Brevet FR2725982A1 — publié le 19960426

PROCEDE DE PREPARATION D'ISOVANILLINE La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation d'isovanilline. L'isovanilline ou 3-hydroxy 4-méthoxybenzaldéhyde est un intermédiaire de synthèse utilisé notamment dans le domaine pharmaceutique, cosmétique, agrochimique et alimentaire. Plusieurs voies d'accès sont décrites dans l'état de la technique et l'on peut mentionner en particulier les procédés qui consistent à partir de I'héliotropine (ou 3,4-(méthylènedioxy)benzaldéhyde) et à la faire réagir avec le méthylate de sodium, en présence de chlorure cuivreux, dans un solvant organique, à savoir le diméthylformamide [Baratov et ai, Zh. Org. Khim., 27, (7), 1578 (1991)]. Les inconvénients majeurs de ce procédé sont le coût du substrat de départ utilisé ainsi que ceux liés à la mise en oeuvre d'un solvant organique qu'il faut récupérer afin de le recycler. L'isovanilline peut être également préparée à partir du vératraldéhyde (ou 3,4-diméthoxybenzaldéhyde) en effectuant une déméthylation sélective à l'aide de méthionine dans l'acide méthanesulfonique [Fujii et ai, J. Chem. Soc. Perkin. Trans 1, 20, 2288 (1977)]. Le procédé est long, I'acide méthanesulfonique coûteux et la sélectivité en isovanilline pas très bonne. Il est également décrit par Kessar et al [J. Chem. Soc. Chem. Commun. 7, 400 (1983)], un procédé d'obtention d'isovanilline par O-méthylation sélective de l'aldéhyde protocatéchique (ou 3,4-dihydroxybenzaldéhyde) par l'iodure de méthyle, en présence d'hydrure de sodium et dans le diméthysutfoxyde. Le rendement en isovanilline obtenu n'est que de 65 %. Cette voie de synthèse souffre également d'une absence de compétitivité d'un point de vue économique car la matière première de départ n'est pas un produit industriel et la présence du solvant organique accroît le coût de production. Un autre procédé également coûteux décrit par Scarpati et ai, [Synth. Com.20, (17), 2565 (1990)] réside dans la formylation du galacol protégé sous la forme d'acétate, par le dichlorométhoxyméthane, en présence de tétrachlorure de titane, dans le dichlorométhane ce qui conduit au 3-acétoxy 4- méthoxybenzaldéhyde qui est ensuite hydrolysé à l'aide de soude. Outre le nombre d'étapes élevé, ce procédé fait appel au dichlorométhoxyméthane qui est un produit cher et toxique et fait intervenir également un solvant organique. Tous ces procédés ne donnent pas satisfaction car ils sont difficilement transposables à l'échelle industrielle, soit en raison de mauvais rendements réactionnels, soit pour des raisons économiques. L'objet de la présente invention est de fournir un procédé permettant d'obvier aux inconvénients précités. La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'isovanilline caractérisé par le fait qu'il consiste: - dans une première étape, à effectuer la O-méthylation d'un 3-alkoxy 4- hydroxybenzaldéhyde présentant un groupe alkoxy ayant au moins deux atomes de carbone, - dans une deuxième étape, à effectuer la désalkylation sélective en position 3, du 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde, avec de l'acide sulfurique permettant ainsi d'obtenir l'isovanilline. Conformément au procédé de l'invention, on part de 3-alkoxy 4- hydroxybenzaldéhyde répondant plus particulièrement à la formule (I) suivante: OH RO CHO (I) dans ladite formule (I), R représente un radical alkyle ou cycloalkyle ayant au moins 2 atomes de carbone, L'invention fait intervenir préférentiellement un 3-alkoxy 4-hydroxy- benzaldéhyde de formule (I) dans lequel le radical R est un radical alkyle ou cycloalkyle dont le nombre d'atomes de carbone peut varier entre 2 et 8 atomes de carbone. Si d'un point de vue chimique, la nature du radical choisi importe peu dans la mesure o il comprend au moins deux atomes de carbone, il est à noter que d'un point de vue économique, il est préférable de choisir le radical R parmi les radicaux éthyle, propyle, isopropyle, n-butyle, isobutyle, sec-butyle, tert-butyle. Parmi les substrats de formule (I), on met en oeuvre tout particulièrement, le 3-éthoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, le 3-propoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, le 3- isopropoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, le 3-butoxy 4-hydroxybenzaldéhyde. Dans le cas o l'on fait appel au 3-éthoxy 4-hydroxybenzaldéhyde qui est un produit commercialement disponible sur le marché, le procédé de l'invention est très compétitif vis-à-vis des procédés décrits. Selon l'invention, la première étape du procédé de l'invention consiste à effectuer la O-méthylation du 3-alkoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, en le faisant réagir avec un agent de méthylation. On peut faire appel à différents types d'agents alkylants et l'on peut citer plus particulièrement, les halogénures de méthyle, de préférence le chlorure de méthyle, le bromure de méthyle, le diméthylsulfate, le p-toluènesuifonate