Brevet FR2665166A1 — publié le 19920131

L'invention concerne la préparation de polysuccinimide à partir d'acide aspartique, le polysuccinimide étant obtenu, selon l'invention, avec un poids moléculaire avantageusement élevé. 5 Un polysuccinimide peut être obtenu par polycondensation cyclisante d'acide aspartique, conformément à l'équation réactionnelle suivante It c H 2 C OH n H 2 N-C OH OH ( - O H 2 C -CH / t.;n II + 2 n H 20 D'après un procédé décrit par P Neri et ses collaborateurs dans J Med Chem 16, 893 ( 1973), la polycondensation d'acide aspartique est conduite en présence d'acide phosphorique à 85 %, par chauffage prolongé à 180 'C sous pression réduite Dans ces conditions, la masse d'abord pâteuse durcit en morceaux compacts ou, dans le cas o la polycondensation est conduite dans le procédé par rotation, en couches minces, solides et cohérentes Par traitement ultérieur a- ln des masses de polycondensation solides cohérentes, on obtient des polysuccinimides ayant des poids moléculaires (en g/mole) d'environ 100 000 10 000. Il est décrit dans le brevet DD 262 665, un procédé de préparation de polyaspartamide, autre nom systématique pour le polysuccinimide, qui peut être aussi appelé acide polyanhydroaspartique Dans ce cas, de l'acide aspartique est précondensé, en une première étape en présence d'acide polyphosphorique et sous pression réduite, puis, dans une seconde étape, le polycondensat débarrassé de l'acide polyphosphorique et ayant une masse molaire (poids moléculaire) de l'ordre de 2600 à 3900, est de nouveau condensé en phase solide à 180 'C et sous vide En fonction du temps de post- condensation 4 à 12 h il a été obtenu des polyaspartamides (polysuccinimides) ayant des masses molaires entre 5100 et 12 200. Les synthèses de polymères par des réactions de polycondensation sont toujours des réactions d'équilibre et elles s'arrêtent pratiquement à des degrés de polymérisation de 1000, par la forte baisse constante de la vitesse de réaction (Ullmann's Encyklopâdie der technischen Chemie, 4 ème édition, volume 15, pages 192- ) Comme on l'a indiqué précédemment, de tels résultats sont atteints dans les travaux de Neri. L'intérêt du polysuccinimide réside avant tout dans le fait qu'il peut être transformé à dessein en polymères de valeur par des réactions analogues à des polymérisations. C'est ainsi que l' c, -poly-( 2-hydroxyéthyl)-DL- aspartamide décrit dans la publication de Neri peut être utilisé comme expanseur de plasma ou que les dérivés d'acide polyaspartique qui peuvent être obtenus avec des amines H-N selon la demande de brevet allemande P 39 21 912 7 peuvent être utilisés dans des préparations pharmaceutiques ou alimentaires, ces l polymères devant être filmogènes. Dans la formation de dérivés du polysuccinimide, par exemple dans la formation de polyaspartamides, c'est-&- dire dans la mise en réaction du polysuccinimide par exemple avec des amines, il se produit une coupure de la chaîne, ce qui fait que les nouveaux polymères ont des degrés de polymérisation inférieurs à celui du polysuccinimide mis en réaction Or, pour avoir de bonnes propriétés filmogènes, les polymères doivent avoir des poids moléculaires relativement élevés Les polyaspartamides filmogènes ont des poids moléculaires de 20 000 à 30 000 au minimum Il est d'autant plus facile d'obtenir des polymères utilisables, par la formation de dérivés, que le poids moléculaire initial du polysuccinimide est plus élevé Le but de l'invention était donc de trouver des conditions pour la polycondensation de l'acide aspartique en un polysuccinimide ayant un poids moléculaire nettement plus élevé que celui, d'environ 100 000 10 000, qui pouvait être obtenu par les méthodes connues. Il a été découvert qu'un polysuccinimide ayant un poids moléculaire nettement plus élevé, c'est-à-dire d'environ 2 x 100 000, est obtenu lorsque la polycondensation de l'acide aspartique est conduite en deux étapes ou plus, en présence d'acide phosphorique ou, de façon avantageuse, en présence de son anhydride PROS ou d'acide polyphosphorique et dans les conditions de température et de pression par ailleurs connues, en appliquant comme nouvelle mesure essentielle, avant la post-condensation dans la deuxième étape, la fragmentation mécanique du mélange de polysuccinimide et d'acide phosphorique ou d'acide polyphosphorique qui se présente sous forme compacte. L'invention concerne donc un procédé de préparation de polysuccinimides ayant des poids moléculaires dans la gamme de 100 000 à environ 200 000, par polycondensation d'acide aspartique en présence d'agents de condensation & des températures supérieures à 100 'C et sous des pressions inférieures à i bar en au moins deux étapes, procédé qui est caractérisé en ce que 1 le mélange d'acide aspartique