Brevet FR2631027A1 — publié le 19891110

-1 PROCEDE DE PREPARATION D'ESTERS DE L'ACIDE N-CYANETHANIMIDIOUE 5 La présente invention concerne la préparation d'esters de l'acide N-cyanéthanimidique, en particulier les esters méthylique ou éthylique, en partant d'esters 10 de l'acide orthoacétique et de cyanamide. Les esters de l'acide N-cyanéthanimidique répon- dant à la formule I N-CEN 15 CH -C OR R - CH3 C H 20 ont une importance industrielle-comme matières de départ pour la préparation de composés hétérocycliques tels que par exemple la 2-amino-4-méthoxy-6-méthyl-s-triazine, à partir de laquelle sont préparés des agents phytoprotec- teurs importants. 25 Il est connu de préparer les esters de l'acide N-cyanéthanimidique dans un procédé à deux stades à partir d'acétonitrile, d'acide chlorhydrique gazeux, d'al- cool et de cyanamide (cf. Brevet de la RFA N' 3 411 203). Dans ce procédé, les chlorhydrates d'esters de 30 - l'acide éthanimidique correspondants sont formés dans le premier stade à partir d'acétonitrile, d'acide chlorhydrique anhydre et de méthanol ou d'éthanol, et ces chlo- rhydrates d'esters sont transformés en les esters de l'acide N-cyanéthanimidique correspondants dans le se- 35 cond stade par réaction avec le cyanamide avec élimina- tion de chlorure d'ammonium. 2631027 2 Un inconvénient de ce procédé est qu'ilest nécessaire de travailler avec de l'acide chlorhydrique gazeux anhydre et extrêmement corrosif. Ceci exige non seulement l'utilisation d'un appareillage spécial très 5 coûteux, résistant à la corrosion, mais nécessite égale- ment des mesures de sécurité particulières pour protéger l'environnement, ce qui rend le procédé très onéreux. Cette situation est aggravée par le fait que de fortes quantités de chlorure d'ammonium sont produites dans ce 10 procédé, lesquelles doivent elles aussi être évacuées d'une manière onéreuse. Une alternative possible est la préparation, dé- crite dans la littérature, du N-cyanéthanimidate d'éthy- le en faisant réagir l'orthoacétate de triéthyle avec le 15 cyanamide en présence de deux équivalents molaires d'an- hydride acétique [voir à ce propos K..R. Huffmann et F.C. Schaefer, J. Org. Chem. 28 (1963) Page 1816]. En réexa- minant ce procédé, cependant, on a trouvé qu'il s'agis- sait d'un simple procédé de laboratoire qui ne peut pas 20 être appliqué à l'échelle industrielle en raison de grâves inconvénients. Ceci provient de ce qu'il se forme dans cette réaction, comme sous-produits, par mole d'or- thoacétate de triéthyle, deux moles d'acétate d'éthyle et deux moles d'acide acétique, dont la séparation du 25 produit de la réaction au cours de la réaction ou après celle-ci pose des problèmes considérables. A l'échelle industrielle, une température de 160 à 190'C est néces- saire pour l'élimination continue par distillation de l'acide acétique formé, et à cette température, le N- 30 cyanéthanimidate d'éthyle se décompose partiellement ou subit un réarrangement en N-cyano-N-éthylacétamide par un réarrangement de Chapman. En outre, les mélanges réactionnels contenant du cyanamide ne doivent pas être chauffés au-dessus de 120'C pour des raisons de sécuri35 té. Un autre inconvénient est la pureté relativement faible du produit, une séparation complète de l'acide 2631027 3 acétique et de l'anhydride acétique n'ayant pas réagi entraînant d'énormes difficultés en dépit d'une distil- lation sous vide compliquée sous 25 à 30 mbars. Enfin, ce procédé suggéré ne peut pas être utilisé pour la pré- 5 paration du N-cyanéthanimidate de méthyle. La présente invention s'est donc donnée pour but de mettre au point un procédé pour la préparation d'es- ters de l'acide