Brevet FR2615187A1 — publié le 19881118

La présente invention concerne des produits industriels nouveaux repondant à la formule dans laquelle R est une chaîne hydrocarbonée, fluorocarbonée ou fluorocarbonée partiellement hydrogénee, en particulier du'type perfluoroalkylméthylene, contenant 4 a 18 atomes de carbone. n et n' sont des entiers, identiques ou non compris entre 1 et 10. Z et Z' sont des groupes alkyles ou aralkyles, identiques ou différents, comportant de 1 a 10 atomes de carbone. Les produits de l'invention trouvent des applications comme tensio-actifs. Ils peuvent également être utilisés comme extractants des ions métalliques.. Un intérêt de plus en plus marqué est porté actuellement aux tensio-actifs non ioniques monodisperses ayant une partie hydrophile bien définie, notamment a ceux comportant une chaîne perfluorée. Des produits de la forme dans lesquels R est un groupement alkyle constituent des produits tensio-actifs bien connus et commercialement développés. Ils sont obtenus dans des réactions mettant en oeuvre de l'oxyde d'éthylene et conduisant toujours a des mélanges polydisperses difficilement purifiables. Par ailleurs, il est connu que les produits de type amide a fonctions alcool terminales conduisent a des équilibres de la forme De tels équilibres sont notamment signalés dans "Non Ionic Surfactants Chemical Analysis. John CROSS (1987) p. 15." Des produits de type amide à chaîne perfluorée de la forme ont été décrits notamment dans la thèse de T. GARTISER soutenue à NANCY, le 15 Novembre 1982.On connaît également des produits de la forme Toutefois, ces produits, même lorsqu'ils comportent un nombre parfaitement défini de groupements éthoxylés, se trouvent toujours impliqués dans des équilibres du type de ceux signalés ci-dessus et ne peuvent donc être envi sagés dans des applications nécessitant des produits purs, comme c'est le cas lorsque l'on recherche la formation de microémulsions. La présente invention propose des produits qui, tout en présentant les avantages des produits de type amide à chaînes polyéthoxylées, peuvent être obtenus parfaitement purs, ce qui permet d'envisager différentes applications notamment la formation de microémulsions. La présente invention vise aussi des procédés d'obtention de ces composés. Un premier procédé consiste a faire réagir sur un halogénure d'acide ou une autre forme activée de l'acide RCOOH une amine de la forme où R, n, n', Z, Z' ont la forme exprimée précédemment Une telle amine n'est généralement pas commerciale.Elle peut être obtenue de différentes façons en particulier a partir d'une réaction de couplage entre La benzylamine ou une forme N-bloquée de la diéthanolamine et une forme activée d'un alcoxyéthanol (HOC2H4OZ) ou d'un alcoxypolyéthoxyéthanol (HO(C2H4O)n Z) avec La réaction de couplage entre la benzylamine et la forme activée de l'alcoxyéthanol ou de l'alcoxypolyéthoxyéthanol conduit à une forme N-bloquée de l'amine par un groupement benzyle que l'on élimine classiquement. Comme groupement activant de la fonction alcool, on choisira avantageusement le chlorure de l'acide p-toluènesulfonique qui conduira au tosylate correspondant, cependant, d'autres formes peuvent être utilisées, des dérivés halogénés par exemple.Le déblocage de la fonction amine sera réalisé classiouement, par exemple par hydrogénation catalytique ; ce premier mode de préparation est repré senté par le schéma 1 suivant, où le catalyseur d'hydrogénolyse est le palladium. Schéma 1 où + désigne le groupement phényle et Ts le groupement p-toluène