Brevet FR2791668A1 — publié le 20001006

PROCEDE DE PREPARATION D'a-HYDROXY ACIDES La présente invention concerne un procédé de préparation des a-hydroxy acides qui sont utilisés dans de nombreuses synthèses de produits agrochimiques ou pharmaceutiques et comme matières actives en alimentation humaine et animale. Ces a-hydroxy acides lorsqu'ils sont obtenus par des procédés de synthèse biologiques utilisant comme matières de départ les cL-hydroxy nitriles correspondants sont des produits d'hydrolyse de ces nitriles et sont souvent constitués de sels d'ammonium de l'acide carboxylique correspondant. Ces sels d'ammonium présentent l'inconvénient d'être très stables et la libération de l'acide correspondant est souvent problématique. Parmi les autres procédés permettant d'obtenir ces a-hydroxy acides, il existe de nombreux procédés chimiques réalisant l'hydrolyse toujours du nitrile de départ avec des acides minéraux forts tels que notamment l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique. On obtient en fin de réaction en plus de l'a-hydroxy acide un sel d'ammonium de l'acide utilisé pour l'hydrolyse qu'il faut généralement traité ou éliminé. Les problèmes d'environnement apparaissent alors de façon critique. Parmi les procédés permettant de libérer l'a.-hydroxy acide carboxylique de son sel d'ammonium, on peut citer le procédé décrit en fin du procédé d'hydrolyse enzymatique du brevet EP 0970913. Ce procédé réalise la libération par une technique d'électrodialyse. Cette technique est d'un point de vue technique parfaitement opérable mais elle est onéreuse et grève le prix d'obtention de l'acide de façon importante. Il est encore décrit dans la demande de brevet publiée sous le numéro EP 884300 un procédé de préparation des ct-hydroxy acides à partir de leur sel d'ammonium sans production de rejets salins qui consiste dans une première étape à chauffer le mélange aqueux contenant le sel d'ammonium en présence ou l'absence de solvants organiques pour éliminer l'eau et l'ammoniac et dans une deuxième étape à rajouter de l'eau au résidu et à chauffer le mélange. La première étape consistant à éliminer l'eau et l'ammoniac convertit l'ct-hydroxy acide produit intermédiairement en poly-ca- hydroxy acides de bas poids moléculaire (comme indiqué dans la dite demande page 3 ligne 40). L'eau ajoutée à la deuxième étape a pour but l'hydrolyse des poly-c-hydroxy acides de bas poids moléculaire pour donner l'a-hydroxy acide libre (comme indiqué dans la dite demande page 3 lignes 42-43). Une dernière étape est encore nécessaire, il s'agit de l'évaporation de l'eau d'hydrolyse pour arriver à la concentration désirée de l'ordre de 80 % en poids, lorsqu'il s'agit de l'acide méthylthio oa hydroxy butyrique. La présente invention se présente comme un procédé différent par rapport au procédé décrit dans la demande de brevet EP 884300, car elle évite la formation intermédiaire de poly-ca- hydroxy acides de bas poids moléculaire. La demanderesse a trouvé de façon surprenante que l'ammoniac pouvait être retiré facilement d'une solution aqueuse d'un sel d'ammonium d'un o-hydroxy acide à condition qu'une teneur suffisante en sel d'ammonium dans l'eau soit atteinte. Cela aboutit à préparer l'o-hydroxy acide libre à partir d'une solution aqueuse d'un sel d'ammonium d'un c-hydroxy acide par un procédé qui dans une première étape consiste à concentrer la solution aqueuse de telle façon que la concentration du sel d'ammonium de l'c-hydroxy acide soit supérieure à 60 % en poids, sans convertir plus de 20 % du sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide, puis dans une deuxième étape à chauffer la solution obtenue en présence d'un gaz d'entrainement, encore appelée opération de strippage. Le présent procédé évite de façon majeure la transformation de l'ahydroxy acide en poly-c-hydroxy acide de bas poids moléculaire. En effet au cours de la première étape le taux de formation de poly-ao-hydroxy acide de bas poids moléculaire est préférentiellement limité à 2 % en poids et encore plus préférentiellement limité à moins de 1 %. Le présent procédé s'applique à la transformation de sels d'ammonium d'oc-hydroxy acides en cL-hydroxy acides de formule générale suivante R-CH-COO-NH4 OH dans laquelle R représente un groupe alkyl linéaire ou ramifié comprenant 1 à 4 