ammoniac ou une amine primaire (R.R. WAGNER et H.D. ZOOK, Synthetic Organic Chemistry, 3ème édition,chapitre 24, John WILEY & Sons, New- York, 1961). De telles amines sont, par exemple, la diéthanolamine, la bis(hydroxy-2 propyl)amine, la bis(méthyl-1 hydroxy-2 éthyl)amine, la bis (éthyl-1 hydroxy-2 éthyl)amine la bis(diméthyl-1,2 hydroxy-2 éthyl) amine, la bis(hydroxy-2 phényl-1 éthyl)amine, la bis(hydroxy-2 phényl- 2 éthyl)amine, l'éthanolisopropanolamine, le N-méthyl aminoéthanol, l'éphédrine. Les acides hydroxyaminocarboxyliques de formule générale (I) obtenus par le procédé de l'invention présentent de précieuses pro- priétés complexantes. Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et nul- lement limitatif de l'invention. Exemple 1 On chauffe 1 heure au reflux une solution de: - 145 g (1 mole) de glyoxal à 40 % en poids dans l'eau; - 105 g (1 mole) de diéthanolamine. A ce stade, un dosage potentiométrique réalisé sur une prise d'essai conclut à un rendement de 96 % de la théorie. La solution réactionnelle est alors refroidie à la tempéra- ture ambiante; l'acide cherché cristallise spontanément; on l'essore puis on le sèche à 60 C sous vide à poids constant. - On isole ainsi 105 g (0,65 mole) de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) glycine, cristallisée, présentant un point de fusion de 193 C (litté- rature 193 C) et un pK de 8,4 soit un rendement de 65 % de la théorie. Par concentration des eaux-mères, sous vide, aux trois quarts, on isole un deuxième jet de 36 g (0,22 mole) de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) glycine cristallisée présentant un point de fusion de 193 C, sans dé- pression en mélange avec le premier jet. Le rendement global s'établit à 87 % de la théorie. Un échantillon recristallisé dans l'eau (F = 193 C) présente la microanalyse suivante: C % H% N% C H NO calculé 44,16 8,03 8r58 6 13 4 P.M. 163,16 trouvé 43,9 8,5 8,6 Exemple 2 On chauffe 1 heure au reflux, une solution de: - 145 g (1 mole) de glyoxal à. 40 % en poids dans l'eau; - 105 g (1 mole) de diéthanolamine; - 200 dm3 d'éthanol. A ce stade, un dosage potentiométrique conclut a un rendement de 85 % de la théorie. La solution rdactionnelle est alors refroidie a la température ambiante. Le produit cherché cristallise spontanément. On l'essore et on le sèche a poids constant sous vide a 60 C. On isole ainsi un premier jet de 82 g (0,5 mole) de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl)glycine cristallisée présentant un point de fusion de 1930C. Les eaux-meres concentrées sous vide jusqu'à moitié du volume laissent déposer un second jet de 41 g (0,25 mole) de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl)glycine cristallisée (F = 193 C). Le rendement global s'établit à 75 % de la théorie. Exemple 3 Dans 120 g (1 mole) de paradioxannediol-2,3 préalablement fondu puis maintenu à 80 C, on introduit sous agitation en 30minutes: 105 g (1 mole) de diéthanolamine, puis la solution est chauffée une heure à 100 C. A ce stade, un dosage potentiométrique conclut à un rendement de 95 % de la théorie. La solution réactionnelle est alors refroidie à la température ambiante; elle se prend en masse. On la délite sous agitation avec cm de méthanol puis on essore.le produit cristallisé ainsi obtenu, et ensuite on le sèche sous vide à 60 C à poids constant. On isole ainsi 120,7 g (0,74 mole) de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) glycine présentant un point de fusion de 193 C. Le rendement global s'établit à 74 % de la théorie. Exemple 4 On chauffe 1 heure au reflux une solution de: - 210,14 