Brevet FR2750987A1 — publié le 19980116

PROCEDE DE PREPARATION DE METHIONINE La présente invention concerne un procédé d'hydratation de la cyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique ou du méthylthiopropioaminonitrile en amide correspondant. Ce procédé concerne plus particulièrement l'hydratation de la de la fonction nitrile en présence d'un catalyseur à base d'oxyde de manganèse. La réaction peut être schématisée de la façon suivante: dans laquelle A représente un radical hydroxy ou amino. I1 est connu, selon le brevet US 5 386 056, de réaliser l'hydratation de la cyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique en présence d'un catalyseur à base d'oxyde de manganèse massique dans un mélange eau/acétone (450/150). La quantité d'oxyde de manganèse utilisée est de 0,75 mole pour 1,5 mole de cyanhydrine. I1 est apparu que cette réaction est difficilement reproductible car elle est fortement liée à la nature de l'oxyde de manganèse utilisé ; ainsi, lorsque l'on prépare de l'oxyde de manganèse activé selon l'article de Synthesis, 1976, page 67 l'hydratation de la cyanhydrine dans un milieu eau/acétone (3/1) permet d'obtenir, en opérant à 60"C, l'amide avec un rendement correct (96 %) bien que l'on décèle la présence de sulfoxyde correspondant à l'oxydation du groupe CH3S de la molécule. Lorsque la même réaction est réalisée dans l'eau et à 200C le rendement en amide baisse (72 %). En présence de pyrolusite aucune hydratation n'apparaît. Les conditions d'hydratation de la cyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique selon ce brevet ne paraissent dont pas facile à optimiser pour obtenir un rendement reproductible en l'absence de produits secondaires. Il est apparu que lorsque l'oxyde de manganèse était déposé sur de la silice, l'hydratation de la cyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique ainsi que celle de la méthylthiopropioaminonitrile pouvaient être réalisées à température ambiante et dans l'eau sans aucune apparition de produits d'oxydation sur l'atome de soufre. De préférence, on utilise un rapport molaire MnOjcyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique ou de la méthylthiopropioaminonitrile compris entre 0,05 et 1,5, encore plus préférentiellement compris entre 0,1 et 0,5. On utilise de préférence une concentration en cyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique ou du méthylthiopropioaminonitrile comprise entre 0,25 mole/litre et 2,5 moles/litre. Le rapport pondéral de l'oxyde de manganèse à la silice est de préférence compris entre 5 et 10 Go. La température de réaction est de préférence comprise entre 0 et 600C et tout particulièrement entre la température ambiante et 500C. La durée de réaction est comprise de préférence entre 20 et 100 heures. La présente invention sera plus complètement décrite à l'aide des exemples suivants qui ne doivent pas être considérés comme limitatifs de l'invention. EXEMPLE 1 1 - préparation des catalyseurs 1-1 - Préparation du réactif MnOJSiO2 Dans un monocol de 1 litre, on dissout du KMnOa (15,6 g ; 95,9 mmol) dans de l'eau (240 ml) à température ambiante. On ajoute alors de la silice 60 (Merck 240 g) et on agite mécaniquement pendant deux heures. L'eau est alors évaporée sous vide à l'évaporateur rotatif (bain à 60"C). La poudre violette obtenue est alors ajoutée progressivement à une solution vigoureusement agitée de MnS04- H2O (37,2 g; 220,1 mmol) dans l'eau (400 ml). On agite pendant trois heures et filtre le solide brunâtre sur verre fritté. Ce solide est lavé à l'eau jusqu'à disparition totale des ions manganeux (caractérisés par formation