N-cyanéthanimidique en faisant réagir des esters de l'acide orthoacétique avec le cyanamide, 10 lequel procédé ne présente pas les inconvénients indi- qués de l'état de-la technique, mais permet de préparer, sans grand déploiement technique et d'une manière inof- fensive pour l'environnement, des esters de l'acide cya- néthanimidique avec un bon rendement et dans un état de 15 pureté élevé. Ce but a été atteint conformément à l'invention en effectuant la réaction en solution alcoolique en pré- sence d'un catalyseur acide. Ceci résulte de ce qu'on a trouvé, de manière 20 surprenante, que les esters de l'acide N-cyanéthanimidi- que pouvaient être préparés sans problème, avec un faible déploiement d'appareillage et de mesures de sécurité et sans qu'il soit nécessaire d'admettre aucun inconvé- nient en ce qui concerne le rendement et la pureté. 25 . Dans le procédé conforme à la présente inven- tion, l'ester ee l'acide orthoacétique, en particulier l'ester méthylique ou éthylique, est mis à réagir avec le cyanamide en présence d'un catalyseur acide. Dans le domaine de la présente invention, l'expression "catalyseurs acides" doit être comprise comme désignant des composés qui contiennent ou libèrent 10-6 à 101 mole de protons par mole d'ester de l'acide or- thoacétique dans le mélange réactionnel. Il peut s'agir par exemple d'acides inorganiques, en particulier d'aci- 35 des minéraux, tel que par exemple les acides sulfurique ou phosphorique, mais il peut également s'agir d'acides 2631027 4 organiques, tel que par exemple les acides formique ou acétique. Pour des raisons de coût, l'acide sulfurique doit être considéré comme préféré. La quantité de catalyseur dépend essentielle- 5 ment, comme il a déjà été indiqué, de la quantité d'es- ter de l'acide orthoacétique utilisée, moins de 1 % en poids de catalyseurs par rapport au poids d'ester de l'acide orthoacétique étant en général nécessaire, en particulier si l'on utilise des acides forts. 'Si l'on 10 utilise de l'acide sulfurique concentré, l'intervalle de quantités préféré est par exemple de 0,1 à 0,5 % en poids d'acide sulfurique concentré. Lorsqu'on ajoute le catalyseur, il doit être tenu présent à l'esprit que les esters de l'acide ortho- 15 acétique techniques ont déjà une réaction faiblement acide et que le cyanamide du commerce peut déjà contenir des stabilisants ayant une réaction acide. Dans certaines circonstances, ceci peut avoir pour résultat que, si l'on utilise ces matières de départ techniques, la quan- 20 tité de catalyseurs nécessaire est déjà présente, et par conséquent une addition supplémentaire' n'est plus néces- saire. Dans ce mode de réalisation particulier, cepen- dant, il faut s'attendre à des temps de réaction un peu plus longs. 25 Il est essentiel dans l'invention que la réac- tion soit effectuée en solution alcoolique, en particu- lier dans du méthanol et de l'éthanol, car dans ce cas, on observe une réaction particulièrement rapide et sé- lective. A cet égard, il n'est pas absolument nécessaire 30 d'introduire l'alcool dans la solution réactionelle soit tel quel, soit mélangé avec un des réactifs, car deux moles d'alcool par mole d' ester de l'acide orthoacéti- que sont libérées au cours de la réaction, et celui-ci se comporte alors comme le mélange réactionel. 