sulfonique. Un deuxième procédé pour synthétiser l'amine consiste à faire une réaction de couplage entre une forme N-bloquée de la diethanolamine et une forme activée d'un alcoxypolyéthoxyéthanol ou d'un alcoxyéthanol. Suivant les conditions du couplage, on arrivera, après déblocage de l'amine formée, soit à une amine symétrique (n = n') soit à une amine dissymétrique (n &num; n'). Le N--blocage de l'amine peut être fait par exemple par tritylation. L'activation de l'alcoxyéthanol ou de l'alcoxypolyéthoxyéthanol peut être faite par tosylation. A titre d'exemplé, en réalisant le couplage dans le THF au reflux et avec un excès d'alcool, on arrivera à un produit symétrique; en opérant dans l'éther au reflux puis dans le THF au reflux et en jouant sur la stoechimétrie, on aboutira à volonté à un produit dissymétrique ou symétrique. Le déblocage du produit de couplage est réalisé classiquement, par une solution acide, par exemple, une solution d'acide chlorhydrique. Ce deuxième procédé peut se schématiser comme suit Schéma 2 b) Dissymétrique Déblocage On emploiera avantageusement le schéma 1 pour faire une'amine de la forre HN (C2H40Z)2 , l'un ou l'autre des schémas I ou 2 pour faire des amines HN [(C2H4 )n Z] 2 avec n > ,2. On fera ensuite réagir l'amine ainsi formée sur une forme activée de l'acide RCOOH, par exemple, sur le chlorure de cet acide, selon le schéma 3 suivant Schéma 3 où n et n' sont des entiers égaux ou différents et Z et Z' sont des groupements tels que définis précédemment. Un autre procédé permettant notamment d'éviter les réactions consécutives de blocage et déblocage consiste à procéder selon le schéma suivant- avec n > 1. La présente invention concerne également les applications des produits selon l'invention, en particulier en tant qu'agents tensio-actifs non ioniques. En effet, les produits de la présente invention, notamment ceux où Z = CH3 ont d'intéressantes propriétés tensio-actives permettant en particulier lors- que R est une chaîne perfluorée ou alkyle partiellement fluorée d'abaisser la tension superficielle de liteau jusqu a des valeurs de l'ordre de 20 mN'.m , voire même par exemple de 16 mN.m dans le cas de Les produits dans lesquels R est un groupement alkyle permettent d'abaisser - la tension superficielle de l'eau jusqu'à des valeurs de l'ordre de 30 à 35 mN.m-1 Les produits de la Drésente invention peuvent être utilisés comme émulsionnantis pour former des micro-émulsions constituées d'un mélange d'un produit selon l'invention, d'eau et d'une "huile'.Par "huile", on désigne un liquide insoluble dans l'eau tel que défini par L. N. PRINCE dans Acad. Press Inc. New York 1977, du type fluorocarbure, perfluorocarbure, hydrocarbure, éventuellement substitués. Comme "huile", on choisira la perfluorodécaline, par ex. pour les produits fluorés, 1 décane par exemple, pour les produits hydropénés, les micro-émulsions ainsi obtenues constituent des solutions monophasiaues, isotropes, limpides et stables pour un domaine de température définie, composées d'une solution aqueuse d'a- gent tensioactif (produits de 1 invention) dans laquelle une "huile" (perfluorodécaline par exemple) est dispersée sous la forme de globules dont la taille peut varier de quelques dizaines à quelques centaines d'Angstroms. Les produits de l'invention montrent parallèlement des propriétés complexantes vis-à-vis des ions métalliques, ce qui permet d'envisager leur application comme extractant en extraction liquide-liquide. Les exemples suivants sont donnés à titre non limitatif et feront mieux ressortir la portée et l'intérêt de l'invention. EXEMPLE 1. Synthèse de selon le schéma 1. 