Brevet FR2723946A1 — publié le 19960301

Procédé de fabrication d'un diester de l'acide 2,5-furane dicarboxylique L'invention concerne un procédé de fabrication d'un diester de l'acide 2,5 furane dicarboxylique de formule dans laquelle R est un alcoyle ayant jusqu'à trois atomes de carbone. Les diesters de l'acide 2,5-furane dicarboxylique sont des précurseurs de l'acide 2,5-furane dicarboxylique (désigné ci-après en abrégé par FDA) et constituent comme ce dernier des monomères de base entrant dans la fabrication de polymères tels que les polyamides, les polyesters, etc... et de produits à activité pharmaceutique : l'ester diéthylique du FDA est un anesthésique très puissant qui a une activité comparable à celle de la cocaïne. Les diesters du FDA ne font pas actuellement l'objet de fabrication industrielle en raison des défauts des voies connues de fabrication. Les procédés de fabrication les plus directes consistent, premièrement à transformer les hexoses et plus particulièrement le fructose en hydroxyméthylfurfural (HMF) par cyclodéshydratation en catalyse acide, puis à oxyder le HMF soit par un oxydant classique (acide nitrique), soit par un processus catalytique (par exemple platine déposé sur charbon en présence d'oxygène), et enfin à estérifier le FDA obtenu par un alcool choisi. Cette voie qui met en oeuvre trois étapes de synthèse est fortement pénalisée par les opérations de purification nécessaires aux changements de milieux réactionnels et par les rendements limités des transformations intermédiaires. Enfin, deux documents antérieurs décrivent l'obtention de diester de FDA par cyclodéshydratation en milieu sulfurique concentré des esters d'acide aa'-dicétoadipique et d'acide a,a' déhydroxymuconique. - R. Kuhn et K. Dury brevet du E.U.A. 267 3860 - Fieser and Fieser, "Organic Chemistry", pp. 54 à 56 (1944). Ces voies supposent bien sûr la disponibilité des esters de départ qui ne sont pas des substrats disponibles industriellement, mais sont obtenus en plusieurs étapes à partir d'acide pyruvique (R. Kuhn et K. Dury, Ann. 564, 32-35 (1949). Le procédé suivant l'invention consiste successivement à porter un mélange d'acide mucique de formule d'alcool de formule ROH et d'acide minéral, le rapport molaire de l'acide mucique à l'acide minéral étant compris entre 0,04 et 1 et celui de l'acide mucique à l'alcool entre 0,0133 et 0,5, au point d'ébullition de l'alcool pendant un temps suffisant pour obtenir un milieu réactionnel, à éliminer du milieu réactionnel l'alcool qui n'a pas réagi, à ajouter au milieu réactionnel de l'acide minéral jusqu'à atteindre un rapport molaire de l'acide mucique à l'acide minéral de 40 à 100, à agiter le mélange réactionnel entre 10 et 500C pendant une durée suffisante pour qu'il se forme le diester de l'acide 2,5-furane dicarboxylique et à séparer ce dernier du milieu réactionnel. Dans le procédé suivant l'invention, le substrat de départ est un dérivé industriel des pectines : l'acide mucique ou galactarique conduisant en une seule étape au diester de FDA. L'acide mucique est transformé en ester de FDA par chauffage dans un mélange alcool-acide minéral concentre, évaporation de l'alcool et de l'eau formée, puis maintien sous agitation à faible température après réajustement de la quantité d'acide minéral concentré. Si l'on introduisait la totalité des réactifs, alcool et acide minéral concentré, au début de la réaction, on n'obtiendrait pas le diester du FDA. Le premier stade du procédé consiste à introduire l'acide mucique, un acide minéral et l'alcool dans un réacteur muni d'un condensateur externe sous agitation. Le rapport molaire de l'acide mucique à l'acide minéral est compris entre 0,04 et 1 et le rapport molaire de l'acide mucique à l'alcool est compris entre 0,0133 et 0,5. Comme alcool minéral, on peut citer notamment l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide bromhydrique, l'acide nitrique et l'acide sulfurique avec une préférence pour ce dernier. On peut utiliser notamment de l'acide sulfurique à 95 %, de l'acide bromhydrique à 65 W ou de l'acide chlorhydrique 5N. On porte en général le mélange jusqu'au point d'ébullition de l'alcool pendant une durée comprise entre une et quatre heures. Le deuxième stade du procédé suivant l'invention consiste à concentrer la solution afin d'en éliminer l'alcool qui n'a pas réagi. On effectue cette concentration en éliminant l'alcool par distillation. Le troisième stade du procédé suivant l'invention consiste à ajouter au milieu réactionnel de l'acide minéral concentré de façon à atteindre un rapport molaire de 40 à 100 de l'acide mucique à l'acide minéral. Le stade suivant du procédé consiste à agiter le mélange réactionnel entre 10 et 500C pendant en général une durée d'une à quatre heures. On peut séparer le diester de l'acide 2,5-furane dicarboxylique qui s'est formé en ajoutant de l'eau déminéralisée en proportions de trois volumes pour un volume de milieu réactionnel dans le réacteur et en maintenant à une température comprise entre 0 et 50C pendant une durée de huit à quinze heures. Le diester de l'acide 2,5furane dicarboxylique précipite et est alors isolé par simple filtration. On peut le recristalliser dans l'éther éthylique. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, l'acide minéral retenu est l'acide sulfurique qui est le moins cher et l'alcool choisi est l'éthanol ou le méthanol. Avant élimination de la totalité de l'alcool, l'acide mucique n'ayant pas réagi peut être séparé du milieu réactionnel par filtration et recyclé. Le procédé de l'invention et ses performances sont illustrés par les exemples de mise en oeuvre qui suivent. EXEMPLE 1 : On introduit 0,0238 mole d'acide mucique, 30 ml d'acide sulfurique 95 k et 100 ml d'éthanol absolu dans un réacteur de 250 ml équipé d'un agitateur mécanique et d'un condenseur externe. La température dans le réacteur est maintenue à 800c pendant 3 heures. Un volume de 43 ml de mélange eau éthanol est recueilli au condenseur externe. Le milieu réactionnel est concentré jusqu'à élimination totale de l'éthanol et ensuite 100 ml d'acide sulfurique sont ajoutés à la température de 200C. L'agitation est maintenue pendant 3 heures. On ajoute 150 ml d'eau déminéralisée à la fin de la réaction, l'ensemble est refroidi à 2"C pendant 12 heures. Le milieu est ensuite filtré. On recueille des cristaux blanchâtres. Ces cristaux sont dissous dans 100 ml d'éther éthylique. La solution est filtrée, l'éther évaporé, on recueille 4,5 g de cristaux blancs d'ester éthylique de FDA. Le rendement en ester de FDA est de 90 W par rapport à l'acide mucique introduit et de 97 W par rapport à l'acide mucique consommé. EXEMPLE 2 : Le protocole et le réacteur sont identiques à ceux de l'exemple 1. L'acide sulfurique est remplacé par l'acide bromhydrique à 65 , 2 g d'ester de FDA sont recueillis correspondant à un rendement de 40 k par rapport à l'acide mucique initial et 90 % par rapport à l'acide mucique consommé. EXEMPLE 3 ; Le protocole et le réacteur sont identiques à ceux de l'exemple 1. L'acide sulfurique est remplacé par l'acide chlorhydrique 5N. 3,8 g d'ester de FDA sont recueillis correspondant à un rendement de 76 W par rapport à l'acide mucique initial et 90 % par rapport à l'acide mucique consommé. EXEMPLES 4 à 6 Le protocole et le réacteur sont identiques à ceux de l'exemple 1. Un volume de 75 ml de méthanol est introduit à la place de l'éthanol absolu. Les rendements obtenus avec les différents acides sont assemblés dans le tableau suivant Masse de Rendement par Rendement par Nature de l'acide cristaux rapport à l'a- rapport à l'a recueillis cide mucique cide mucique introduit consommé H2SO4 95 W 3,9 g 90 W 97 W HBr 65 W 1,75 g 40 k 89 k HCl 5N 3,3 g 76 k 98 W EXEMPLE 7 : Le protocole et le réacteur sont identiques à ceux de l'exemple 1. L'éthanol est remplacé par 100 ml de propanol, 2,2 g d'ester de FDA sont recueillis correspondant à un rendement de 55 W par rapport à l'acide mucique initial. EXEMPLE 8 : Hydrolyse de l'ester du FDA On introduit 0,047 mole d'ester diéthylique du FDA, 50 ml d'HCl 37 , et 100 ml d'eau dans un réacteur porté à reflux (1000C) pendant 3 heures. On filtre à froid et on recueille après filtration 0,046 mole (7,18 g) de FDA pur, correspondant à un rendement de 98 W. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un diester de l'acide 2,5-furane dicarboxylique de formule dans laquelle R est alcoyle ayant jusqu'à trois atomes de carbone, caractérisé en ce qu'il consiste successivement à porter un mélange d'acide mucique de formule d'alcool de formule ROH et d'acide minéral, le rapport molaire de l'acide mucique à l'acide minéral étant compris entre 0,04 et 1 et celui de l'acide mucique à l'alcool entre 0,0133 et 0,5, au point d'ébullition de l'alcool pendant un temps suffisant pour obtenir un milieu réactionnel, à éliminer du milieu réactionnel l'alcool qui n'a pas réagi, à ajouter au milieu réactionnel de l'acide minéral jusqu'à atteindre un rapport molaire de l'acide mucique à l'acide minéral de 40 à 100, à agiter le mélange réactionnel entre 10 et 500C pendant une durée suffisante pour qu'il se forme le diester de l'acide 2,5-furane dicarboxylique et à séparer ce dernier du milieu réactionnel. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à porter le mélange d'acide mucique d'alcool et d'acide minéral au point d'ébullition de l'alcool pendant une durée comprise entre une et quatre heures. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acide minéral est l'acide sulfurique, l'acide bromhydrique, l'acide chlorhydrique ou l'acide nitrique. 4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à agiter le mélange réactionnel entre 10 et 500C pendant une durée d'une à quatre heures. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à séparer l'acide mucique qui n'a pas réagi par filtration et à le recycler.