35 Pour obtenir des rendements particulièrement élevés, il est nécessaire d'utiliser au moins une mole 2631027 5 d'ester de l'acide orthoacétique par mole de cyanamide, et, en règle générale, un excès de 0,05 à 0,1 mole d'es- ter de l'acide orthoacétique par mole de cyanamide est adéquat. Bien qu'un excès plus important soit en princi- 5 pe possible, il n'a aucun effet supplémentaire et par conséquent devient très rapidement peu économique. Bien que la réaction s'effectue aux températures supérieures à 30'C, elle est effectuée à des températu- res 40 à 140'C, de préférence de 60 à 90'C, pour obtenir 10 de meilleurs rendements temporels, les temps de réaction étant habituellement de 3 à 9 heures. - Normalement, il est adéquat d'effectuer la réac- tion au point d!ébullition du milieu réactionnel parti- culier sous la pression ordinaire. La réaction peut évi- 15 demment aussi être effectuée sous une pression plus éle- vée ou plus basse, si ceci doit apporter des avantages pour des raisons techniques. - L'application du procédé conforme à l'invention est techniquement très simple et peut être effectuée 20 sans problème en utilisant un appareillage ordinaire. Normalement, on prépare un mélange de cyanamide et d'es- ter de l'acide orthoacétique puis on le chauffe, avec addition de catalyseur acide, sous reflux (60 à 90'C) jusqu 'à ce que la réaction soit terminée (3 à 8 heures). 25 Lorque des lots importants sont traités sur une échelle industrielle, il s'est révélé particulièrement avantageux initialement de prendre l'ester de l'acide orthoacétique et le catalyseur, de chauffer le mélange à 80 à 90'C, puis d'introduire le cyanamide, sous la forme 30 d'une solution alcoolique, sur une durée de 1 à 2 heu- res, tout en agitant et en chauffant sous reflux le mé- lange. Lorsque l'addition de la solution dé cyanamide est terminée, le mélange est chauffé sous reflux pendant 2 à 8 heures supplémentaires. 35 Le seul sous-produit formé au cours de la réac- tion de l'orthoacétate de méthyle ou d'éthyle est le mé- thanol ou l'éthanol, respectivement. Ceci présente 2.631027 6 l'avantage que le mélange réactionnel peut être traité très simplement. Le produit brut obtenu après que l'alcool correspondant a été extrait ou éliminé par distillation est 5 tellement pur qu'en général, il peut être soumis au traitement ultérieur directement sans distillation. Dans de nombreux cas, il n'est même pas nécessaire d'éliminer l'alcool, car le mélange réactionnel alcoolique peut être utilisé ultérieurement sous cette forme. 10 Si par contre un ester de l'acide N-cyanéthani- midique très pur est nécessaire, il est recommandable de purifier le produit brut par distillation, de préférence sous vide. Les rendements en produit pur sont alors ha- bituellement de 91 à 97 %. 15 Le procédé conforme à l'invention se distingue surtout par son très faible déploiement technique, son absence de nocivité pour l'environnement et ses très bons rendements, de sorte.que les exigences imposées à la préparation qui puisse être effectuée à l'échelle industrielle sont remplies dans d'excellentes conditions. Les exemples suivants sont destinés à illustrer l'invention d'une manière plus détaillée, sans cependant qu'elle soit limitée à ceux-ci. 25 EXEMPLE 1 On part de 1021 g (8,4 moles) d'orthoacétate de triméthyle technique (98,8 % de pureté) (pH 4,9 = 1,6 x 10-6 moles de protons libres par mole d'orthoacétate de triméthyle) et on les chauffe à 80'C. On ajoute alors 30 goutte à goutte, sur une durée d'une heure, en agitant énergiquement et à une température externe (température de bain) de 80'C, une solution de 338 g (8 moles) de cyanamide technique (pureté 99,5 %) ayant un pH de 5,0 35 2631027 7 sous la forme d'une solution aqueuse à 50 % ( = 8,4 x 10-7 moles de protons libres par mole de cyanamide) dans 240 g de méthanol. La quantité totale de protons libres utilisés est de 2,4 x 10-6 moles de protons par mole 5 d'orthoacétate de triméthyle. Lorsque l'addition de la solution méthanolique de cyanamide est terminée, on