Brevet FR2752419A1 — publié le 19980220

L'invention concerne un procédé de production de dérivés de l'acide cyclopropane 1,1-dicarboxylique à partir de dérivés de l'acide malonique et de composés 1,2- dihalogènés avec des alcoholates comme agents de condensa- tion. Les dérivés de l'acide cyclopropane 1,1- dicarboxylique sont des matières premières précieuses pour la production de produits pharmaceutiques et de produits pour la protection des plantes (voir par exemple EP-0 512 211, DE- 41 14 733, US-A-5 334 747). L'ester diéthylique d'acide cyclopropane 1,1- dicarboxylique a été produit en premier lieu par une réaction de condensation intramoléculaire de W.H. Perkin (Ber. der deutsche. Chem. Ges. 17 (1884), 54) à partir d'ester diéthy- lique d'acide malonique et de 1,2-dibromo-éthane, avec de l'éthanolate de sodium comme agent de condensation. Le rendement s'élevait de 27 à 29 % de la théorie A.W. Dox et L. Yoder (J.A.C.S. 1921, 2097) ont pu monter le rendement à 40 % de la théorie, ce qui a été confirmé par J.M. Stewart et H.H. Westberg (J. Org. Chem. 30 (1965) 1951). Un inconvénient de ce procédé est le faible ren- dement. Comme sous produit principal, W.A. Bone et W.H. Per- kin ont identifié (J. Chem. Soc. 67 (1895) 108) du tétraéthylester d'acide butane 1,1-4,4-tétracarboxylique, qui se forme dans une réaction de concurrence intermoléculaire. Par utilisation de 1,2-dichloroéthane qui serait désiré.comme matière première meilleur marché et plus accessible en quan- tités industrielles à la place du composé 1,2-dibromo, le rendement en ce sous-produit peut assurément monter jusqu'à 50 6 de la théorie. Un autre inconvénient réside selon K.M. Stewart et W.H. Westberg (Loc. cit) dans la difficile séparation de l'ester d'acide malonique qui n'a pas réagi, par distilla- tion. Les auteurs font réagir pour la solution de ce problème l'ester d'acide malonique avec la n-butylamine en n- butyldiamide correspondant. Les inconvénients mentionnés sont diminués d'une manière importante, lorsqu'on utilise comme agent de conden- sation du carbonate de potassium au lieu d'alcoolate de so- dium (D.A. White Synth. Comm. 7/8 (1977) 559). Par utilisa- tion de 1,2-dibromoéthane, des rendements en diméthylester d'acide cyclopropane 1,1-dicarboxylique de 73 % de la théorie sont indiqués. Un procédé amélioré avec du carbonate de po- tassium dans lequel on utilise le l,2-dichloroéthane comme produit de départ, est décrit dans le document DE-4 326 917. Dans ce procédé le rendement s'élève assurément jusqu'à 85 % de la théorie, il se forme cependant, comme avec tous les procédés avec le carbonate de potassium comme agent de con- densation, du dioxyde de carbone en quantité importantes. Ce gaz de déchet entraîne le l,2-dichloroéthane, qui est concer- né pour l'environnement et doit être éliminé de celui-ci dans une étape de purification séparée. On désirait par conséquent pour cela avoir un procédé de production de dérivés d'acide cyclopropane 1,1- dicarboxylique à partir de dérivés d'acide malonique et de composés l,2dichlorés dans lequel les composés 1,2-dichlorés bon marché sont mis en oeuvre mais o aucun gaz de déchet ne se forme et o on obtient en outre des rendements encore meilleurs que le procédé du document DE-4 326 917. Il a été trouvé maintenant que les dérivés de l'acide cyclopropane 1,1dicarboxylique peuvent être produits avantageusement à partir de dérivés d'acide malonique et de composés 1,2-dichlorés avec des alcoolates comme agent de condensation, lorsqu'on ajoute à un mélange à base d'un.déri- vé d'acide malonique, d'un composé l,2-dichloré et le cas échéant d'un solvant, au fur et à mesure une solution ou une suspension d'un alcoolate dans un alcool. Dans le procédé de l'invention, on atteint des rendements en dérivés de l'acide cyclopropane 1,1- dicarboxylique d'à peu près 90 % de la théorie. I1 ne se forme aucun gaz de déchet en particulier aucun gaz de déchet qui ne puisse être relâché sans traitement dans l'environnement. Malgré l'addition progressive de l'alcoolate on aboutit à des rendements Espace/temps en dérivés d'acide cyclopropane 1,1-dicarboxylique allant jusqu'à 10 Kg par m et par heure. La séparation intramoléculaire d'acide chlorhy- drique non désirée qui survient concurremment est largement évitée. Les produits peuvent être produits