et d'acide phosphorique ou de P 2 Or ou d'acide polyphosphorique est polycondensé dans une première étape à des températures de 100 à 250 'C et sous des pressions inférieures à 1 bar, pour donner un mélange compact qui contient le polysuccinimide ayant un poids moléculaire d'environ 10 000 à environ 100 000, après quoi 2 ce mélange réactionnel dur et compact est fragmenté mécaniquement, puis le mélange fragmenté est post- condensé dans une deuxième etape dans les conditions de Température et de pression de la première étape. Le mélange fragmenté a une consistance allant du pulvérulent au granulaire fin, c'est-a-dire jusqu'à des grosseurs de grain d'environ 2 mm La pression réduite pendant les étapes de condensation se situe essentiellement au-dessous de 0,1 bar, de préférence au- dessous de 0,01 bar Le traitement ultérieur des mélanges réactionnels pour obtenir les polysuccinimides de poids moléculaire élevé est exécuté suivant des méthodes connues, telles par exemple que décrites dans la publication de Neri. Par le procédé selon l'invention, on peut obtenir un polysuccinimide ayant un poids moléculaire > 200 000, directement à partir d'acide aspartique Des polysuccinimides ayant des poids moléculaires de cet ordre de grandeur ne pouvaient être obtenus par Neri qu'après la mise en réaction chimique de polysuccinimides de poids moléculaire d'environ 100 000 avec du dicyclohexylcarbodiimide. Comme substance de départ, on peut utiliser l'acide aspartique sous forme d'acide D-, L ou D,L aspartique. Celui-ci est mélangé avec l'agent de condensation acide phosphorique, son anhydride Pa Zo ou l'acide polyphosphorique, les rapports pondéraux de l'acide aspartique à l'agent de condensation étant de 1:0,1 à 1:2, et notamment de 1:0,3 à 1:1 L'acide phosphorique est utilisé le plus souvent sous forme d'acide à 85 %, ce qui permet avantageusement de préparer un mélange pâteux intime d'acide aspartique et d'acide phosphorique. La première étape de la formation de polysuccinimide est conduite par chauffage des mélanges d'acide aspartique et d'agent de condensation à des températures de 100 à 250 'C, de préférence à des températures de 150 à 220 'C et notamment à des températures de 170 à 220 'C, sous pression réduite, ce qui fait que l'eau de la réaction est éliminée de la réaction de polycondensation et que, par suite, la réaction inverse donnant le monomére est rendue aussi faible que possible La polycondensation est menée sous des pressions inférieures à 1 bar, le plus souvent inférieures à 0,1 bar et en particulier inférieures à 0,01 bar, avantageusement par exemple dans le vide de la pompe à huile, c'est-à-dire sous des pressions inférieures à 0,001 bar. Avec cette manière de procéder, qui correspond à l'état de la technique, on obtient des morceaux compacts assez gros ou, dans des réacteurs rotatifs, des couches de mélanges réactionnels adhérant à la paroi du réacteur Le traitement ultérieur de tels mélanges réactionnels, l'isolement des polysuccinimides qui y sont contenus et leur examen viscosimétrique dans le DMF servant de solvant, conformément aux indications de Neri et ses collaborateurs à la page 894, donnent alors, d'après la relation viscosité/poids moléculaire mentionnée par Neri, des poids moléculaires d'environ 000. Pour la préparation de la post-condensation dans la deuxième étape et éventuellement dans les autres étapes, il faut que les mélanges réactionnels compacts et durs soient fragmentés, un produit de fragmentation aussi finement divisé que possible, c'est-à-dire présentant une consistance qui va du pulvérulent à une grosseur de grain d'environ 2 mm au maximum, devant être obtenu La fragmentation est réalisée par pilage, friction et broyage, c'est-à-dire par des méthodes mécaniques qui sont appliquées avantageusement avec des appareils connus dans la technique. Le mélange finement divisé ainsi préparé, qui contient un polysuccinimide ayant un poids moléculaire dans la gamme d'environ 20 000 à 100 000 et l'agent de condensation, est ensuite soumis de nouveau aux conditions de température et de pression connues d'après la première étape Les durées de polycondensation se situent, aussi bien dans la première que dans la deuxième étapes, dans une gamme de 1 à 10 h, de préférence de 1 à 4 h. Le traitement ultérieur du mélange de polycondensation pour l'isolement du polysuccinimide est effectué suivant des méthodes connues, nota nt par lavage à l'eau Jusqu'à la perte de toute acidité ou par dissolution dans un solvant, comme par exemple le diméthylformamide, précipitation du polymère avec de l'eau et lavage Jusqu'à la perte de toute acidité On obtient ainsi des polysuccinimides qui présentent des poids moléculaires nettement supérieurs à 100 000 Jusqu'à 200 000 environ. Des essais