atomes de carbone, un groupe alkoxy linéaire ou ramifié comprenant 1 à 4 atomes de carbone, un groupe alkylthio lInéaire ou ramifié comprenant 1 à 4 atomes de carbone, un radical aryl contenant 6 à 12 atomes de carbone, un radical aryloxy contenant 6 à 12 atomes de carbone, un radical arylthio contenant 6 à 12 atomes de carbone, un radical aralkyl contenant 7 à 16 atomes de carbone, un radical arylalkoxy contenant 7 à 16 atomes de carbone, un radical arylalkylthio contenant 7 à 16 atomes de carbone, un radical heteroaryl contenant 1 ou 2 heteroatomes choisis parmi l'azote, I'oxygène et le soufre, chacun des ces radicaux étant éventuellement substitué par un ou plusieurs atomes d'halogène, un ou plusieurs groupes alkyl en C1-C4, un ou plusieurs groupes alkoxy en C1-C4, un ou plusierus groupes alkylthio en C1-C4. On préfère parmi ces dérivés utiliser les dérivés pour lesquels R représente un groupe alkyl comportant 1 à 4 atomes de carbone, un groupe alkyl thio comportant 1 à 4 atomes de carbone ou un groupe phényl chaque groupe étant éventuellement substitué par un groupe méthoxy ou méthylthio. On préfère tout particulièrement utiliser le dérivé pour lequel R représente un groupe alkyl en Cl substitué par un groupe méthylthio, c'est à dire le 4-méthyl thio-2-hydroxy butyrate d'ammonium. La première étape du procédé consiste comme indiqué prédemment à concentrer la solution aqueuse contenant le sel d'ammonium de a-hydroxy acide par évaporation de la solution aqueuse sans dégrader le sel d'ammonium. Cette étape est réalisée de préférence jusqu'à une concentration pondérale en sel d'ammonium de I'Y-hydroxy acide supérieure à 60 % en poids, de préférence cette concentration est réalisée de façon à avoir une concentration pondérale en sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide supérieure à 75 % en poids. La formation de poly-a- hydroxy acides est notamment limitée en poids à 2 % et de préférence elle est limitée à moins de 1 % en poids. Au cours de cette première étape la transformation du sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide en a-hydroxy acide ou en poly-ot-hydroxy acide est de préférence limitée à un taux de 20 %, c'est à dire que la quantité de sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide obtenue après l'étape de concentration est de préférence au moins égale à 80 % en poids de la quantité de sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide présente avant l'étape de concentration. Le taux de transformation du sel d'ammonium de l'ct- hydroxy acide est en core plus préférentiellement selon un meilleur moyen de mise en oeuvre de l'invention limité à 10 % en poids. L'étape de concentration est réalisée dans tout type d'appareillage permettant d'éliminer l'eau et de ne pas transformer le sel d'ammonium de l'ox-hydroxy acide. Ce type d'appareillage peut être choisi parmi les évaporateurs rotatifs, à plaques, à film tombant, à film tombant raclé, cela peut être aussi réalisé dans un simple bouilleur. L'opération est réalisée sous pression atmosphérique ou sous pression réduite. La température lors de cette évaporation est de préférence comprise entre 80 et 180 C. La deuxième étape de procédé selon l'invention consiste à chauffer la solution obtenue précédemment en présence d'un vecteur d'entrainement. Ce vecteur peut être un gaz inerte vis à vis du sel d'ammonium de I'ahydroxy acide et vis à vis de l'ca-hydroxy acide choisi notamment parmi l'azote, I'air, le méthane. Il peut aussi être constitué de vapeur d'eau. Dans une variante du procédé, cette eau peut être obtenue par simple chauffage de la solution obtenue à l'étape précédente lorsque cette solution contenait encore de l'eau. Cette deuxième étape d'entrainement peut être mise en oeuvre dans un évaporateur à film raclé de type Luwa, un évaporateur à film tombant, un réacteur agité ou une colonne de stripping. On préfère utiliser un évaporateur à film raclé de type Luwa ou une colonne de stripping. La température utilisée lors de la mise en oeuvre de cette étape sera adaptée par l'homme en fonction de l'appareil utilisé et de la pression de mise eri oeuvre. Lorsque la pression utilisée est la pression atmosphérique la température de réaction est de préférence supérieure à 100 C. Lorsque que la réaction est réalisée sous pression réduite par exemple