facilement avec une pureté élevée très convenable pour l'utilisation comme précurseurs pour des produits pharmaceutiques et des agents de protection des plantes. Egalement les sels qui se produi- sent en quantités stoechiométriques, surviennent sous une forme réutilisable et ne doivent pas être évacués. Les dérivés de l'acide cyclopropane 1,1- dicarboxylique correspondent de préférence à la formule géné- raie: CR2 X >C\ I CR2 Y dans laquelle les radicaux R peuvent être identiques ou dif- férents et respectivement peuvent désigner en soi de l'hydrogène ou un radical organique, en particulier un radi- cal alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, ou respective- ment pour deux peuvent signifier un radical alkylène ayant de à 12 atomes de carbone. et, X et Y à nouveau peuvent être identiques ou différents et désignent un groupe ester d'acide carboxylique, en particu- lier un groupe carboalkoxy ayant de 2 à 5 atomes de carbone, un groupe nitrile ou un groupe carbonamide éventuellement N- substitué. Parmi les groupes carbonamide N-substitués, les amides N,Ndialkylsubstitués avec des radicaux ayant de 1 à 4 atomes de carbone sont préférés. Les dérivés de l'acide malonique correspondent de préférence à la formule générale: /x CH2 II 1 y dans laquelle X et Y ont la signification indiquée. Parmi les dérivés de l'acide malonique appropriés II, on doit citer par exemple le malonate de diméthyle, le malonate de diéthyle, le malonate de diisobutyle, l'ester de 2-éthylhexyle de l'acide malonique, le dinitrile malonique, le cyanacétate de méthyle, le cyanacétate d'éthyle, l'ester éthylique de l'acide carbonamidoacétique, l'ester méthylique de l'acide N,N-diéthylcarbonamidoacétique, le N,N,N', N'- tétraméthylmalondiamide. Des dérivés de l'acide malonique préférés sont les diesters avec des alcanols ayant de 1 à 4 atomes de carbone. Des composés l,2-dichlorés appropriés ont de pré- férence la formule générale: CR2C1 J III CR2C1 dans laquelle R a la signification indiquée. Des composés l,2-dichlorés III appropriés sont par exemple le 1,2- dichloroéthane, le 1,2-dichloropropane, 1,2-dichlorobutane, le 2,3-dichlorobutane, le 2,3-dichloropentane, le 2-méthyl- 1,2-dichlorobutane, le 1,2-dichloro-n-octane, le 1,2- dichlorocyclopentane, le 1,2-dichlorocyclohexane, le 1,2- dichlorocyclododécane, le l,2-dichloroéthylbenzène et le 1,2- dichloroisopropylbenzène. La réaction est effectuée avantageusement en pré- sence d'un solvant inerte. Comme tels les carbonamides N,N- disubstitués comme le N,N-diméthylformamide, le - N,N- diméthylacétamide et la N-méthylpyrrolidone ont en particu- lier donné de bons résultats. Des alcoolates particulièrement appropriés sont les alcoolates de métal alcalin, en particulier les alcoola- tes de sodium. On préfère les alcoolates de métal alcalin qui dérivent d'alcanols ayant de 1 à 4 atomes de carbone. On pré- fère particulièrement le méthylate de sodium et l'éthylate de sodium. Les alcoolates sont mis en oeuvre sous forme de solu- tion ou de suspension dans un alcool, de manière appropriée sous forme concentrée avec une teneur en alcool de 20 à 40 % en poids, par exemple sous forme de solution de méthylate de sodium à 30 % en poids dans le méthanol. Comme solvant ou agent de suspension pour l'alcoolate on utilise avantageuse- ment l'alcool dont dérive l'alcoolate. On préfère en consé- quence des alcanols ayant de 1 à 4 atomes de carbone. Lorsque le produit de départ II est un ester d'acide malonique, on utilise d'une manière appropriée l'alcoolate et l'alcool qui correspondent à l'alcool de l'ester, de façon à éviter des transestérifications. Les produits de départ II et III ainsi que l'alcoolate sont mis en oeuvre d'une manière appropriée dans les rapports en quantités molaires de 1: (2,0-6,0): (1,6- 2,0). Un excès d'alcoolate devrait être évité de façon à con- server, la coupure intramoléculaire d'acide chlorhydrique par exemple pour le chlorure de vinyle ou le chlorure d'allyle. Si on utilise conjointement un solvant, on le met en oeuvre avantageusement en quantité pondérale de 1 à 3 fois rapporté à l'ester malonique. Le procédé va être exécuté d'une manière générale à des températures allant de 80 à 140 C, en particulier de 95 à 120 C. La température optimale dépend des matières premiè- res utilisées II et III ainsi