d'un précipité par traitement à l'ammoniaque) dans les eaux de lavage. On essore bien sur le filtre et place le solide dans les boîtes de Pétri ; l'épaisseur des couches étant de 0,5 cm. On sèche à 110 C en étuve ventilée pendant deux heures. La poudre marron, fine, ainsi obtenue pèse 248 g. 1-2 - Préparation de y-MnO2 Le mode opératoire utilisé est celui décrit dans la revue sur le dioxyde de manganèse publiée par Fatiadi (Fatiadi, J. Synthesis 1976, page 67 ; "préparation of active -manganese dioxide"). On ajoute au goutte à goutte en agitant vigoureusement une solution de KMnO4 (26,25 g) dans de l'eau (500 ml) à une solution chaude (60"C) de MnSO4-H2O (42,25 g) dans de l'eau (718 ml). On poursuit l'agitation pendant une heure, toujours à 50"C, et filtre le précipité brun sur un verre fritté. Ce précipité est lavé jusqu'à disparition des ions manganeux (test NH40H) et sulfates (test BaCl2) dans les eaux de lavage. Le solide brun est alors séché en étuve ventilée à 60"C jusqu'à ce que le poids soit constant. La poudre brune, amorphe ainsi obtenue pèse 41 g. 2 - Dosage du MnO2 La teneur en MnO2 de chaque échantillon (MnO2/SiO2, W-MnO2, pyrolusite commerciale) a été déterminée par réduction à l'oxalate du MnO2 et dosage en retour de l'oxalate non réagi par le permanganate (Katz, MJ. ; Clarke, R.C. ; Nye, W.F. Analytical Chem. 1956, 28,507-509): Dans un ballon de 250 ml, sous atmosphère d'argon, on dissout 1 g d'oxalate de sodium dans une solution de H2SO4 10 %. On ajoute l'échantillon à analyser (500 mg) et on chauffe à 70-80 C (bain-marie) jusqu'à décoloration totale. Tout en maintenant cette température, on dose l'oxalate résiduel par addition d'une solution 0,1 N de KMnO4 jusqu'à persistance de la coloration rose pendant 10 15 secondes. Les résultats sont les suivants: MnO2/SiO2 Pyrolusite (7-MnO2 sur y-MnO2 commerciale cristoballite) Teneur en MnO2 en 7,6 84 94 g/100 g Teneur en MnO2 en 0,88 9,6 11 mmoVg 3 - Essais d'hydratation de la cyanhydrine de 1'AMTP 1- Essai avec recyclage du catalyseur La cyanhydrine de l'aldéhyde méthylpropionique (655 mg ; 5 mmol) diluée dans l'eau est ajoutée rapidement à du MnOVSiO2 (9 g; 1,5 eq MnO2). Après 3 heures d'agitation à température ambiante, le produit de départ a complètement réagi (CCM). On filtre sur verre fritté, lave les solides à l'eau (20 ml), évapore le filtrat à sec sous vide (température L'évaporation des eaux-mères de cristallisation donne un second jet (100 mg) un peu moins propre (CCM ; F = 92-95"C) que le premier. Le catalyseur récupéré lors de la filtration est agité à nouveau avec la cyanhydrine (5 mmol) et de l'eau. Après 12 heures à température ambiante, on isole de la même façon des cristaux blancs (670 mg ; 90 % ; F = 96"C). En effectuant la réaction sur 13,1 g de cyanhydrine (0,1 mol), on obtient 13,85 g de cristaux blancs (93 % ; F = 96"C). Le résidu de cristallisation est une poudre jaune (230 mg) contenant (CCM) de l'hydroxyamide. 2- Essais avec différents catalyseurs On a, d'une part, reproduit les conditions décrites dans le brevet US 5 386 056 en utilisant comme catalyseur la pyrolusite ou le -MnO2, d'autre part, agité la cyanhydrine avec du MnO2/SiO2 dans de l'eau selon le protocole décrit l'essai précédent mais en faisant varier, d'un essai à l'autre, le rapport cyanhydrine/catalyseur et/ou la concentration. Nous avons également essayé le y-MnO2 dans l'eau (sans cosolvant). L'avancement des réactions est déterminé par CCM sur plaques de silice (éluant : CH2Cl2/MeOH 90/10). Les réactions sont arrêtées par filtration du catalyseur, suivie d'un lavage des solides à l'eau. Les filtrats aqueux