chauffe le mélange réactionnel sous reflux pendant 8 heures supplémantaires. On concentre alors le mélange réactionnel dans un évaporateur rotatif sous le vide 10 d'une trompe à eau, à une température du bain-marie de 60'C. On obtient 757 g (96,5 %) de produit brut et on les distille ensuite sous vide. Le rendement est de 738,3 g (94,1 %) de N- cyanéthanimidate de méthyle ayant un point d'ébullition 15 de 80,5 à 82'C/16 mbars ( littérature 98 à 99'C/33 mbar) et une pureté, déterminée par chromatographie en phase gazeuse, de 99,8 %. La détermination par chromatographie en phase gazeuse a été effectuée dans les conditions suivantes : 20 Appareillage : Fractovap 2300 Carlo Erba Colonne :Chromosorb WAW DMCS 5 m,1/4" Température de la colonne : 150'C Température de l'injecteur : 150'C 25 Température du détecteur : 150'C Détecteur : WLD Gaz porteur : He/2 bars Quantité d'échantillon (charge) : 4 p 1 30 Evaluation : Sur toute la surface Temps de rétention : 373 secondes C4H6N20 (98,10 g/mole) Calculé C 48,97 % trouvé C 48,81- % 35 Calculé H 6,16 % trouvé H 6,13 % Calculé N 28,55 % trouvé N 28,37 % 2631027 8 EXEMPLE 2 On part de 1021 g (8,4 moles) d'orthoacétate de triméthyle technique (pureté 98,8 %) et de 2 g d'acide sulfurique concentré (concentration 96 % = 4,7 x 10 3 5 moles de protons libres par mole d'orthoacétate de tri- méthyle) et on les chauffe à 80'C. On ajoute goutte à goutte, sur une durée d'une heure, en agitant énergique- ment, à une température externe (température de bain) de 80'C, une solution de 338 g (8 moles) de cyanamide tech- 10 nique (pureté 99,5 %) dans 240 g de méthanol. Lorsque l'addition de la solution méthalolique de cyanamide est terminée, on chauffe le mélange réactionnel sous reflux pendant 6 heures supplémentaires. On concentre alors le mélange réactionnel dans un évaporateur rotatif sous le 15 vide d'une trompe à eau, à une température du bain-marie de 60'C. On obtient 756 g (96,3 %) de-produit -brut et on- les distille ensuite sous vide. Le rendement est de 739 g (94,2 %) de N-cyané- thanimidate de méthyle ayant un point d'ébullition de 20 80,5 à 82'C/16 mbar (littérature 98 à 99'C/33 mbars) et une pureté de 100 %, déterminée par chromatographie en phase gazeuse (températures d'injection et de colonne : 150-c) 25 C4H6N20 (98,10 g/mole) EXEMPLE 3 On part de 973 g (8 moles) d'orthoacétate de triméthyle technique (à 98,8 % de pureté) et de 2 g. 30 d'acide sulfurique concentré (concentration 96 % = 4,9 x 10-3 moles de protons libres par mole d'orthoacétate de triméthyle), et on les chauffe à 80C. On ajoute ensuite goutte à goutte, sur une durée d'une heure, en agitant 35 2631027 9 énergiquement à une température externe (température du bain) de 80'C, une solution de 338 g (8 moles) de cyana- mide technique (à 99,5 % de pureté) dont 240 g de métha- nol. Lorsque l'addition de la solution méthanolique de 5 cyanamide est terminée, on chauffe le mélange réaction- nel sous reflux pendant 6 heures supplémentaires. On concentre alors le mélange réactionnel dans un évapora- teur rotatif sous le vide d'une trompe à eau, à une température de bain-marie de 60'C. On obtient 743 g 10 (94,7 %) de produit brut, que l'on distille ultérieure- ment sous vide. Le rendement est de 719 g (91,6 %) de N-cyané- thanimidate de méthyle ayant un point d'ébullition de 80,5' à 82'/16 mbar (littéraure 98-99'C/33 mbar) et une 15 pureté de 99,9 %, déterminée par chromatographie en pha- se gazeuse -(température d'injection et de colonne : 150-C). C4H6N20 (98,10 g/mole) 20 Calculé C 48,97 % trouvé C 48,62 % Calculé H 6,16 % trouvé H 6,11 % Calculé N 28,55 % trouvé H 28,54 % EXEMPLE 4 25 On dissout 169 g (4 