Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
3l(~Z37~3
La présente invention concerne un nouveau procédé
de préparation de mélange d'azine de formule:
Rl Rl
~' \ /
/ C = N - N = C \ (I)
R2 / \ ~2
et d'hydrazone de formule:
Rl , / R3
\ C = N - N (II)
'' 10 ~
R2/ 4
qui consiste à faire reagir le peroxyde d'hydrogène avec
;l'ammoniac ou avec un melange d'ammoniac et d'une amine
primaire ou secondaire (III)
R3
\ NH (III)
R4 /
en presence d'un compose carbonyl~ (IV)
. R - C - R
1 ll 2 (IV)
et d'un catalyseur choisi dans le groupe constitue par: le
sélénium, le bioxyde de sélénium, les sélénites alcalins ou
alcalino-terreux, le trioxyde de sélénium, l'acide séléniqu~
et les séléniates alcalins et alcalino-terreux.
Dans les formules précédentes, Rl, R2, R3 et R4,
identiques ou dlfférents, représentent, soit un atome
d'hydrogène, soit un radical alkyl linéaire ayant de 1 a 12
atomes de carbone, soit un radical alkyl ramifie ou cycloalkyle
ayant de 3 a 12 atomes de carbone, soit un radical hydrocarbone
ayant de 6 a 12 atomes de carbone et comprenant un noyau aromatique
benzénique, naphtalenique ou pyridique, un seul des radicaux
- R3 ou R4 des formules (II) et (III) pouvant representer un atome
d'hydrogene.
':~"' C :', ,.
10'~3743
Il est connu que l'oxydation des composés carbonylés,
aldéhydes et cétones, en présence d~ammoniac par des composés
peroxydiques minéraux conduit à des composés divers suivant la
.:~
~ nature du composé peroxydique et les conditions de mise en oeuvre.
" '
`'"
- la -
B
- -lOZ374;~
Ainsi la réaction entre l'ammoniac, un aldehyde ou une cetone
et le peroxyde d'hydrogene conduit a des aminoperoxydes (voir
par exemple J. Chem. Soc. (c) 1969, page 2663~ ou a des oximes
en présence d'acides tungstique ou molybdique (voir par exemple
. Gen. Chem. U.S.S.R. 1960, 30, 1635).
On sait d'àutre part que les amines primaires ou
- secondaires sont aisément oxydées par des composés peroxydiques
divers en des produits oxygénés très divers tels que les ~ydro-
xylamines, dérivés nitrosés ou nitr~s, des oximes, des composés
ayant des structures azoxy, des amides, etc... selon la struc-
ture particulière des réactifs ou les conditions de la réactionO
On a ainsi décrit l'oxydation des amines primaires
aliphatiques en nitroalcanes avec l'acide peracetique (J. Am. Chem.
Soc., 79, 5528, 1957) ou d'autres acides percarboxyliques (voir
par exemple H. O. Larson dans "The Chemistry of the Nitro and
Nitroso Groups", part, I, page 303, H Feuer edit. Interscience,
New York, 1969~.
Les amines primaires aromatiques ont été oxydées en
dérivés nitrosés, nitres ou azoxy correspondants par les acides
percarboxyliques purs ou par un mélange d'acide acétique et de
solution aqueuse a 30 % de peroxyde d'hydrogène (J. Am. Chem.
Soc. 82 3454 ~1960); voir aussi W. H. WEAVER dans "The Chemistry
of the Nitro and Nitroso Groups" part. 2, page 29, Il. Feuer edit.
Interscience, New York 1970. L'aniline a été aussi oxydée en
azoxybenzène par le peroxyde d'hydrogène en présence d'acétoni-
trile (~. Org. Chem. 26, 659 (1961).
La demanderesse a décrit d'autre part dans des brevets
et demandes de brevets antérieurs, de nouveaux procedés de syn-
;$ these d'azines (I) par oxydation de l'ammoniac en pr~sence d'un
~ 30 composé carbonylé (IV) avec divers composés peroxydiques selon
- un schéma général (A) que l'on peut formuler ainsi:
-- 2 --
~'
:
Oi~3743
Rl Rl ~R
;2 ~C = O + 2 NH3 t ~0~ C = N ~ N = C~ + 3 H20 (A~
- R2 R2/ R2
Cette oxydation peut etre effectuée avec un acide
percarboxylique (~revet français 2,155,134), un peroxyde de
diacyle (brevet canadien 935,301), le peroxyde d'hydrogene en
présence de sels comme catalyseurs (brevet français 2,145,851),
le peroxyde d'hydrogène en présence de nitriles comme co-réactifs
- (brevet canadien 979,015), le peroxyde d'hydrogène en presence
d'esters comme co-réactifs (brevet anglais 1,385,843), le peroxyde
d'hydrogène en présence d'amides ou d'imides comme co-réactifs
(brevet fran~ais 2,177,215), le peroxyde d'hydrogene en présence
de composes cyanes comme co-reactifs (brevet français 2,176,244).
