Brevet FR2648460A1 — publié le 19901221

La présente invention concerne un procédé pour la fabri- cation de la N-phosphonométhylglycine par phosphonométhylation de La glycine. La N-phosphonométhylgLycine, également connue sous le nom de glyphosate (Merck Index, Xe édition, n 4376),et ses dérivés sont des herbicides à large spectre particulièrement efficaces pour maîtriser et modifier la croissance d'une large variété d'espèces végétales. De nombreuses voies ont été proposées pour la synthèse de la N-phosphonométhylglycine, telles que: - des procédés qui utilisent l'acide iminodiacetique comme produit de départ, - des procédés qui utilisent une triazine N,N',N"- trisubstituee et - des procédés pour la phosphonométhylation de la glycine. En référence à cette dernière voie, que la orésente invention con- cerne en particulier, le brevet US 4 065 491 decrit un procédé qui comprend la condensation de la glycine, du formaldehyde et d'un phosphite de dialkyle dans une solution alcaline et aqueuse pour former un ester de dialkyle de la N-phosphonométhylglycine qui est ensuite hydrolysé par un acide minéral fort. Comme on l'a déià reconnu dans le brevet US 4 486 359, ce procédé comporte de sérieuses difficultés opératoires et produit de faibles rendements lorsqu'il est mis en oeuvre a l'échelle indus- trielle, parce que les phosphites de dialkyles se décomposent facilement dans l'eau. La réaction entre la glycine, le formaldehyde et un phos- phite mise en oeuvre dans un milieu acide conduit principalement à la formation de glyphosine. Pour éviter ces croblémes, on coere selon le brevet US 4 237 065 dans un milieu pratiquement annydre avec le méthanol comme solvant et une amine tertiaire (triëthylamine) pour maintenir un pH alcalin et on utilise Le ca3fraéhce oui est dépoly- mérisé "in situ" par L 'alcalinit de La triét'y amine elle-même. L'hydrolyse alcaline suseéauente, mise en oeuvre dans un exces de soude caustique, est ensuite necessa.re pour recerer le méthancL et la triéthy!amine oui sont réutilisés. Le brevet US 4 486 359 décrit et revendique un procédé comprenant la formation d'un dérivé diméthylol de la glycine par réaction de la glycine et du formaldehyde dans un milieu basique et au moins initialement. anhydre, la réaction de ce dérivé avec un phosphite de dialkyle pour former une nouvelle N-alkylphosphito- méthyl, N-hydroxyméthylglycine, la "transposition-hydrolyse" acide de cet intermédiaire à basse température et enfin son hydrolyse en glyphosate. Dans ce cas, afin de maintenir l'état sensiblement anhydre initial, la source de formaldehyde est à nouveau le para- formaldehyde qui est dépolymérisé in situ. Ce procédé nécessite une opération supplémentaire - la "transpositionhydrolyse" - qui doit être mise en oeuvre avec un acide fort. Comme le procédé du brevet US 4 237 065, il ne permet pas de choisir l'hydrolyse acide ou basique selon les circons- tances. Afin d'obtenir de bons résultats, il est donc nécessaire d'utiliser la triéthylamine et le procédé est donc particulièrement onéreux à la fois à cause de l'énergie nécessaire et de l'usine nécessaire pour la récupération de la triéthylamine et du méthanol à l'état absolument anhydre nécessaires pour le procédé proprement dit. On connaît également les efforts qui ont été faits pour introduire des procédes qui utilisent des matières premières moins dangereuses et qui sont donc eux-mêmes plus sûrs. L'US National Toxicology Program a récemment publié une étude toxicologique qui montre à partir d'expériences sur des rats que le phosohite de diméthyle a un effet carcinogéne important. On pense également que le formaldéhyde est un "carcino- gène suspect chez l'homme" et il doit donc être strictement contrâlé et l'exposition au formaldéhyde doit être évitée et réduite aux valeurs