comparatifs, tels que décrits dans la partie expérimentale suivante, montrent que par les mesures de post- condensation analogues à celles qui sont indiquées dans le brevet DD 262 665, les poids moléculaires ne peuvent être élevés que dans une mesure relativement faible en fonction du temps. Exemples 1 Préparation de polysuccinimide selon P Neri et ses collaborateurs g ( 0,38 mole) d'acide L-aspartique sont mélangés à g ( 0,22 mole) d'acide phosphorique à 85 % et places dans le ballon rotatif ( 1 1) d'un évaporateur rotatif On met sous vide (p ballon rotatif dans un bain d'huile préchauffé à 200 'C. On condense pendant 4 h à cette température et à une vitesse de rotation de 180 tr/mn Après quoi on laisse refroidir, on prélève 25 g de mélange réactionnel et on les lave à l'eau froide jusqu'à la perte de toute acidité On les sèche à 70-80 'C/1 mbar pendant 8 h La détermination du poids moléculaire (par viscosimétrie dans le DIF selon Neri et ses collaborateurs) du polysuccinimide jaune clair ainsi obtenu donne 80 000 g/mole 25 autres grammes du mélange réactionnel sont gardés prêts pour la post-condensation. 2 Post-condensation de polysuccinimide Exemple 1 25 g du produit brut contenant de l'acide phosphorique obtenu en 1 sont fragmentés et post- condensés à 200 'C et sous 1 mbar pendant 4 h à l'étuve. Au bout de chaque heure, un échantillon est prélevé, lavé jusqu'à la perte de toute acidité comme en 1, séché et utilisé pour la détermination de la masse molaire On obtient les masses molaires suivantes (déterminées par viscosimétrie dans du DMF) Temps de réaction Poids moléculaire (g/mole) 1 h 129 000 2 h 125 000 3 h 124 000 4 h 124 000 Exemple comparatif 1 Postcondensation selon le brevet DD 262 665 g de polysuccinimide exempt d'acide obtenu en 1 (Neri et al) sont réduits en poudre et post- condensés à 200 'C et sous 1 mbar pendant 4 h à l'étuve Au bout de chaque heure, un échantillon est prélevé et utilisé pour la détermination de la masse molaire On obtient les masses molaires suivantes (par viscosimétrie dans du DMF): Temps de réaction Poids moléculaire (g/mole) 1 h 91 000 2 h 91 000 3 h 99 000 4 h 97 000 Exemple 2 De l'acide L-aspartique est polycondensé en polysuccinimide comme en 1 selon Neri et ses collaborateurs, mais la réaction est interrompue au bout d'une demi-heure à 180 'C Le produit brut est encore fluide à chaud et facile & retirer du réacteur TJ Un échantillon de ce polysuccinimide lavé jusqu'à la perte de toute acidité a un poids moléculaire, déterminé par viscosimétrie, de 12 000 g/mole 25 g de produit brut sont fragmentés et post-condensés pendant 4 h à 170- 180 'C/1 mbar à l'étuve On laisse refroidir, on lave à l'eau froide jusqu'à la perte de toute acidité, on sèche et on détermine le poids moléculaire par viscosimétrie: x = 111 000 g/mole. Exemple 3 La post-condensation est effectuée comme dans l'exemple 1, mais le produit est retiré de l'étuve au bout de 1 h à 200 C/1 mbar (X = 130 000), pulvérisé dans un broyeur centrifugeur et condensé de nouveau pendant 3 h à 180 C/1 mbar Après lavage & l'eau et séchage, le polysuccinimide a une masse molaire, déterminée par viscosimétrie, de 210 000 g/mole. 1 o REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de polysuccinimides ayant des poids moléculaires dans la gamme de 100 000 à environ 200 000, par polycondensation d'acide aspartique en présence d'agents de condensation à des températures supérieures à 100 'C et sous des pressions inférieures a 1 bar en au moins deux étapes, caractérisé en ce que 1 le mélange d'acide aspartique et d'acide phosphorique ou de P 205 ou d'acide polyphosphorique est polycondensé dans une première étape à des températures de 100 & 250 'C et sous des pressions inférieures & 1 bar, pour donner un mélange compact qui contient le polysuccinimide ayant un poids moléculaire d'environ 10 000 à environ 100 000, après quoi 2 ce mélange réactionnel dur et compact est fragmenté mécaniquement, puis le mélange fragmenté est post- condensé dans une deuxième étape dans les conditions de température et de pression de la première étape. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange fragmenté est un produit de fragmentation de la première étape de condensation qui est finement divisé, c'est-à-dire qu'il présente une consistance allant du pulvérulent à une grosseur de grain d'environ 2 mm au maximum. 3. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que les rapports en poids de l'acide aspartique à l'agent de condensation se situent dans la gamme de 1:0,1 à 1:2 et les condensations dans les étapes successives sont conduites dans la gamme de température de 100 à 250 'C, en particulier à des températures de 150 & 220 'C, et sous des pressions inférieures à 0,1 bar, en particulier inférieures à 0,01 bar.