g (1 mole) de tétrahydroxy-4,4',5,5' bis(dioxolanne- 1,3)-2,2' cristallisé commercialisé sous le nom de glyoxal hydrate, cristallisé; - 105 g (1 mole) de diéthanolamine; - 150 cm de méhanol, 150 cm3 de méthanol, puis le milieu réactionnel est concentré à sec sous vide. L'huile résiduelle, analysée par spectrographie infrarouge, montre qu'elle est constituée par un mélange de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) glycine et de N-(hydroxy-2 éthyl)morpholone-2 caractérisées par leur absorption dans la région des carbonyles: -1. Jc = O 1735 cm1 lactone -1. \%c = 0 1650 cm ion carbQxylate Cette huile est chauffée une heure au reflux dans 2 volumes d'eau. A ce stade, un dosage potentiométrique réalisé sur une prise d'essai indique la présence de 96 % de glycine cherchée. Le milieu réactionnel est alors refroidi à la température am- biante; l'acide cherché cristallise spontanément; on l'essore puis on le sèche à 60 C sous vide à poids constant. On isole ainsi 137 g (0,84 mole) de N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) glycine présentant un point de fusion de 193 C. Exemple 5 On chauffe une heure au reflux une solution de: - 145 g (1 mole) de glyoxal à 40 % en poids dans l'eau; - 210 g (2 moles) de diéthanolamine. A ce stade, un dosage potentiométrique réalisé sur une prise d'essai conclut à un rendement de 90 % de la théorie. Puis la solution réactionnelle est traitée comme dans l'exem- ple 1. On isole ainsi un premier jet de 73,4 g (0,45 mole) de N,N-bis (hydroxy-2 éthyl)glycine cristallisée présentant un point de fusion de 193 C. On n'a pas cherché à isoler un deuxième jet. Exemple 6 On chauffe une heure au reflux une solution de: - 290 g (2 moles) de glyoxal à 40 % en poids dans l'eau; - 105 g (1 mole) de diéthanolamine. A ce stade, un dosage potentiométrique réalisé sur une prise d'essai conclut à un rendement de 95 % de la théorie. Puis, la solution réactionnelle est traitée comme dans l'exemple 1. On isole ainsi un premier jet de 90 g (0,55 mole) de N,N- bis(hydroxy-2 éthyl)glycine cristallisée présentant un point de fusion de 193 C. On n'a pas cherché à isoler un deuxième jet. Exemple 7 On chauffe 1 heure au reflux une solution de: - 145 g (1 mole) de glyoxal à 40 % en poids dans l'eau, - 133,2 g (1 mole) de bis(hydroxy-2 propyl)amine. A ce stade, un dosage potentiométrique réalisé sur une prise d'essai conclut à un rendement de 93 % de la théorie. La solution réactionnelle est ensuite traitée comme dans l'exemple 1. On isole ainsi en deux jets, 155 g'(0,81 mole) de N,N-bis (hydroxy-2 propyl) glycine présentant un point de fusion de 145 C et un pKa de 8,2 (littérature M.L. PASCAL, Bull. Soc. Chim. France, 1960, II, 435-42, F = 145-146 C). Le rendement global s'établit à 81 % de la théorie. Exemple 8 On chauffe 1 heure au reflux une solution de: - 29 g (0,2 mole) de glyoxal à 40 % en poids dans l'eau, - 33 g (0,2 mole) d'éphédrine racémique, cm d'éthanol, - 200 cm d'eau, puis on distille l'éthanol sous vide et l'on poursuit ensuite le chauf- fage au reflux pendant une heure. A ce stade, un dosage potentiométrique effectué sur une prise d'essai révèle la présence de 100 % d'acide cherché. La solution aqueuse est ensuite concentrée à sec sous vide; l'huile résiduelle est empâtée au reflux dans 250 cm d'isopropanol puis elle est abandonnée 3 heures à 0 C. Le précipité cristallisé est en- suite essoré puis séché sous vide à 60 C à poids constant. On isole ainsi 30 g (0,135 mole) de N-méthyl N-(hydroxy-2 méthyl-1 phényl-2 éthyl)glycine cristallisée présentant un point de fu- sion de 163 C. Le rendement