Brevet FR2619113A2 — publié le 19890210

FR 2619113 A2 19890210 FR 8711262 A 19870807 Dans le brevet principal on a décrit des nouveaux produits de condensation de silanols, ainsi que leur prépa- ration et applications. Le procédé consistait à faire réa- gir un silane, un siloxane, un silanol ou un dérivé de si- lanol, avec un acide carboxylique pouvant porter une seconde fonction carboxy, un hydroxyle ou/et un groupe amino, au sein d'un solvant organique anhydre, en présence d'un neu- tralisant, la préparation étant terminée par l'élimination du solvant à l'ébullition. Lorsque le composé carboxylique porte un groupe NH2, le procédé selon le brevet principal est réalisé de préférence après blocage de cette fonction amine, notamment par acylation, pour éviter l'intervention- de l'NH2 dans la réaction de condensation. La présente Première Addition au brevet principal apporte un perfectionnement qui permet d'effectuer la con- densation plus aisément, avec meilleurs rendements. Dans le cas o le composé carboxylique employé porte un ou plu- sieurs -NH2, le procédé suivant cette Addition peut être conduit sans blocage de la fonction amine et donne encore un résultat amélioré. Le procédé suivant l'invention, qui comprend la condensation d'un silane, silanolousiloxane, ayant au moins un groupe réactif, avec un acide carboxylique pouvant porter une seconde fonction carboxy, un hydroxyle ou/et un groupe amino, au sein d'un liquide organique, est caractérisé en ce qu'au moins un des atomes d'hydrogène de groupe carbo- xylique ou/et d'hydroxyle, est remplacé préalablement par un cation métallique. Le cation métallique est de préférence alcalin ou alcalino-terreux, surtout Na ou K, ou Li. Le milieu réactionnel comprend un liquide organi- que, solvant ou dispersant, et il est anhydre. En désignant par R, R' et R" des groupes hydrocar- bonés, par exemple alkyles, alcényles, aryles ou cycloalky- les, par M un atome de métal alcalin et par X un groupe actif, capable de se combiner avec M, tel qu'en particulier halogè- ne, surtout Cl ou Br, ou un anion, on peut illustrer, non limitativement, au moyen des réactions qui suivent, le pro- cédé de l'invention. RCOO "OH 2R-COOM + X2Si(OH)2 Si + 2XM RCOO OH R-COOM + XSiR'3 - RCOO-Si-R' + XM OM O0 SiR' // 3 R + 2XSiR'3 R + 2XM COOM COO- SiR'3 OM O R /+ X2SiR' R SiR' 2XM 2SR2 +2M COOM COO OM Ac.NH 2R + X SiR' i '.z.NH2-R SiR' +2XM 2 COOM 2 2 2O 2 COO OM O NH -R + X 2SiR'2NH-R SiR' + 2XM 2 1- 2 2 2 \ X 2 COOM C( HO-R-COOM + XSiR' - HO-R-COO-Sil"' -3 HO-R"-COOM HO-R"-COJ + X2SiR'2 NSiR2 HO-R -COOM HO-R--COO R"OOC-R-OM + XSiR'3 - R"OOC-R-O-SiR'3 + XM 2R"OOC-R-OM+ X2SiR'2 R"OOC-R-O R' Si R"OOC-R-O R' H2N-CH-COOM + CH3SiC13_ > H2N-CH-COO CH CH2-OM Si CH2-O / C1 Les silanes, siloxanes, silanols ou dérivés, em- ployés à la condensation suivant l'invention, sont le plus souvent du tyDe XnSiR(4-ni o n est 1 à 3, X est un grou- pe ou atome susceptible de se combiner avec un métal, par exemple halogène, SOi, SO, SOj, CN-, POi, PO3,CH3COO-,ou autre anion, et surtout Cl ou Br; R est un alkyle, géné- ralement en C1 à C20, un alcényle en C2 à C20, un aryle, alkyl-aryle ou cycloalkyle, de préférence en C5 ou