les plus basses technologiquement possibles; et, comme iL est bien connu des spéciaListes, comme il est beaucoup plus difficile techniquement d'exclure ou de minimaliser la conta- mination par un soLide que par un liquide dans le fonctionnement et l'entretien d'une usine et dans le stockage et les manipulations, on préfère utiliser Le formaldehyde en solution au lieu de l'obtenir par dépolymérisation du paraformaldéhyde. Le brevet US n 4 439 373, qui concerne la fabrication de Nphosphonométhylaminoacides, propose l'utilisation de phosphitesde di- et tri-alkyles, phényle et phényles substitués comme source de phosphore mais avec la réaction de l'aminoacide primaire après avoir protégé le groupe amino primaire par un groupe protecteur carboxylique qui est ensuite éliminé. Le phosphite de trialkyle est utilisé, cependant, dans un milieu rigoureusement anhydre. On a maintenant découvert qu'il est possible de mettre en oeuvre la condensation du formaldéhyde avec la glycine dans un milieu hydroalcoolique en présence d'une base constituée par un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux, en utilisant comme source de phosphore un phosphite de trialkyle qui est une source de phosphore particulièrement avantageuse. L'utilisation d'un phosphite de trialkyle comporte divers avantages: 1 it est meilleur marché que les phosDhites de dialkyles; 2 - il n'a pas les risques de toxicité des phosphites de dialkyles; 3 - il est bien stable à l'hydrolyse à la fois dans les milieux neutres et alcalins. Par suite de la stabilité des ohosohites de trialkyles à L'hydrolyse, on peut utiliser comme source de formaldehyde la solu- tion commerciale à 55 % de formaldehyde dans 35 % de méthanol et % d'eau, qui est très facile à mesurer et présente moins de risques dans le transport, la manipulation et l'utilisation. On peut utiliser la soude caustique du commerce à 98 % ou mieux encore la potasse caustique du commerce à 85 % pour contrôler le pH de La réaction et pour dissoudre la glycire. En particulier, ''utilisation de Dotasse caustique réduit considérablement la salinité des Liqueurs resicuaires et permet d'obtenir comme sous-oroduit un KCL de quaLite utilisé universel- Lement comme engrais. Le méthanoL est utiLisé comme solvant à cause de son bas prix, mais sa récupération est moins coûteuse du fait que des conditions anhydres ne sont pas nécessaires. Le "dérivé diméthyLoL" de la glycine ne se forme pas dans les conditions de réaction et en conséquence l'hydrolyse peut être mise en oeuvre, soit avec des acides, soit avec des bases. L'invention a donc pour objet un procédé pour la fabrica- tion de la N-phosphonométhylglycine par phosphonométhylation de la glycine dans une soLution hydro-alcooLique, caractérisé en ce qu'il comprend Les étapes suivantes: - réaction de la glycine avec une solution hydro-aLcoolique de formaldehyde en présence d'une base choisie parmi les hydroxydes de métaux alcalins et alcalino-terreux, - réaction de la solution ainsi obtenue avec un phosphite de tri- aLkyle et - hydrolyse dans un milieu aqueux et récupération de La N-phospho- nomethylgLycine par recristatlisation. La source de formaldéhyde utilisée est une solution du commerce à 55 % dans le méthanol aqueux. On peut faire varier le rapport molaire glycine/formaL- déhyde entre 1: 1 et 1: 2 selon qu'il est plus commode d'augmen- ter Le rendement par rapport à La glycine ou au phosphite de tri- alkyle. Avec un rapport molaire de 1: 1, La glycine peut être récupérée du milieu de réaction pour la réutiliser dans des opéra- tions subséquentes. On utilise de préférence comme hydroxyde l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium ou éventuellement l'hydroxyde de calcium en quantités produisant un pH compris entre 6,5 et 8,5. Le phosphite de trialkyLe