sont alors filtrés à nouveau sur verre fritté No. 4 puis évaporés (évaporateur rotatif; lorsqu'il subsiste de la cyanhydrine, celle-ci est extraite avant évaporation pour la doser). Les résidus sont séchés sous vide au dessiccateur (P4O10/KOH) puis pesés et analysés (RMN Hl et C13 ; CCM). Les résultats des divers essais effectués sont rassemblés dans le tableau suivant. No. essai 1, mmol Catalyseur équivalents de Solvant Concentration de 1 t(heures)/T ( C) 2(%) MnO2a (mol/L) C1 25 Pyrolusite, 0,5 eau/acétone (75/25) 2,4 6/60 0 C2 25,1 &gamma;-MnO2, 0,5 eau/acétone (75/25) 2,4 6/60 96b C3 25 &gamma;-MnO2, 0,5 eau 1 6/20 72c 1 25 MnO2/SiO2, 0,5 eau 0,25 6/20 100 2 10 MnO2/SiO2, 0,5 eau 1 5/20 100 3 20,6 MnO2/SiO2, 0,24 eau 2,06 17,5/20 99 4 25 MnO2/SiO2, 0,046 eau 2,5 22/40 puis 23/60 81b,c 22/40 puis 23/60 5 25 MnO2/SiO2, 0,046 eau 2,5 95 sous ultrasons 6 10 MnO2/SiO2, 0,1 eau 2,5 5/20 puis 28/30 92 Notes a- moles de MnO2/moles de cyanhydrine b- présence (CCM, RMN H1 et C13; comparaison avec un échantillon authentique) du sulfoxyde correspondant c- le reste est de la cyanhydrine inchangée 4 Synthèse de l'amino-2-méthylthio-4-butanamide, (5) On agite à température ambiante une solution du méthylthiopropioaminonitrile (2,6 g ; 20 mmol) dans de l'eau (80 ml) avec 36 g de MnOJSiO2. Après 14 heures, on observe en CCM (éluant : CH2Cl2/MeOH 90/10) la formation d'un produit plus polaire (Rf 0,08), ainsi qu'un spot de Rf similaire à celui du produit de départ. On filtre sur silice et évapore le filtrat à T # 300C. Le résidu est séché au dessiccateur puis chromatographié sur silice 60 H (gradient CH2Cl2/MeOH), On isole ainsi successivement: Fraction 1 : aminonitrile (3) inchangé (100 mg ; 4 %) Fraction 2 : nitrile-amide (8) (360 mg; 14 %), sous forme d'un mélange de deux diastéréomères qui ont pu être séparés. - diastéréomère 1: - RMN 'H (CDCl3) : 1,7-2,1 (m, 1H); 2,1-2,3 (m, 10H, dont 2s (SCH3) à 2,11 et 2,13), 2,26 (dd, j = 10,5 et 3,6Hz, 1H); 2,6-2,76 (m, 4H) ; 3,48-3,57 (m, 1H); 3,75 (td, j = 3,6 et 7Hz, 1H); 5,84 (m, 1H); 6,47 (m, 1H) - RMN 13C (CDCL3) : 15,47 (CH3), 15,51 (CH3), 30 (CH2), 30,7 (CH2) 32,7 (CH2), 32,8 (CH2), 48,4 (CH) ; 60,6 (CH), 118,8 (CN), 175,7 (CO). - diastéréomère 2 - RMN 'H (CDC13) 1,7-2,11 (m, 11 H dont s (2 SCH3) à 2,05), 2,31 (dd, j =8,8 et 6,7Hz, 1H); 2,55-2,76 (m, 4H), 3,4 (dd, j = 6;7 et 12,5Hz, 1H), 3,88 (dd, j = 8,8 et 16,2, 1H), 6,16 (m, 1H), 6,42 (m, 1H) - RMN '3C (CDC13) 15,45 (CH3), 30 (CH2), 30,3 (CH2), 32,6 (CH2); 32,7 (CH2), 48,2 (CH) ; 59,5 (CH), 120 (CN), 176 (CO) - fraction 3 : l'amino-2-méthylthio-4-butanamide, (5) (2,1 g ; 71 %), sous forme d'aiguillesblanches: - F=470C - RMN 1H (CDCl3): : 1,55 (m, 2H); 1,68-1,82 (m, 1H), 2,2 (s, 3H); 2-2,17 (m, 4H, dont SCH3 : s à 2,06), 2,61 (t, j = 7,3Hz, 2H), 3,47 (dd, j =3,45 et 8,15Hz, 1H), 6,32 (m, 1H), 7,06 (m, 1H). - RMN 13c (CDC13) : 15,3 (CH3), 30,6 (CH2), 34,2 (CH2); 54,1 (CH) ; 176,5 (CO) REVENDICATIONS 1 - Procédé d'hydratation de la cyanhydrine de l'aldéhyde méthylthiopropionique ou de la méthylthiopropionamine en amide correspondant caractérisé en ce que l'hydratation est réalisée dans l'eau en présence d'un oxyde de manganèse déposé sur une silice. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la concentration molaire en oxyde de manganèse par rapport à la cyanhydrine est comprise entre 0,05 et 1,5. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la concentration molaire de la cyanhydrine dans l'eau est comprise entre 0,25 et 2,5 moles/litre. 4 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'hydratation est réalisée à une température comprise entre 0 et 60"C.