moles) de cyanamide solide technique pur dans 511 g (4,2 moles) d'orthoacétate de triméthyle technique ayant une pureté de 98,8 %. Après avoir ajouté 2 g d'acide sulfurique concentré (con- centration 96 % = 9,3 x10-3 moles de protons libres par 30 mole d'orthoacétate de triméthyle), on chauffe le mé- lange sous reflux pendant 6 heures en agitant. On éli- mine le méthanol formé dans la réaction par distillation sur un évaporateur rotatif, à 60C, sous le vide d'une trompe à eau. Ceci laisse 390 g (99,4 %) de N-cyanétha- 35 nimidate de méthyle comme résidu, et celui-ci est ulté- rieurement distillé sous vide. 2631027 10 Le rendement en matière pure est de 378,2 g (rendement global 96,4 %) de N-cyanéthanimidate de mé- thyle bouillant à 80,5 - 82'C/16 mbar. Le produit a une pureté de 100 % conformément à l'analyse par chromato- 5 graphie en phase gazeuse. C4H6N 20 (98,10 g/mole) Calculé C 48,97 % trouvé C 48,62 % Calculé H 6,16 % trouvé H 6,10 % 10 Calculé N 28,55 % trouvé N 28,40 % EXEMPLE 5 On chauffe sous reflux pendant 10 heures une so- lution de 21,2 g (0,5 moles) de cyanamide technique 15 (99 % de pureté) ayant un pH, sous forme de solution acqueuse à 50 t, de 4,8 (= 1,3 x 10-6 moles de protons libres par mole de cyanamide) dans 82,8 g (0,5 mole) d'orthoacétate de triéthyle technique (pH 4,2 = 1,2 x 10 5 moles de protons libres par mole d'orthoacétate de 20 triméthyle). La quantité totale de protons libres utili- sée est de 1,33 x 105 mole de proton par mole d'ortho- acétae de triéthyle). La solution réactionnelle est alors concentrée sur un évaporateur rotatif à une tempé- rature de bain-marie de 60'C. Le résidu est ensuite sou- 25 mis à une distillation sous vide, au cours de laquelle 53,7 g (95,8 %) de N-cyanéthanimidate d'éthyle d'une pureté de 99,9 % (selon l'analyse par chromatographie en phase gazeuse) passent à 87-88'C sous, une pression de 12 mbars. 2631027 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'esters de l'acide N- cyanéthanimidique en faisant réagir des esters de l'aci- de orthoacétique avec du cyanamide, dans lequel la réac- 5 tion est effectuée en solution aqueuse en présence d'un catalyseur acide. 2. Procédé suivant la revendication 1, dans le- quel on utilise comme catalyseur des composés qui con- tiennent ou libèrent dans le mélange réactionnel 10-6 à 10 10-1 mole de proton par mole d'ester de l'acide ortho- acétique. 3. Procédé suivant les revendications 1 et 2, dans lequel on utilise comme catalyseur des acides miné- raux inorganiques, en particulier l'acide sulfurique. 15 4. Procédé suivant les revendications 1 et 2, dans lequel on utilise comme catalyseur des acides orga- niques, de préférence l'acide acétique. 5. Procédé suivant les revendication 1 à 4-, dans lequel la quantité du catalyseur est inférieure à 1 % en 20 poids, de préférence de 0,1 à 0,5 % en poids par rapport à l'ester de l'acide orthoacétique utilisé. 6. Procédé suivant les revendications 1 à 5, dans lequel on utilise un ester de l'acide orthoacéique de qualité technique ayant une réaction acide et/ou un 25 cyanamique technique contenant des stabilisants acides. 7. Procédé suivant les revendications 1 à 6, dans lequel on utilise comme alcool du méthanol ou de l'éthanol. 8. Procédé suivant les revendications 1 à 7, 30 dans lequel on utilise au moins une mole d'ester de l'acide orthoacétique par mole de cyanamide. 9. Procédé suivant la revendication 8, dans lequel on utilise un excès de 0,5 à 0,1 mole de l'ester de l'acide orthoacétique par mole de cyanamide. 35 10. Procédé suivant les revendications 1 à 9, dans lequel la température de réaction est de 40 à 140'C, et de préférence de - 60 à 90'C.