C6; R peut être de même un alkoxy, alcényl-oxy, ou aryloxy ou bien un OH. Il est entendu que les (4-n) groupes R peuvent être différents entre eux, c'est-à-dire que le composé iR' est alors de la forme X Si/ R" ou R' peut être par exem- ple un alkyle, R" un alkoxy, R"' un aryle etc. Enfin, dans le cas o le composé du silicium est un siloxane, on a par exemple R" X -Si-O-SiR, X -Si-O-Si-O-SiR" etc. 3 3 J 2 1 i R' R" Ainsi, au lieu d'utiliser un neutralisant tel que pyridine ou autre amine, comme montré dans le brevet prin- cipal, on emploie le composé carboxylique sous la forme de son sel de métal, en particulier Na, K ou Li. Notamment, dans les exemples 1 et 2 du brevet principal, l'acide sali- cylique serapris sous la forme de ONa C6H4 COONa dans un solvant anhydre, alcool ou autre. Un mode opératoire pratique duprocédé selon l'in- vention consiste à dissoudre du Na métallique dans de l'al- cool absolu et traiter le composé carboxylique voulu avec la solution d'alcoolate de Na obtenue. L'alcool est ensuite évaporé et le dérivé sodique restant, solide, est mélangé avec le silane, siloxane, silanol ou dérivé qu'il s'agit de condenser avec le composé carboxylique, au sein d'un liquide solvant ou dispersant. Ce liquide est, selon la nature des réactifs en présence, un liquide organique, tel qu'hydrocarbure halogéné, par exemple chloroforme, dichloro- méthane, dichloroéthane, trichloroéthylène, etc. ou bien un hydrocarbure, tétrahydrofuranne, dioxane, acétonitrile, diméthylformamide, ou autre solvant. La solution ou suspen- sion, ainsi formée, est chauffée, de préférence à reflux du solvant, jusqu'à l'achèvement de la condensation. On sé- pare alors le sel sodique du produit attendu. Un domaine d'application particulièrement utile du procédé suivant la présente invention est celui de la condensation d'amino-acides, et surtout d'hydroxy-amino-aci- des, notamment sérine, thréonine et tyrosine, avec des si- lanes ou des silanols. Lorsque l'amino-acide porte deux groupes, dont l'hydrogène peut être remplacé par un cation métallique, la condensation peut avoir lieu sur un seul ou sur les deux de ces groupes. Ainsi, par exemple, à partir de l'acide aspartique plusieurs sortes de produits de con- densation peuvent être préparés: H2N-CH-COOM + XSiR'3_-_H2N-CH-COO-SiR'3 + XM CH2-COOH CH2-COOH H2N-CH-COOM + 2XSiR' -->H2N-CH-COO-SiR'3 +2XM 1 3 3 CH2-COOM CH2-COO-SiR'3 H2N-CH-COOM + X2SiR' 2-aH2N-CH-COO0 SiR'2+2XM CH2-COOM CH2-COO Par double précaution la fonction -NH2 peut être bloquée, notamment au moyen d'un acyle. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs qui suivent. EXEMPLE 1 Condensation du sel de sodium de la sérine avec le dichloro diméthyl silane On procède d'abord à la préparation du dérivé sodique de la sérine par l'action de l'éthanolate de Na. Pour cela 0,2 atome de Na, soit 4,6g, est mis à réagir avec 200 ml d'éthanol absolu, sur un bain de glace; lorsque tout le sodium est dissous, on retire la solution d'éthanolate de Na obtenu du bain de glace, et on lui ajoute 0,1 mole ou 10,5 g de sérine. Après 1/2 heure apparait un précipité du dérivé sodique. On fait alors distiller l'éthanol à sec de façon à obtenir une