à 50mbar la température utilisée sera de préférence supérieure à 70 C et notamment comprise entre 110 et 200 C. Le débit du vecteur d'entraînement sera adapté par l'homme de l'art en fonction de la vitesse de réaction désirée. Le produit issu de la deuxième étape et constitué d'acide 4-méthylthio-2hydroxy butyrique et de sel d'ammonium dudit acide présente des propriétés tout à fait inattendues. Lorsque le mélange obtenu contient un ratio acide/ sel d'ammonium de 0,6 et environ 90 % d'organique dans l'eau, il présente une propriété avantageuse, son point de transition liquide solide est inférieur à 0 C et notamment pour cette composition déterminée de -11 C. Il est apparu de façon surprenante que lorsque ce ratio était de 0,56 la température de transition solide liquide s'élevait alors à 24 C. Les compositions constituées d'un mélange d'acide 4-méthylthio-2- hydroxy butyrique et de sel d'ammonium dudit acide avec un ratio minimum de 0,6 sont très avantageuses pour leur utilisation en nutrition animale car elles ne figent pas au stockage dans des conditions atmosphériques assez sévères telles que celles des pays o ce type de composition est utilisé. La présente invention concerne aussi ce type de compositions. 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. Caractérisation par ACD des transitions solide/liquide du système HMTBS/ HMTBA dans l'eau. Les essais sont réalisés sur une cellule DSC 7 de Pérkin Elmer -plage d'étude -170 à 70 C -vitesse de programmation 5 / min -porte échantillon: capsule aluminium sertie -prise d'essai 10 mg - Teneur en organique dans les prises d'essais: environ 90 % Les équilibres Solide/ liquide sont étudiés lors de la remontée en température. On obtiendra successivement: la transition vitreuse attestant la présence de la phase non cristallisée - un phénomène exothermique de recristallisation qui déterminera la plage de température le plus probable pour l'obtention de la cristallisation un phénomène endothermique relatif à la dissolution; la température correspondant à la fin de ce phénomène sera celle au delà de laquelle le système est liquide. HMTBA/ (HMTBS + HMTBA) Température de fin de transition solide liquide. % +25 C 56% +24 C % -11 C % -14 C Exemple 2 Préparation de l'HMTBA à partir de I'HMTBS 1. Concentration de la solution ( re tape) On charge une solution aqueuse de sel d'ammonium de l'acide 2-hydroxy 4-méthylthio butyrique à 25 % [p/p] dans une préparante (A) non agitée (V= 20 /); on met sous vide le pilote (50 mbar); on met en place un piège à vide pour l'ammoniac (acétone + carboglace = - 80 C) - en aval du condenseur; on met en chauffe les bains thermostatés: Taim (1) = 26 C TD.E. = 115 C (B) (double enveloppe de l'évaporateur) Tvanne = 102 C (C) (soutirage lourd) Tiourd = 45 C (recette lourd) On alimente en eau industrielle (à 15 C) le serpentin du condenseur; on alimente dans le corps de l'évaporateur à débit constant (2, 17 kg/h) la solution à évaporer (1); on met en route l'agitation (M) (400 tr/min); Le distillat (2) est soutiré à un débit constant (1,45 kg/h), alors que le lourd est accumulé dans la recette (3) (débit de l'ordre de 0, 71 kg/h). Arrêt de la pré-concentration (temps d'opération d'environ 5h20'). Résultats: => Pesées: Lourd: 3957 g; Distillat: 7657 g; Reste alimentation:13 g Piège à vide: 50 g à -80 C, puis 37 g à 20 C (A = 13 g d'NH3). Analyses: Taux de transformation (conversion en HMTBA): 6,7 % [mol/molI]; Taux d'organique [HMTBS+HMTBA] par la soude: 72,2% [P/p]; T. O.S. (analyse BrO3 / Br): 72,4% [P/p]; Pas de dimères par HPLC. 2. Evaporation réactive (2ème étape): On utilise le même appareillage que précédemment. On charge la solution pré-concentrée (lourd de la première étape) dans la préparante (A) non agitée (V = 20 /); on met sous vide le pilote (50 mbar); on met en place un piège à vide pour l'ammoniac (acétone + carboglace = - 80 OC) - en aval du condenseur; on met en chauffe les bains thermostatés: Talim(l1) = 37 C TD.E. = 180 OC (double enveloppe de l'évaporateur) Tvanne = 102 C (C) (soutirage lourd) TIourd = 80 OC (3) (recette lourd) On alimente en eau industrielle (à 15 C) le serpentin du condenseur; on alimente dans le corps de l'évaporateur à débit constant (0,98 kg/h) la solution pré- concentrée (1); on met en route l'agitation (M) (400 tr/min); Le distillat