1.1. Tritylation de la diéthanolamine. Dans un réacteur muni d'un système d'agitation magnétique et d'une ampoule à brome, on introduit 6,34.10 mole (66,6 g) de diéthanol amine dans 270 ml de diméthylformamide. Après refroidissement du mélange à OOC, on ajoute en 80 mn environ 170 ml de dichloromé thane contenant 3,17.10 mole (80,2 g) de chlorure de trityle. Après addition complète, on laisse la solution agitée magnétique ment à température ambiante pendant 24 h. On lave ensuite la solu tion par 150 ml d'éther et 200 ml de H20. Un précipité se forme après quelques minutes ; on filtre, puis on recristallise dans un mélange chloroforme/éther de pétrole. Le produit obtenu est un solide rose : 80 g. Rendement : 80 %. Le produit est contrôlé par CCM et RMN du proton. 1.2. Activation sous forme de tosylate de monométhyléther du diéthy lèneglycol. Dans un réacteur muni d'un système d'agitation magnétique et d'une ampoule à brome, on introduit 3,3.10 mole (40 g) de diéthylène- glycolmonométhyléther dans 80 ml de pyridine. Après refroidisse ment de la solution à 0 C, on ajoute lentement (90 mn) une solu tion 6,6.10-1 mole (126 g) de chlorure paratoluène sulfonyle dans 180 ml de pyridine. Après addition complète, on laisse revenir le mélange à température ambiante ; après agitation pendant 4 heures, on additionne le mélange à une phase aqueuse , puis extraction à l'éther.La phase organique est ensuite lavée en présence d'une solution acide aqueuse (HCl 5 % : 100 ml). De nouveau, extraction à l'éther. Après séchage de la phase organique sur sulfate de ma gnésium, on filtre et évapore le solvant. Le produit obtenu est un liquide incolore : obtenu 70 g. Rende ment : 77 %. La purification du produit pour identification a été faite par chromatographie sur colonne de silice. Le produit est contrôlé par CCM et RMN du proton. 1.3. Condensation de la trityldiéthanolamine sur le tosylate. Dans un réacteur muni d'un réfrigérant et d'un système d'agita tion mécanique, on introduit 55 ml de soude 50 Z. Sur cette solu tion, on ajoute directement un mélange de 2,3.10 mole (8 g) de diéthanolamine tritylée, 6,9.10-2 mole (19 g) de diéthyléne glycolmonométhyléther tosylé, 10 % (~ 3 g) de tétrabutylammonium hydrogénosulfate, dans 65 ml de tetrahydrofurahe comme solvant. Le mélange est porté à reflux pendant 14 heures avec une bonne agitation. Après réaction, la solution est diluée avec 100 cc d'eau distillée, puis extraite à l'éther éthylique. La phase or ganique est séchée sur sulfate de sodium, filtrée, puis le solvant évaporé. Le produit attendu est purifié sur colonne par chromato graphie liquide à haute performance. Masse du produit Rendement : 73 %. Le contrôle est fait par CCM, l'identification par RMN du proton. 1.4. Déblocage de l'amine. Dans un réacteur muni d'un système d'agitation et d'une ampoule à brome, on introduit 20 ml d'une solution aqueuse de HCl 5 %. La solution est agitée à température ambiante ; on additionne en 10 mn une solution de tritylaminobis (triéthylèneglycolmonométhyléther), 1,34.10 mole (7,5 g) dans 40 ml de méthanol. Après addition complète, on laisse le mélange à température ambiante pendant 15 mn. On filtre ensuite le tritylcarbinol, évapore le solvant jusqu a ce que le volume du résidu soit sensiblement égal au volume de la phase aqueuse initiale. On extrait alors à l'éther (30 ml) ; la phase aqueuse est.ensuite amenée à pH basique par addition d'une solu tion saturée de bicarbonate de sodium. On évapore l'eau, on addi tionne du dichlorométhane (50 ml) sur le résidu solide obtenu ; on agite 15 minutes, filtre le solide restant, on sèche la phase sur sulfate de sodium, enfin, on évapore le solvant. On obtient 3,78 g d'un liquide jaune. Rendement : 80 %. Le contrôle est fait par CCM et l'identification par RMN du proton. 