est de préférence ajouté à chaud à la solution afin di'éviter des réactions secondaires. Lorsque La réaction avec le phosphite de trialkyle est terminée, l'hydrolyse subseéuente peut être mise en oeuvre par hydrolyse alcaline, hydrolyse acide ou dans un milieu aqueux sous pression. L'hydroLyse acide est mise en oeuvre par addition d'un acide minéral fort, de oréférence l'acide chlorhydrique, à des concentrations moyennes, mais de pas moins de 20 %, ce qui provoque la précipitation du chlorure du métal alcalin de l'hydroxyde utilisé. L'acide minéral est ensuite séparé par distillation et la N-phosphonométhylglycine est obtenue par recristallisation dans l'eau. L'hydrolyse peut aussi être mise en oeuvre par l'eau, éventuellement avec addition d'une faible quantité d'acide, de préférence un acide non volatil tel que l'acide sulfurique; dans ce cas, cependant, une température très supérieure à 100 C, par exemple 110-120 C, est souhaitable et il est donc nécessaire d'opérer sous pression. En utilisant l'acide chlorhydrique, cepen- dant, il est commode d'opérer au point d'ébullition du mélange azéotropique eau/acide (environ 115 C). L'hydrolyse alcaline nécessite l'addition d'un hydroxyde alcalin, suivie d'acidification par un acide minéral fort pour cristalliser la N-phosphonométhylglycine. L'hydrolyse basique est de préférence mise en oeuvre à une température comprise entre 70 et 80 C et à un pH compris entre 11 et 11,5, après quoi le solvant alcoolique est séparé par distil- lation à une température inférieure à 80 C. L'acidification car un acide minéral fort est ensuite mise en oeuvre à la température ambiante jusqu'à un pH compris entre 1,5 et 1,7. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toute- fois en limiter la portée. EXEMPLE 1 Dans un ballon de 2 l à plusieurs tubulures, muni d'un agitateur, d'un thermomètre, d'une ampoule à brome et d'un con- denseur à reflux, le tout protegé de l'humidité, on a ajouté goutte à goutte 1000 ml de méthanol à 40 g (1 mole) d'hydroxyde de sodium. On a agité Le mélange jusqu'à ce que l'hydroxyde soit dissous comol[tement; par suite de sa dissolution, la temoérature s'est élevée a 40 C. A cette température, on a ajouté 110 g (2 moles3 de formaldéhyde à 55 %. On a ajouté 75 g (1 mole) de glycine et on a chauffé le mélange à 60C pendant 15 min. Acrès dissolution de la glycine, on a ajouté goutte à goutte 124 g (1 mole) de phosphite de triméthyle pendant environ 60 min, en maintenant la température de reflux et, à la fin de l'addition, on a chauffé le mélange au reflux en agitant pendant 2,5 h. On a refroidi le mélange à la température ambiante et on y a versé 350 ml d'acide chlorhydrique à 36 %. On a maintenu le mélange à -15 C pendant 30 min, on a séparé par filtration le chlorure de sodium précipité, on a lavé le gâteau avec un peu de méthanol et on a récupéré 43 g de chlorure de sodium. On a décanté quantitativement le filtrat dans le ballon, on a disposé le condenseur dans la position de distillation, on a agité le filtrat et chassé le solvant par distillation jusqu'à ce que la température interne atteigne 110-113 C. Ces conditions ont été maintenues pendant 2,5 h. On a distillé le mélange sous vide jusqu'à ce que l'on obtienne un résidu viscueux. Celui-ci a été repris par 100 mL d'eau et distillé à nouveau sous vide presque à siccité. Cette opération a été répétée encore une fois pour permettre de séparer presque tout l'acide chlorhydrique. La masse a été reprise par 200 ml d'eau et on l'a laissée cristalliser pendant 18 h a 8-10 0C. Les cristaux ont été séparés par filtration et laves à l'eau. Le gâteau de gly- phosate séché pesait 83 g et avait un point de fusion de 238 C. EXEMPLE 2 On a utilisé le procédé de l'exemple 1 et, après avoir ajouté le phosphite de triméthyle et