est soutiré à un débit constant (2) (0,33 kg/h), alors que le lourd est accumulé dans la recette (3) (débit de l'ordre de 0,65 kg/h). Arrêt de la manipulation (temps d'opération: 15'). Résultats: = Pesées: Lourd: 154 g; Distillat: 81 g. > Analyses: Taux de transformation (conversion en HMTBA): 70% [mol/mol]; Taux d'organique [HMTBS+ HMTBA] par la soude: 90% [p/p]; Dimères par HPLC: 15% [p/p]. REVENDICATIONS - 1 - Procédé de préparation d'un ca-hydroxy acide à partir d'une solution aqueuse d'un sel d'ammonium d'un ao-hydroxy acide caractérisé en ce que dans une première étape on concentre la solution aqueuse de telle façon que la concentration du sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide soit supérieure à 60 % en poids, sans convertir plus de 20 % du sel d'ammonium de l'a-hydroxy acide, puis dans une deuxième étape on chauffe la solution obtenue en présence d'un vecteur d'entrainement. - 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que au cours de la première étape le taux de formation de poly-ce-hydroxy acides de bas poids moléculaire est limité à 2 % en poids et de préférence limité à moins de 1%. - 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les sels d'ammonium d'a-hydroxy acides répondent à la formule générale suivante: R-CH-COO-NH4 I OH dans laquelle R représente un groupe alkyl linéaire ou ramifié comprenant 1 à 4 atomes de carbone, un groupe alkoxy linéaire ou ramifié comprenant 1 à 4 atomes de carbone, un groupe alkylthio linéaire ou ramifié comprenant 1 à 4 atomes de carbone, un radical aryl contenant 6 à 12 atomes de carbone, un radical aryloxy contenant 6 à 12 atomes de carbone, un radical arylthio contenant 6 à 12 atomes de carbone, un radical aralkyl contenant 7 à 16 atomes de carbone, un radical arylalkoxy contenant 7 à 16 atomes de carbone, un radical arylalkylthio contenant 7 à 16 atomes de carbone, un radical heteroaryl contenant 1 ou 2 heteroatomes choisis parmi l'azote, I'oxygène et le soufre, chacun des ces radicaux étant éventuellement substitué par un ou plusieurs atomes d'halogène, un ou 1 1 plusieurs groupes alkyl, un ou plusieurs groupes alkoxy, un ou plusieurs radicaux alkylthio. - 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que R représente un groupe alkyl comportant 1 à 4 atomes de carbone, un groupe alkyl thio comportant 1 à 4 atomes de carbone ou un groupe phényl éventuellement substitués par un groupe alkyl, alkoxy ou alkylthio contenant 1 à 4 atomes de carbone. - 5 - Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que R représente un groupe alkyl en C1 substitué par un groupe méthylthio. - 6 - Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la première étape du procédé est réalisée par concentration de la solution aqueuse jusqu'à une concentration pondérale en sel d'ammonium de l'achydroxy acide supérieure à 60 % en poids, de préférence supérieure à % en poids. - 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que au cours de la première étape la formation de polyoa- hydroxy acides est limitée en poids à moins de 2 % et de préférence à moins de 1 % en poids. - 8 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans la deuxième étape du procédé selon l'invention le vecteur est choisi parmi les gaz inertes vis à vis du sel d'ammonium ou la vapeur d'eau. - 9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le vecteur d'entrainement est la vapeur d'eau obtenue par chauffage de la solution obtenue à la première étape, lorsque cette solution contenait encore de l'eau. - 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en que la deuxième étape du procédé est mise oeuvre dans un évaporateur à film raclé de type Luwa, un évaporateur à film tombant, un réacteur agité ou une colonne de stripping. - 11 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la deuxième étape est mise en oeuvre dans un évaporateur à film raclé de type Luwa. 12 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la deuxième étape est mise en oeuvre dans une colonne de stripping. - 13 - Compositions constituées d'un mélange d'acide 4-méthylthio-2- hydroxy butyrique et de sel d'ammonium dudit acide caractérisées en ce qu'elles contiennent un ratio acide/ (acide + sel d'ammonium) supérieur ou égal à 0,6. - 14 - Utilisation des compositions selon la revendication 13 en nutrition animale.