aussi que de leur rapport quan- titatif et peut être déterminée d'une manière qui n'est pas difficile, pour un cas donné par des essais d'orientation. Pour l'évacuation de l'alcool, la réaction devait être effec- tuée à la température d'ébullition du mélange réactionnel. Ainsi, la température optimale de réaction est la grandeur déterminante. On ajuste également la pression de façon que le mélange réactionnel bouille à la température optimale de réaction. On exécute par exemple le procédé de l'invention en introduisant les produits de départ II et III ainsi que d'une manière avantageuse un solvant inerte dans un réacteur chauffable et on chauffe à la température de réaction. En- suite, on verse peu à peu la solution ou la suspension de l'alcoolate. L'alcool provenant de la solution ou de la sus- pension ainsi qu'aussi l'alcool libéré de l'alcoolate, se sé- parent par distillation sur une colonne. Selon l'alcool et le composé l,2-dichloré mis en oeuvre avec ceux-ci dans le rap- port des pressions de vapeur ou bien sous forme d'azéotrope. Les vapeurs sont condensées, et le condensat est séparé par distillation fractionnée en alcool et composé 1,2-chloré, pour autant que ces substances ne forment pas d'azéotrope. Si elles forment un azéotrope, alors le condensat est amené à un récipient de séparation de phase dans lequel de l'eau est in- troduite pour absorption (ou extraction) de l'alcool. L'eau peut affluer de manière continue et l'alcool aqueux peut être soutiré en quantité correspondante ou bien cependant la quan- tité d'eau est dans un mode opératoire discontinu dès le dé- but, suffisante pour absorber la totalité de l'alcool. Si on met en oeuvre comme produit de départ III du 1,2- dichloroéthane, et si on utilise du méthanolate de sodium dans le méthanol comme alcoolate, il doit y avoir 40 à 7015 parties en poids d'eau pour l'absorption d'environ 35 parties en poids de méthanol. Cette quantité de méthanol correspond à parties en poids d'azéotrope, qui est formé de 35 parties en poids de méthanol et de 65 parties en poids de 1,2- dichloroéthane. Pour l'évacuation de la quantité d'eau optimale on a fourni dans le tableau suivant à titre d'exemple les compositions des phases aqueuses (supérieures) et organiques (inférieures) après l'absorption de 35 parties en poids de méthanol (à partir de 100 parties en poids d'azéotrope avec le l,2-dichloroéthane) en fonction de la quantité d'eau à ab- sorber. Eau pour Phase Composition de la phase l'extraction [% en poids] [g] 1,2- Dichloro- Méthanol Eau éthane phase inférieure 92 7 1 phase supérieure 22 53 25 phase inférieure 96.7 3 0.3 phase supérieure 7 48 45 phase inférieure 97.8 2 0.2 phase supérieure 3 41 56 phase inférieure 98.3 1.5 0.2 phase supérieure 2 35 63 Si le composé 1,2-dichloré et l'alcool ne forment pas d'azéotrope, ils peuvent être utilisés à nouveau après la séparation par distillation fractionnée sans autre mesure.5 S'ils forment une azéotrope on peut verser la phase infé- rieure qui se forme lors de l'extraction avec de l'eau, qui contient le composé 1,2-dichloré, sur la tête de la colonne et ainsi la ramener dans le récipient de réaction. De cette façon, on doit faire cependant attention à ce que l'eau con- tenue en petite quantité (voir le tableau ci-dessus) ne pénè- tre pas jusque dans le réacteur et là n'inactive pas l'alcoolate par hydrolyse. A partir de la phase aqueuse supé- rieure on peut récupérer par distillation l'alcool sous une forme reemployable. L'eau a besoin d'un traitement, elle peut cependant être éliminée dans une installation d'épuration normale biologique. L'ajout de l'alcoolate fait appel en général se- lon le dérivé d'acide malonique II et le composé 1,2-dichloré III, à 5 à 10 heures. On laisse poursuivre la réaction d'une manière appropriée encore un certain temps par exemple une heure, et ensuite on laisse refroidir le mélange réactionnel. Le sel qui a précipité est séparé d'une manière usuelle par exemple par filtration avec ou sans pression ou par centrifu- gation et d'une manière appropriée avec un solvant et/ou lavé avec le composé 1,2-dichloré respectif. Lorsqu'au cours de la réaction un solvant comme le diméthylformamide, a été utilisé conjointement, on lave le mieux possible naturellement avec ce solvant. Le mélange réactionnel débarrassé de sel, et