de méthyle, le méthanesulfonate de méthyle. Parmi les agents alkylants précités, le chlorure de méthyle et le diméthylsulfate sont préférés. Généralement, la réaction de O-méthylation est avantageusement conduite à un pH compris entre 8 et 10 et de préférence, supérieur à 9. L'obtention du pH précité peut être si nécessaire assurée par addition d'une base, de préférence, une solution aqueuse d'un hydroxyde de métal alcalin ou de carbonate ou d'hydrogénocarbonate de métal alcalin. Tous les hydroxyde, carbonate ou hydrogénocarbonate de métaux alcalins peuvent être utilisés. La concentration de la solution de l'agent basique est choisie avantageusement élevée, de préférence entre 30 et 60 % en poids. Cependant pour des considérations économiques, la soude est préférée et l'on fait appel plus préférentiellement aux solutions commerciales de soude dont la concentration est de 30 %. Il n'y a aucun inconvénient à utiliser une base organique mais d'un point de vue économique, la soude est choisie préférentiellement. Pour ce qui est de la quantité des réactifs à mettre en oeuvre dans la première étape du procédé de l'invention, on définit ci-après les quantités préférées. La concentration du substrat de départ, à savoir le 3-alkoxy 4-hydroxy benzaldéhyde dans le milieu réactionnel est avantageusement comprise entre 10 et 25 %. La quantité d'agent d'alkylation engagee est fonction de la quantité de substrat à alkoxyler. Elle est de préférence au moins égale à la quantité stoechiométrique jusqu'à un excès pouvant atteindre 100 %. En d'autres termes, le rapport molaire agent d'alkylation/3-alkoxy 4hydroxy benzaldéhyde varie entre 1,0 à 2,0 et, de préférence, entre 1,1 et 1,5. En ce qui concerne les conditions réactionnelles, il est préférable de conduire le procédé de l'invention sous une atmosphère de gaz inerte. On peut établir une atmosphère de gaz rares, de préférence l'argon mais il est plus économique de faire appel à l'azote. Une fois l'atmosphère de gaz inerte établie, on amène le mélange réactionnel à la température choisie. La température de la réaction de O-méthylation n'est pas critique; elle a une influence sur la cinétique de la réaction. Généralement, on réalise la réaction de O-méthylation entre 60 C et 100 C. De préférence, on opère à une température entre 80 C et 95 C. La durée de la réaction de O-méthylation est fonction notamment de la température réactionnelle. Elle varie le plus souvent entre 1 heure et 8 heures. Généralement, une durée de 1 à 4 heures est suffisante. Selon un mode de réalisation pratique de l'invention, on peut introduire d'abord le 3-alkoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, la solution basique, amener le mélange à la température réactionnelle, puis ajouter l'agent d'alkylation et éventuellement la base si celle-ci est nécessaire pour ajuster le pH dans la zone précitée. En fin de réaction, après refroidissement, on récupère une phase organique comprenant le 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde qui est ensuite séparé, selon les techniques classiques de séparation. On peut en particulier le séparer par extraction dans un solvant approprié, insoluble dans l'eau et l'on peut citer notamment les éthersoxydes, de préférence, l'éther éthylique ou isopropylique; les hydrocarbures chlorés, de préférence, le chloroforme, le dichloroéthane; les cétones insolubles dans l'eau, de préférence, la méthylisobutylcétone. Le 3-alkoxy 4-méthoxybenzatdéhyde obtenu peut être éventuellement purifié d'une manière classique, par distillation ou par cristallisation. Conformément au procédé de l'invention, on fait réagir dans une deuxième étape, le 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde avec de l'acide sulfurique. La concentration de l'acide sulfurique de départ peut varier avantageusement entre 80 et 100 % en poids, de préférence entre 90 et 99 % en poids. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, on fait appel à une solution d'acide sulfurique, la plus concentrée possible: la concentration se situant entre 95 et 99 % en poids. Le rapport entre le nombre de moles d'acide sulfurique mises en oeuvre et le nombre de moles de 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde, peut varier largement, par exemple entre 2 et 80. Il est préférable que ledit rapport molaire se situe entre 3 et 15 et encore plus préférentiellement entre 4 et 10. La température à laquelle est conduit le procédé de l'invention peut varier, par exemple entre 0 C et 100 C. D'un point de vue économique, il y a intérêt à ne pas chauffer le milieu réactionnel. Toutefois, un chauffage peut s'avérer nécessaire dans certains cas. On a trouvé que la température réactionnelle peut être choisie d'autant plus basse que le groupe alkyle R à libérer est gros et ramifié. La température réactionnelle adéquate à mettre en oeuvre est aisément déterminable par l'Homme du Métier par la réalisation de simples opérations