global s'établit à 67 % de la théorie. Microanalyse C % H % N % C12H17NO calculé 64,55 7,68 6,27 P.M. 223,3 trouvé 64,5 7,8 6,1 A la connaissance de la demanderesse, ce produit n'est pas dé- crit dans la littérature. xepe 9 On chauffe i heure au reflux une solution de - 145 g (1 mole) de glyoxal en solution aqueuse à 40 % en poids; - 75,1 g (1 mole) de réthyléthanolamine, - 100 g d'eau, A ce stade, un dosage potentiométrique réalisé sur une prise d'essai indique la présence de 99 % d'acide cherché. La solution est ensuite concentrée sous vide de manière à éliminer 82 g d'eau puis le milieu réactionnel est abandonné à la cris- tallisation pendant 16 heures à la température ambiante. Ensuite, la masse cristallisée obtenue est délitée avec 250 cm d'éthanol puis on l'essore et le produit recueilli est ensuite séché à 60 C sous vide à poids constant. On isole ainsi 99 g (0,74 mole) de N-méthyl N(hydroxy-2 éthyl) glycine cristallisée présentant un point de fusion de 1320 C. (littéra- ture E. KNORR et al. Annalen, 1899, 307, 201 F = 132-133 C). Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modifica- tion utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de preparation d'acides hydroxyalkylaminoacétiques de formule générale (I): R-CHOH-CHR1 -NR2-CH2-COOH (1) dans laquelle: - R représente un atome d'hydrogène, un groupement alkyle en Cl-C18, à chaîne droite ou ramifiée, ou un groupement phényle éventuel- lement substitué par un ou plusieurs radicaux (de préférence un ou deux) choisis parmi les radicaux: alkyle en C1-C4, alcoxyle en C1-C4 ou halo- géno; - R1 représente un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle en C1C4; - R2 représente un groupement alkyle en C1-C18 ou le groupe- ment R3-CHOH-CHR4- dans lequel R3, identique à R, représente un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle en Cl-C18, & chaîne droite ou ra- mifiée et R4 est identique a R1, caractérisé par le fait que l'on fait réagir, a chaud, du glyoxal sur une amine secondaire hydroxylée de formule générale (III): HR-CHOH-R HN\ (III) R2 dans laquelle R, R1 et R2 ont la signification donnée ci-dessus. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est effectué à une température supérieure a 60 C. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est effectué en présence d'eau. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 & 3, caractérisé par le fait que-l'on fait réagir à une tempdrature. comprise entre 60 et 100 C, une mole de glyoxal en solution aqueuse sur une mole d'amine secondaire hydroxylée de formule générale (III) ci-dessus. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications I a 4, caractérisé par le fait que l'acide hydroxyalkylaminoacétique de for- mule générale (I) est un acide de formule générale (II): R3 -CHOH-CHR / N-CH2-COOH (II) R3-CHOH-CHR4 dans laquelle R3 représente un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle -256 1645 à chaîne droite ou ramifiée en C1-C18 et R4 représente un atome d'hydro- gène ou un groupement alkyle en C1-C4. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'acide hydroxyalkylaminoacétique est la N- méthyl N-(hydroxy-2 éthyl)glycine. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'acide hydroxyalkylaminoacétique est la N-méthyl N-(hydroxy-2 méthyl-1 phényl-2)glycine. 8. Procédé selon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'acide hydroxyalkylaminoacétique est la N,N-bis(hydroxy-2 éthyl) glycine. 9. Procédé selon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'acide hydroxyalkylaminoacétique est la N,N-bis(hydroxy-2 propyl-2)glycine.