1.5. Condensation sur C6F13CH2COCl. Dans un réacteur muni d'une agitation magnétique et d'une ampoule à brome, on introduit 10-2 mole (3,3 g) d'amino bis (triéthylène glycolmonométhyléther), 10-2 mole (1,01 g) de triéthylamine dans 25 ml de tétrahydrofurane. Après refroidissement de la solution à 0 C, on additionne en 30 mn 9.10 mole du chlorure d'acide fluoré. Le mélange réactionnel est laissé sous agitation à 0 C pendant 3 heures. La solution est alors diluée avec 30 ml d'une solution HCl 0,1 N et on extrait avec 3 volumes (100 ml) d'éther. La phase organique est lavée par une solution aqueuse saturée en bicarbonate de sodium, puis séchée sur sulfate de sodium ; le solvant est évaporé sous vide. Le contrôle est fait.par CCM et RMN du proton. Le rendement est de 90 % par rapport au chlorure d'acide. EXEMPLE 2. Préparation de On procède comme dans l'exemple 1 en remplaçant C6Fl3CH2 C Cl O par C8F17CH2 COCl : on obtient le produit avec un rendement de 90 % par rapport au chlorure d'acide. EXEMPLE 3. Synthèse de En procédant comme dans l'exemple 1, en remplaçant C6F13CH2COCl par C1oF21CH2COCl, on obtient un rendement de 85 % par rapport au chlorure d'acide. EXEMPLE 4. Préparation de On procède comme dans l'exemple 1 en remplaçant le monométhyléther du diéthylèneglycol par le monométhyléther du-triéthyleneglycol. On forme le tosylate correspondant de la même façon. Le produit est un liquide indolore dont la purification pour identification est faite par chromatographie sur colonne de silice: Le rendement final est de 83 % par rapport au chlorure d'acide. EXEMPLE 5. Synthèse de On procède comme dans l'exemple 1 en remplaçant le chlorure d'acide C6F13CH2COCl par une autre forme activée de l'acide, à savoir le réactif BOP, cf. J. Chem. Res. (S) 182 (M) 2118 L1977j. Dans un réacteur muni d'un système d'agitation et d'une ampoule à brome, on introduit 1,29.10 3 mole (400 mg) d'amino bis (triéthylèneglycolmonométhyléther), 1,29.10-3 mole (167 mg) de diisopropyléthylamine, 1,20.10 mole (571 mg) du réactif (BOP) dans 25 ml d'acétonitrile. A température ambiante, on ajoute en 30 minutes 1,19.10 mole (457 mg) d'acide fluoré (C6F13-COOH). Le mélange réactionnel est laissé sous agitation à 200C pendant 2 heures. La solution est alors diluée avec 20 ml d'une solution HCl (0,1) et on extrait avec 3 volumes de 20 ml d'éther. La phase organique est lavée par une solution aqueuse saturée en bicarbonate de sodium puis séchée sur sulfate de sodium, le solvant est évaporé sous vide. Rendement : 40 Z. Contrôle par RMN et Infra-Rouge. EXEMPLE 6. Préparation de Dans un réacteur muni d'un système d'agitation et d'une ampoule à brome, on introduit 1,25.10 3 mole (500 mg) d'amino bis (tétraéthy lèneglycol-monomêthyléther), 1,25.10 mole (162 mg) de diisopro pyle-éthylamine, une quantité catalytique (15 mg) de diméthylamino- pyridine (DMAP) dans 25 ml de tétrahydrofurane. A température ambiante, on additionne lentement 1,15.10 3 mole (218 mg) de chlorure de décanoyle (C9H19COCl). L'agitation est maintenue à température ambiante pendant 5 h. La solution est alors diluée avec 30 ml d'une solution aqueuse acide (HCL i 0,1 N) et on extrait 2 fois avec 45 ml d'éther. La phase organique est lavée en présence d'une solution aqueuse saturée en bicarbonate de sodium puis séchée sur sulfate de sodium. Le solvant est évaporé sous vide. Rendement : 85 %. Le contrôle est fait par Infra-Rouge, CCM. L'indice de réfraction 20 n D est de 1,457. EXEMPLE 7. Préparation de 7.1. Tritylation de la diéthanolamine. On procède comme dans l'exemple 1.1. 