d'exécution. Ainsi, on précisera uniquement à titre illustratif que lorsque le groupe R est un groupe alkyle linéaire tel que par exemple, éthyle, propyle, n-butyle, la température de la réaction est choisie avantageusement entre 60 C et 80 C. Dans le cas o R est un groupe isopropyle, la température de la réaction est comprise préférentiellement entre 0 C et 30 C. D'un point de vue pratique, le procédé de l'invention est facile à mettre en oeuvre car il ne nécessite pas d'avoir recours à un appareillage spécifique. Pratiquement, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre de la manière décrite ci-après. On charge les différents constituants du mélange réactionnel dans l'appareillage choisi. D'une manière préférée, on introduit l'acide sulfurique dans le 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde mais il est également possible d'effectuer l'opération inverse. Ainsi, on peut introduire le 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde fondu dans l'acide sufurique ou ajouter le substrat en suspension dans l'acide sulfurique. Il est préférable de conduire le procédé de l'invention sous une atmosphère de gaz secs. On peut établir une atmosphère de gaz rares, de préférence l'argon mais l'on préfère l'azote. Une fois l'atmosphère de gaz sec établie, on amène le mélange réactionnel à la température choisie, éventuellement par chauffage. La durée de la réaction peut varier largement. Elle est dépendante de la nature du 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde, de la concentration en acide sulfurique et de la température. Dans les conditions préférées de l'invention qui sont le recours à un acide sulfurique concentré, la durée de la réaction varie par exemple de 30 minutes à 6 heures, selon la température à laquelle on opère. En fin de réaction, la masse réactionnelle est vert foncé et l'on ramène la température à la température ambiante. Par température ambiante, on entend généralement une température comprise entre 18 C et 25 C. Dans certains cas, il se peut que l'on soit obligé de refroidir à une température comprise entre 1 0 C et 15 C. On donne ci-après un mode d'exécution permettant de séparer le produit recherché à partir de la masse réactionnelle. Généralement, en raison de la présence d'acide sulfurique concentré, on dilue la masse réactionnelle avec de l'eau ou de la glace de telle sorte que la concentration en acide sulfurique soit de 20 à 30 % en poids. On extrait l'isovanilline formée par un solvant organique insoluble dans l'eau. Les solvants cités précédemment conviennent mais l'on choisit préférentiellement la méthylisobutylcétone. Les phases organique et aqueuse sont séparées. La phase aqueuse contient l'acide sulfurique qui peut être régénéré et recyclé. La phase organique est lavée à l'eau puis l'on ajoute un agent basique de telle sorte que le pH soit compris entre 6,5 et 7,0. On fait appel de préférence à une solution aqueuse de soude. On évapore le solvant organique. L'isovanilline précipite. On la sépare selon les techniques classiques de séparation solide/liquide, de préférence par filtration. Le solide obtenu peut être purifié, notamment par cristallisation. Le procédé de l'invention permet d'obtenir sélectivement l'isovanilline. Les exemples qui suivent, illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMELES Dans les exemples, les abréviations ont la signification suivante: - EVA = éthylvanilline = éthoxy-3 hydroxy-4 benzaldéhyde, - EMBA = 3-éthoxy 4-méthoxyoenzaldéhyde. Exemple 1 Méthylation de l'éthylvanilline par le diméthylsulfate Dans un ballon tricot de 2 000 ml, chauffé par chauffe-ballon électrique, agité mécaniquement, équipé de deux ampoules de coulée, d'un réfrigérant, de dispositifs de mesure de température et de pH, d'une arrivée d'azote, on charge 332,4 g d'éthylvanilline, après avoir établi une atmosphère d'azote. On ajoute 0,5 litre d'eau et l'on chauffe à 90 C. On ajoute 360 g d'une solution aqueuse de soude à 30,5 % (pH = 9), puis 350 g de diméthylsulfate en 2 heures. On laisse le milieu réactionnel, 1 heure à 90 C sous agitation, puis l'on refroidit à 70 C et on laisse décanter. On lave la couche supérieure organique qui est ensuite distillée à 120 C sous pression réduite de 10 mm, pour donner le 3-éthoxy 4-méthoxy- benzaldéhyde. Les résultats obtenus, après dosage par chromatographie liquide haute performance sont les suivants: - Rendement avant distillation: 98,4 % - Pureté avant distillation: 97 % (3 % d'eau) Pureté après distillation: 99,9 % Déséthylation du 3-éthoxy 4méthoxybenzaldéhyde oar l'acide suffurique Dans un réacteur à double enveloppe de 1,5 litre, équipé d'une agitation mécanique, d'un thermomètre et d'une arrivée d'azote, on charge 270,5 g de 3- éthoxy 4-méthoxybenzaldéhyde, 742 g d'acide sulfurique à 98 %, après avoir établi l'atmosphère de gaz inerte. On chauffe 3 heures 30 minutes, à 65 C. Le dosage par chromatographie liquide haute performance donne: Conversion de l'EMBA = 98,5 % - Rendement en isovanilline = 96 % On refroidit la masse réactionnelle qui est coulée dans 2 litres d'eau glacée sous agitation. Le précipité qui se forme est dissous avec 2 litres de méthylisobutylcétone. On sépare la phase organique; la phase aqueuse réextraite avec 0,75 litre de méthylisobutylcétone. Les eaux-mères (H2SO4 à 30 %) peuvent être régénérées. On lave la phase organique à pH = ' puis on l'évapore à 60 C sous pression réduite de 100 mm de mercure pour donner l'isovanilline (214 g) de pureté égale à 95 %. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'isovanilline caractérisé par le fait qu'il consiste: - dans une première étape, à effectuer la O-méthylation d'un 3-alkoxy 4- hydroxybenzaldéhyde présentant un groupe alkoxy ayant au moins deux atomes de carbone, - dans une deuxième étape, à effectuer la désalkylation sélective en position 3, du 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde, avec de l'acide sulfurique permettant ainsi d'obtenir l'isovanilline. 2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le 3alkoxy 4- hydroxybenzaldéhyde répond à la formule (I) suivante: OH ROL CHO () dans ladite formule (I), R représente un radical alkyle ou cycloalkyle ayant au moins 2 atomes de carbone, 3- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le 3-alkoxy 4-hydroxybenzaldéhyde répond à la formule (I) dans laquelle le radical R est un radical alkyle ou cycloalkyle dont le nombre d'atomes de carbone varie entre 2 et 8 atomes de carbone et plus préférentiellement un radical éthyle, propyle, isopropyle, n-butyle, isobutyle, sec-butyle, tert-butyle. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le 3- alkoxy 4-hydroxybenzaldéhyde est le 3-éthoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, le 3- propoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, le 3-isopropoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, le 3- butoxy 4-hydroxybenzaldéhyde. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que l'agent alkylant est un halogénure de méthyle, de préférence le chlorure de méthyle, le bromure de méthyle, le diméthylsulfate, le ptoluènesulfonate de méthyle, le méthanesuflonate de méthyle et plus préférentiellement, le chlorure de méthyle et le diméthylsulfate. 6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que la réaction de 0-méthylation est conduite à un pH compris entre 8 et 10 et de préférence, supérieur à 9, pH obtenu par addition si nécessaire d'une base, de préférence, une solution aqueuse d'un hydroxyde, de carbonate ou d'hydrogénocarbonate de métal alcalin, et plus particulièrement la soude. 7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que le rapport molaire agent d'alkylation/3-alkoxy 4-hydroxybenzaldéhyde varie entre 1,0 à 2,0 et, de préférence, entre 1,1 et 1,5. 8- Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la température de la réaction de O-méthylation est comprise entre 60 C et 100 C, de préférence, entre 80 C et 95 C. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 8 caractérisé par le fait que l'on introduit d'abord le 3-alkoxy 4-hydroxybenzaldéhyde, la solution basique, puis l'on amène le mélange à la température réactionnelle, que l'on ajoute l'agent d'alkylation et éventuellement la base si nécessaire et que l'on récupère une phase organique comprenant le 3-alkoxy 4- méthoxybenzaldéhyde qui est ensuite séparé. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que la concentration de l'acide sulfurique mis en oeuvre dans la deuxième étape de désalkylation varie entre 80 et 100 % en poids, de préférence entre 90 et 99 % en poids, et encore plus préférentiellement entre 95 et 99 % en poids. 11 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé par le fait que le rapport entre le nombre de moles d'acide sulfurique mises en oeuvre et le nombre de moles de 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde varie entre 2 et 80, de préférence entre 3 et 15, et encore plus préférentiellement entre 4 et 10. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que la température de la réaction varie entre 0 C et 100 C. 13 - Procédé selon la revendication 12 caractérisé par le fait que la température de la réaction varie entre 60 C et 80 C lorsque le groupe alkyle à libérer est un groupe alkyle linéaire et entre O C et 30 C lorsqu'il s'agit d'un groupe isopropyle. 14- Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé par le fait que l'on introduit la solution d'acide sulfurique dans le 3-alkoxy 4- méthoxybenzaldéhyde ou inversement. 15- Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé par le fait que l'on introduit le 3-alkoxy 4-méthoxybenzaldéhyde fondu dans l'acide sufurique ou l'on ajoute le substrat en suspension dans l'acide sulfurique. 16 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisé par le fait que les deux étapes réactionnelles sont conduites sous une atmosphère de gaz inerte, de préférence un gaz rare ou l'azote.