poudre blanche, formée par le sel de Na de la sérine. Cette poudre est mise en suspension dans du chloroforme, puis on y ajoute 0,1 mol, c'est-à-dire 12,9 g de Cl2Si(CH3)2 et l'on porte au reflux pendant 24 heures, ce qui produit la réaction: NH H2N-CH-COONa CH3l CH CUl2-ONa 2Si ''C - CH2 C=O + 2NaCl O O 3U 0 Si CH3 CH3 Le condensat est obtenu avec un rendement de 97%, par rap- port à la sérine mise en oeuvre, après séparation par fil- tration du précipité de NaCl et son rinçage au chloroforme. Le produit solide, ainsi préparé, présente les caractéris- tiques ci-après. IR RMN 1H C=O 1720 cm 1 CH3-Si 0,38 ppm singulet CH3-Si 800 cm- 1260 cm1 CH-N 4,52 ppm triplet NH2 3220 cm CH2-O 3,20 ppm doublet CH 2900 cm NH2 7,25 ppm multiplet EXEMPLE 2 Comparatif Condensation de la sérine avec du C 12Si(CH3)2, en présence d'un neutralisant, comme dans le brevet principal. 0,1 mole de sérine est mise en suspension dans ml de CH2C12 auxquels est ajoutée 0,2 mole de triéthyl- amine. On ajoute ensuite, goutte-à-goutte, 0,11 mole de dichlorodiméthylsilane. Le mélange est porté au reflux du solvant pendant 12h, puis on le laisse revenir à températu- re ambiante. On filtre le mélange réactionnel, on lave le précipité formé avec du dichlorométhane, et on le sèche sous pression réduite. Le produit solide,obtenu avec un rendement de 71% sur la sérine, correspond au siloxane cyclique selon le schéma réactionnel: N NCH2 Et3N H C=+2(tNHC 1 H2N-CH-COOH + 3 2 1 + cSi (CH22Si(32CH 3=) + 2(Et3N.HCl) CH2-OH 1 oN / Si CH CH Les caractéristiques de ce condensat sont pratiquement les mêmes que pour celui de l'exemple 1: IR RMN H C=O 1730 cm1 CH3-Si 0,35 ppm singulet -1 -13 CH3-Si 815 cm 1,1260 cm CH-N 4,52 ppm triplet NH2 3200 cm 1 CH2-O 3,25 ppm doublet N22 NH2 7,3 ppm multiplet mais le rendement de son obtention est bien plus bas, 71% contre 97% dans l'exemple 1, et la pureté moins bonne. EXEMPLE 3 En suivant la technique de l'exemple 1, on a effectué une condensation selon la réaction: H2N-CH-COONa H2N-CH-COOSi(CH3)3 | + 2 Cl-Si(CH3)3 + 2NaCl CH2-ONa CH2-OSi(CH3)3 (dérivé sodique de la sérine) Le produit solide, obtenu avec un rendement de 96%, présente les caractéristiques suivantes. IR RMN 1H C=O 1730 cm-1 (CH3)3-Si 0,39 ppm,singulet intégration relative 18 -1 H Si-O-C 1090 cm 1 NH 7,2 ppmmultiplet intégration relative 2 CH3-Si 800 cm, 1250 cm1 CH-N 4,5 ppm,triplet intégration relative 1 NH2 3200 cm1 CH2-O 3,2 ppm,doublet intégration relative 2 On voit que le procédé de l'invention permet d'obtenir le composé voulu à groupe NH2 libre, avec très bon rendement. EXEMPLE 4 De façon analogue à celle de l'exemple 1, on ef- fectue la condensation: NH H 2N-CH-COOK CH3 /CH |+ SiBr2 e CH2 C=O +2KBr CH2-OK C2H5- 0 CH-OO Si (dérivé potassique CH -' OC H de la sérine) 3 25 Le nouveau composé, solide, présente les caractéristiques suivantes: IR RMN C=O 1730 cm CH3-Si 0,35 ppm singulet CH3-Si 780 cm,1265 cm 1 CH-N 4,52 ppm triplet NH2 3200 cm1 CH2-O 3,20 ppm doublet -1CH CH- 2950 cm Et-O CH 1,25ppm triplet CH2 3,75ppm quadruplet NH2 7,40ppm EXEMPLE 5 Condensation de la thréonine avec un silanol. Le mode opératoire de l'exemple 1 est appliqué à la réaction: NH12 