le liquide de lavage sont traités d'une manière appropriée par distillation. En premier lieu le composé 1,2-dichloré (III) en excès et le cas échéant le solvant, passent. Ils peuvent être utilisés pour une charge ultérieure. Le dérivé d'acide malonique (II) qui n'a pas réagi est soutiré sous pression réduite sur une colonne bien efficace. Finalement, le dérivé d'acide cyclopropane 1,1-dicarboxylique (I) désiré passe. Les exemples suivants doivent expliciter davan- tage l'invention, sans limiter cependant sa portée, comme celle-ci est représentée dans les revendications. Exemple 1 Préparation de l'ester méthylique d'acide cyclo- propane-1,l1dicarboxylique (CDME). L'appareillage consiste en un ballon à plusieurs tubulures de 4 1 comme réacteur qui est équipé d'un agita- teur, d'un thermomètre, d'un entonnoir séparateur, et d'une pièce de distillation y compris une colonne. Le récipient pour le distillat en tête est formé sous forme de récipient pour séparer des phases à partir duquel la phase inférieure formée essentiellement de 1,2-dichloroéthane est versée à nouveau sur la colonne. A partir de la phase supérieure on soutire en continu l'alcool aqueux et on alimente avec de l'eau, de sorte que le niveau est maintenu. Dans le réacteur on introduit 330 g (2,5 mol) de malonate de diméthyle (DMM), 590 g de diméthylformamide (DMF) et 742 g (7,5 mol) de 1,2dichloroéthane (DCE) et on chauffe à 110 C. En l'espace de 8 heures on ajoute par doses 900 g (7,5 mol) d'une solution à 30 %- en poids de méthylate de so- dium dans le méthanol, dans le mélange agité. Il distille sous pression normale un azéotrope qui bout à 70 C avec 68 % en poids de DCE et 32 % en poids de méthanol. Le condensat est amené dans le récipient pour séparation de phase grâce à une phase aqueuse, de façon que le méthanol soit extrait. Une partie de la phase aqueuse est soutirée en continu et la quantité soutirée est remplacée par amenée d'eau. La phase inférieure formée essentiellement de DCE, reflue sur la tête de la colonne. Lorsque la totalité du méthylate de sodium a été versée, on laisse le mélange réactionnel pendant 30 minutes à C poursuivre la réaction et on le laisse refroidir à la température ambiante. Le chlorure de sodium qui a précipité est séparé par filtration, lavé avec du diméthylformamide et du 1,2-dichloroéthane et séché. Le chlorure de sodium con- vient pour l'électrolyse du chlore en milieu alcalin. Le filtrat et les liquides de lavage sont dis- tillés sur une colonne bien efficace. En premier lieu le DCE passe sous pression normale. Ensuite, on sépare par distilla- tion le DMF et le DMM qui n'a pas réagi, sous vide et finale- ment 313,4 g de CDME passent par distillation à 82 C/16 mbars. La pureté de celui-ci s'élève après analyse GC à 99,5 %. Le rendement à 78 % de la théorie, rapporté au DMM mis en oeuvre. Dans un écoulement intermédiaire sont contenus ,7 g de DMM qui n'a pas réagi, qui peuvent être à nouveau utilisés pour une nouvelle charge. Le rendement rapporté au DMM mis en réaction s'élève à 87 % de la théorie. Exemples 2 et 3 Préparation de l'ester méthylique de l'acide cy- clopropane 1,1-dicarboxylique (CDME). On procède comme à l'exemple 1, cependant on aug- mente ou diminue les quantités de DCE. Etant donné que dans les deux cas on a opéré sous pression normale, les températu- res de réaction changent aussi. Les résultats ressortent du tableau suivant Exemples Rapport molaire Température Rendement en CDME 1% de la DMM:DCE de réaction Th.] [ C] rapporté à DMM DMM mis en oeuvre qui a réagi 2 1: 6 99 - 103 73.7 82.4 3 1: 2 125 - 132 62.0 70.7 Exemple 4 Préparation de l'ester éthylique de l'acide cy- clopropane 1,1-dicarboxylique (CDEE). On utilise l'appareillage qui est décrit à l'exemple 1. On introduit 400,5 g (2,5 mol) de malonate de diéthyle (DEM), 590 g de DMF et 743 g (7,5 mol) de DCE. On chauffe le mélange à 115 C et on ajoute par doses sous agita- tion en l'espace de 7 heures, 1620 g (5,0 mol) d'une solution à 21 % en poids d'éthanolate de sodium dans l'éthanol. Il se sépare par distillation sous pression normale, à environ C, un azéotrope ayant environ 37 % en poids d'éthanol et environ 63 % en poids de DCE, que l'on condense et que l'on amène dans le récipient de tête à l'aide d'une solution aqueuse d'éthanol, grâce à laquelle l'éthanol