avoir chauffé la solution au reflux en agitant oendant 2,5 h, on a disposé le condenseur en position de distillation et on a introduit par l'ampoule à brome 260 g d'une solution à 30 % d'hydroxyde de sodium en 45 min. Le méthanol a été distillé simultanément jusau'à ce que la température interne atteigne 90-95 C. Le mélange a éte refroidi à 30-400C et cette tenoérature a été maintenue oendant qu'on acidifiait le mélange avec 350 m' d'acide chlorhydrique à 36 % Jusqu'à ce que le pH du mélange soit de 1,5. On a ajouté 20 mL de H202 à 36 % et on a fait bouillir le mélange pendant 30 min. On a laissé cristalliser Le mélange pendant 18 h à 8-10 C. Les cristaux ont été séparés par filtration et le gâteau de glyphosate a été lavé à l'eau. Le gâteau de glyphosate séché pesait 75 g et avait un point de fusion de 226-228 C. Bien que l'on ait utilisé seulement le phosphite de tri- méthyle dans les exemples décrits, on peut utiliser des phosphites d'alkyles en C1-C4. EXEMPLE 3 Dans un ballon de 3 I à plusieurs tubulures muni d'un agitateur, d'un thermomètre, d'une ampoule à brome et d'un conden- seur à reflux, on a introduit 1350 ml de méthanol et 76,5 g de KOH à 88 % (1,2 mole). Le mélange a été agité jusqu'à ce que les solides soient complètement dissous et ensuite on a ajouté 109 g d'une solution hydro-méthanolique de formaldéhyde à 55 % (2,0 moles) et 150 g de glycine (2,0 moles). Le mélange a été agité jusqu'à ce que l'on obtienne une solution, on a chauffé à la température de reflux et on a ajouté g de phosphite de triméthyle en environ 60 min et on a continué à chauffer au reflux pendant encore 3 h. Le mélange a été refroidi à la température ambiante et on a ajouté 120 g de HCl à 36 % et, après 30 min, on a filtré le mélange. Le précipité a été lavé au méthanol et séché. Il conte- nait 59 g de glycine ainsi que le KCl. On a ajouté au filtrat 25 g de H2So4 à 98 % et on a chassé le méthanol oar distillation jusqu'à ce que la température atteigne 90-95 C. Le résidu a éte pLacé dans un autoclave et chauffé sous pression à 1101150C cendant 4 h. L'analyse HPLC a montré que L'hydrolyse était terminée et la solution contenait 128 g de glyphosate. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication de La N-phosphonométhyl- glycine par phosphonométhylation de La gLycine dans une solution hydroalcoolique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: réaction de la glycine avec une solution hydro-alcoolique de formaldehyde en présence d'une base choisie parmi les hydroxydes de métaux alcalins et alcalino-terreux, - réaction de la solution ainsi obtenue avec un phosohite de tri- alkyle et - hydrolyse dans un milieu aqueux et récupération de la N- phosphonométhylglycine par recristallisation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrolyse est mise en oeuvre par l'addition d'un hydroxyde alcaLin suivie d'acidification par un acide minéral fort. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrolyse est mise en oeuvre par l'addition d'un acide minéral fort dans un milieu aqueux suivie de séparation de l'acide minéral par distillation et recristallisation ce la N-phosohono- méthylglycine dans l'eau. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrolyse est mise en oeuvre dans un milieu aqueux, éventuel- lement avec addition d'acide, à une température de plus de 110 C et sous pression. 5. Procéde selon l'une quelconaue des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le groupe alkyle dans le phosohite de tri- alkyle contient de 1 à 4 atomes de carbone. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que L'hydrcxyde est choisi parmi l'hydroxyde de sodium et l'hyaroxyde de Potassium. 7. Procéde selon l'une ouelcznaue des revendications 1 à 6, caractérisé en ce cue Le solvant alczolique est le méthanol.