CH3-CHONa CH3 x CH 1 + Sic l2 CH3- 11 C=O + 2 NaCl NH2-CH-COONa C2H5 O Si ? C2H5. CH3 Le produit, obtenu avec un renden.,t de 95%, est solide et présente les caractéristiques sui-uintes: IR RMN C=O 1720 cm1 C 3-CH 1,5ppm doublet -1 -1 CH3-Si 800 cm, 1260 cm Me-CH-C 3,10 ppm multiplet 3- (8 raies) NH2 3200 cm (8 raies -1 C-H 2900 cm CH-N 4,42 ppm doublet Cl13-CH2-01,25 ppm triplet CH3 3,75ppm quadrupletCH2 a 3-Si 0,35 ppm singulet EXEMPLE 6 La technique des exemples précédents est appliquée à la condensation du dérivé sodique de la thréonine avec du dichloro diméthyl silane. On réalise ainsi la réaction: NH2 1u2 CH3-CH-ONa "H CH I + Cl2Si(CH3)2 CH3-H C=0 H2N-CH-COONa O Si CH3 --CH3 Le produit formé, solide, est obtenu avec un rendement de 96%; il présente les caractéristiques: IR RMN C=O 1750 cm1 CH3-CH 1,5 ppm doublet CH3-Si 790 cm, 1250 cm Me-CH 3,05ppm multiplet NH2 3200 cm1 -1 CH 2900 cm CH-N 4,42ppm doublet CH3-Si 0,38 ppm singulet 1 0 REVENDICATIONS 1. Procédé de condensation d'un composé organique du silicium, constitué par un silane, un siloxane, un sila- nol ou dérivé de silanol, avec un acide carboxylique pouvant porter un seconde carboxyle, un ou plusieurs OH ou/et NH2, au sein d'un liquide organique, anhydre, caractérisé en ce qu'au moins un des atomes d'hydrogène de groupe carboxy- lique ou/et d'hydroxyle a été préalablement remplacé par un cation métallique, tandis que le composé organique du Si porte au moins un atome ou groupe susceptible de se combi- ner avec ce cation.. 2. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'acide carboxylique est aliphatique ou arylique. 3. Procédé suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que cet acide possède une seconde fonction car- boxylique ou/et un hydroxyle. 4. Procédé suivant une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acide carboxylique est un amino- acide. 5. Procédé suivant une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le cation métallique est Na, K ou Li. 6. Procédé suivant une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le remplacement d'au moins un H d'un -COOH ou/et d'un -OH est réalisé par l'action d'un alcoolate métallique, en particulier d'éthanolate de Na, sur l'acide carboxylique. 7. Procédé suivant une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le dérivé à cation métallique de l'acide carboxylique est dissous ou dispersé, avec le composé du silicium, dans un liquide organique,et chauffé à reflux de ce dernier. 8. Procédé suivant la revendication 7, caracté- risé en ce que le liquide organique est un hydrocarbure 1 1 halogéné, en particulier hydrocarbure en C1 ou C2chloré, un hydrocarbure, tétrahydrofuranne, dioxane, acétonitrile ou diméthylformamide. 9. Procédé suivant une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le composé de silicium est du type XnSiR(4_n) X étant un halogène, particulièrement Cl ou Br, R un radical aliphatique ou arylique, ou bien oxy-aliphatique ou oxy-arylique, et n un nombre de 1 à 3. 10. Procédé suivant une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'acide carboxylique est sous la forme d'un sel de métal alcalin de sérine, de thréo- nine ou de tyrosine.