7.2. Blocage sélectif sous forme de benzyle de diéthyléneglycol. Dans un tricol muni d'un système d'agitation et d'un réfrigérant, on introduit 40 g d'une solution de soude à 50 %, 84,8 g (8.10-1 mole) de diéthylèneglycol, 25,2 g (2.10-2 mole) de chlorure de benzyle. Le mélange est alors porté à reflux pendant 6 heures. Re froidissement du mélange réactionnel, extraction avec 3 volumes de 160 ml d'éther après un ajout de 200 ml de H20. Séchage sur sulfate de magnésium. Evaporation du solvant sous vide. Le produit brut est purifié par distillation. Rendement 75 %. Contrôle par CCM. 7.3. Activation sous forme de tosylate. On procède comme dans l'exemple 1.3. On obtient C6H5 CH2 (C2H4O)2 SO2C6H5CH3 avec un rendement de 80 %. L'identification de ce produit est faite par RMN du proton. 7.4. Déprotection de l'amine. On nrncède oomme dans l'exemple 1.4. On obtient l'amine avec un rendement de 80 %. Le produit est identifié par RMN du proton. 7.5. On fait réagir l'amine obtenue en 7.4. sur le chlorure d'acide C2F13 CH2 COCl conformément au mode opératoire exposé en 1.5. C6F13 CH2 On obtient l'amide rendement de 80 %. avec un L' identification est faite par RMN du proton. EXEMPLE 8. Préparation de selon le schéma 2. 8.1. Activation sous forme de tosylate de monométhyléther diéthylène glycol. On procède comme dans l'exemple 1.2. 8.2.- Condensation de la benzylamine sur le tosylate. Dans un tricol muni d'un système d'agitation, d'une ampoule à brome et d'un réfrigérant, on introduit 2,5.10 mole (2,75 g) de benzylamine, 5,5.10 mole (6 g) de carbonate de sodium dans 25 ml d'acétonitrile. A température ambiante, on ajoute lentement une solution de 5,5.10 mole (15,5 g) de tosylate de diéthyléne glycol-monométhyléther dans 50 ml d'acétonitrile. Après addition complète, on porte le mélange à reflux (620C) pendant 15 heures. Le mélange est alors filtré. Le résidu solide est lavé à l'éther afin de récupérer le maximum de produit. Le filtrat est evaporé sous vide. Le produit brut est dilué avec 40 ml d'une solution aqueuse acide. Cette phase aqueuse est extraite une fois en présence de 60 ml d'éther. Basification de la phase aqueuse, puis extraction à l'éther. Séchage sur sulfate de sodium, puis évaporation du solvant sous vide. On obtient avec un rendement de 75 %. L'identification est faite par RMN du proton, CCM et mesure de 20 l'indice de réfraction (nD = 1,489). 8.3. Déblocage de l'amine par hydrogénation. Dans un réacteur d'hydrogénation, on introduit 5.4.10 mole (1J00 g), de benzylamino Ebis(diéthylèneglycolmonomethyl éther7 dans 15 ml d'éthanol, 10 % en poids de palladium sur charbon. On "purge" le réacteur contenant le mélange deux fois à l'azote, puis une fois a l'hydrogène et on laisse réagir sous 80 bars d'hydrogène sous agitation et à température ambiante pendant 8 h. Après réaction, on "purge" deux fois à l'azote, on filtre sur cellite. Le solvant est chassé sous pression réduite. Le produit obtenu est un liquide jaune. Le rendement est de 85 %. Le contrôle est fait par CCM- et RMN du proton ; l'indice de réfrac tion est nD20 = 1,449. 