est extrait. La phase inférieure formée d'une manière prépondérante de DCE est ramenée à la tête de la colonne. De la phase aqueuse on soutire en continu une partie et on la remplace par de l'eau fraîche. L'éthanol est séparé par distillation de la phase aqueuse, débarrassé d'eau et utilisé pour la charge pro- chaine. On laisse la réaction du mélange réactionnel se poursuivre 30 minutes à 115 C et ensuite on laisse refroidir à température ambiante. Le sel qui a précipité est séparé par filtration, lavé avec du DMF et du DCE et séché. On obtient 230 g (97,9 % de la théorie) de chlorure de sodium qui est utile pour l'électrolyse du chlore en milieu alcalin. On sépare par distillation du filtrat et des li- quides de lavage en premier lieu le DCE sous pression nor- male. Ensuite, passent comme écoulement intermédiaire sous vide le DMF et le DEM qui n'a pas réagi. Finalement, passe à 96 C/16 mbars 318 g du produit d'arrivée CDEE. La pureté s'élève selon l'analyse en CG à 99,4 %, le rendement corres- pond à 68,1 % de la théorie. En tenant compte du DEM contenu dans l'écoulement intermédiaire, le rendement s'élève à 85,8 % de la théorie. Exemple 5 Préparation de l'ester diméthylique de l'acide 2- méthylcyclopropane-l,1-dicarboxylique (MCDM) ill La réaction est effectuée dans l'appareillage dé- crit à l'exemple 1. On introduit 264,2 g (2,0 mol de DMM, 590 g de DMF et 677,4 g (6,0 mol) de 1,2-dichloropropane, on chauffe le mélange à 114 C et on ajoute par doses sous agita- tion, en l'espace de 6 heures 720 g (4,0 mol) d'une solution à 30 % en poids de méthanolate de sodium dans le méthanol. A ,5 C, l'azéotrope à base de méthanol et de 1,2- dichloropropane se sépare par distillation. Dans le récipient de tête qui sert comme récipient de séparation de phase on introduit en continu de l'eau pour l'extraction du méthanol et une quantité correspondante de phase hydro-alcoolique est soutirée. On traite comme décrit, on lave le sel qui a pré- cipité avec du DMF et on obtient après séchage 230 g de chlo- rure de sodium ce qui correspond à 98,4 % de la théorie. Le filtrat et le liquide de lavage sont distillés sur une co- lonne au vide de la trompe à eau. On obtient comme fraction principale à 88 C/14 mbars, 106 g de MCDM. La pureté s'élève par analyse en CG, à 98, 4 %, le rendement à 30,4 % de la théorie rapporté au DMM mis en oeuvre. En tenant compte des 46 g de DMM récupérés comme écoulement intermédiaire le ren- dement s'élève à 36,8 % de la théorie. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de production de dérivés de l'acide cyclopropane- 1,1-dicarboxylique à partir de composés de l'acide malonique et de composés 1,2-dihalogénés avec des alcoolates comme agents de condensation, caractérisé en ce qu' on ajoute à un mélange à base d'un dérivé d'acide malonique et d'un composé 1,2-dichloré et le cas échéant d'un solvant inerte, peu à peu une solution ou une suspension d'un alcoo- late dans un alcool. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on met en oeuvre le dérivé d'acide malonique, le composé 1,2- dichloré et l'alcoolate dans un rapport molaire de 1: (2,0- 6,0): 1,6-2,0). 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'alcoolate est un alcoolate de métal alcalin et en ce qu'il est utilisé sous forme d'une solution ou suspension de 20 à % en poids dans le même alcool dont dérive l'alcoolate de métal alcalin. 4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température de réaction s'élève de 80 à 140 C avantageuse- ment de 95 à 120 C. 50) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' on sépare par distillation pendant la réaction le composé 1,2-dichloré et l'alcool du mélange réactionnel. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on extrait du mélange à base de composé 1,2-dichloré et d'alcool, ce dernier avec de l'eau, on verse le composé 1,2- dichloré en tête de la colonne de distillation et on récupère de la solution aqueuse d'alcool par distillation l'alcool sous une forme réutilisable, lorsque les deux substances for- ment un azéotrope.5 7 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on récupère les deux substances à partir du mélange à base de composé 1,2-dichloré et d'alcool par distillation fractionnée10 sous une forme réutilisable, lorsque les deux substances ne forment pas d'azéotrope.