8.4. Condensation sur le chlorure d'acide. On procède comme dans l'exemple 1.5. On obtient C6F13 CH2 CON [(C2H40)2 CH32 2 avec un rendement de 92 %. Le contrôle est fait par CCM Infra Rouge et RMN du proton. EXEMPLE 9. Formation de microémùlsions. 9.1. Avec 15 % de C8F17 CH2CON[(C2H4O)3CH3]2, 4 % de perfluorodécaline et le complément en eau, on obtient par simple agitation, à une température comprise entre 0 et 30 C, une microémulsion. Si on élève la température à 340C, on observe une phase trouble qui re forme spontanément la microémulsion par retour à 30 C. 9.2. Avec 15 % de C6F13 CH2 CON [(C2H$O)3 CH3]2, 3 % de perfluorodé caline et le complément en eau, on obtient par simple agitation une microémulsion à une température comprise entre 0 et 330C. 9.3. Avec 15 % de C8F17 2CON [C2H40)2 CH3 ]2, 6 % de perfluorodéca line et le complément en eau, on obtient, par simple agitation, une microémulsion à une température comprise entre 0- et 160C. 9.4. Avec 15 % de C10F21CH2CON [(C2H4O)3 CH3]2, 20 % de perfluoro décaline et le complément en eau, on obtient, par simple agitation, une microémulsion stable à une température de 26 à 40 C. EXEMPLE 10. Caractérisation des propriétés tensio-actives. Le tableau ci-dessous donne pour quelques produits de l'invention des valeurs de tension superficielle et de Concentration Micellaire Critique (CMC) mesurées à-la température ambiante ainsi que des valeurs de HLB calculées suivant la formule de GRIFFIN (J. Soc. Cos. Chem. 1954, 5, 249). Tension Superficielle C M C produits (mN.m-1) (mole/litre) H L B C6F13CH2CON [(C2H4O)2 CH3] 2 16 3,63.10-4 8,54 C6F13CH2CON [(C2H4O)4 CH3] 2 18 8,76.10-4 10,0 C6F13CH2CON [(C2H4O)4 CH3] 2 24 1.10-3 11,2 C8F17CH2CON [(C2H4O)3 CH3] 2 20 1,34.10-5 7,28 C9H19CON [(C2H4O)4 CH3] 2 31 5.10-3 15,3 REVENDICATIONS 1. Nouveaux amides répondant à la formule : dans laquelle R est une chaîne hydrocarbonée, fluorocarbonée ou fluorocarbonée partiellement hydrogénées contenant 4 à 18 atomes de carbone. n et n' sont des entiers identiques ou non compris entre 1 et 10, Z et Z' sont des groupes alkyles ou aralkyles identiques ou différents comportant de 1 à 10 atomes de carbone. 2. Nouveaux amides selon la revendication 1 dans lesquels Z et Z' sont des groupements méthyles. 3. Nouveaux amides selon la revendication 1 ou 2 dans lesquels R est un groupement alkylperfluoré. 4. Nouveaux amides selon la revendication 1 ou 2 dans lesquels R est un groupement perfluoroalkylméthylène. 5. Procédé de préparation des produits selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on fait réagir une amine de la forme sur une forme activée de l'acide RCOOH. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel la forme activée de l'acide appartient au groupe constitué par les halogénures de l'acide RCOOH et la forme de l'acide RCOOH activée par. le réactif BOP. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que l'amine est obtenue à partir d'une réaction de couplage.entre la benzylamine ou une forme N-bloquée de la diéthanolamine et une forme activée d'un alcoxyéthanol ou d'un alcoxypolyéthoxyéthanol. 8. Application des produits selon l'une des revendications 1 à 4 ou résultant du procédé selon l'une des revendications 5 à 7 pour faire des microémulsions avec une "huile" et de l'eau. 9. Application des produits selon la revendication 3 ou 4 pour faire des mictoémulsions avec une "huile" fluorée, par exemple la perfluorodécaline et de l'eau. 10. Application des produits selon l'une de ces revendications 1 à 4 pour abaisser la tension superficielle de l'eau. 11. Application des produits selon l'une des revendications 1 à 4 comme agents complexants des métaux.