La demanderesse a également décrit la synthese d'hydra-
zones (II) par oxydation conjointe d'une amine primaire ou secon-
daire (III) et de l'ammoniac, en présence d'un composé carbonyle
(IV) avec un acide percarboxylique, un peroxyde de diacyle ou le
peroxyde d'hydrogene en présence de sels ou bases comme cataly-
seurs ou en présence de co-réactifs tels que nitriles, esters,
amides ou imides, composés cyanés (brevet français 2,206,759),
selon un sch~ma géneral B qui peut s'ecrire:
Rl\ R3 ~1 R3
C = 0+ NH3 + ~ H t ~oJ - ~ c - N - N / ~ 2 H20 (B)
La demanderesse a maintenant trouvé que l'on pouvait
réaliser, de ~açon surprenante la synthese simultanée d'azine ~I),
selon le schéma g~néral (A) ou d'hydrazone ~II), selon le schéma
général (B), en utilisant comme agent d'oxydation le peroxyde
d'hydrogane en présence d'un catalyseur à base de sélénium.
Il est connu que l'oxyde de sélénium est un oxydant
efficace des aldéhydes et cétones en compos~s~ dicarbonylés.
.
~'
'7~
Pourtant lorsque l'on fait reagir le peroxyde d'hydrogène sur
un melange d'ammoniac, d~une amine primaire ou secondaire ~III)~
et d'un composé carbonylé ~IV), en présence de sélenium ou d'un
compose oxyg~n~ ~u s~lenium, on o~tient une hydrazone selon le
schema (s) accompagne d'une quantite variable d'azine (I),
resultant d'une r~action de l'ammoniac selon le sch~ma ~A).
Si l'on fait selon ce procédé réagir le peroxyde
d'hydrogène sur un mélange compose seulement d'ammoniac et d'un
. .
~ 37~4 3
compos~ carbonyl~ (IV) en présence de sélénium ou d'un de ses
d~rivés oxygénés, on obtient ~lor~ la ~eule a~ine (I) selon le
schéma (A)
.' ~es azines (I) et hydrazones (II)~ dont la production
conjointe constitue le premier objecti~ de la présent0 invention~
sont des agents de synthase utiles, que llon peut notamment hydro-
ly~er selon des méthodes con~ues~ pour obtenir les h;ydrazines
; correspondantes ou leurs sels a~ec libération du composé carbony-
lé que l~on peut recycler.
A titre dlexemples non limitati~s de composés carbony-
l~s (IV), on peut citer:
- les aldéhydes suivants: le ~ormaldéhyde, l.~.acétal-
: d~hyde, le propionaldéhyde, le butyraldéhyde, l~isobutyraldéhyde,
le n-pentanal, le pivalaldéhyde, l'oenanthal, l'éthyl-2-hexanal,
le ~-3 tétrahydrobenzaldéhyde, l'hexahydrobenzaldéhyde, le nor-
' `bornène-5 carboxaldéhyde-2, le tétrahydropyr~nne carboxaldéhyde-2,
le benzaldéhyde, le~ monochlorobenzaldéhydes9 le p-nitrobenzal-
déhyde~ le ~-chloropropionaldéhyde, le ~-méthoxy-propionaldéhyde,
' le cyano-4 diméthyl-2~2 butyraldéhyde, etc.~ .
20 - les cétones suivantes: l~acétone, la butanone-2, la
pentanone-2, la pentanone-3, la méthyl isopropyl cétone, la.mé-
thylisobutylcétone l'éthylamylcétone, la méthyl cyclohexylcétone,
l!acétophénone, la benzophénone~ la cyclobutanone~ la cyclopenta-
none, la cyclohexanone, la méthyl~2 cyclohexanone, la méthyl-3
cyclohexanone, la triméthyl-3,3-5 cyclohexanone, l~isophorone
A titre d'exemples non limitatifs d'amines utilisables
dans le cadre de la présente invention, on peut citer:
- la méthyl~mine, la diméthylamine, l~éthylamine, la diétffl lamine,
' . la n-propylamine, l'isopropylamine, la n-butylamine, la di-n-bu-
tylamine, la t-butylamine, les amylamines, la cyclohexylamine,
la dicyclohexylamine, le n-dodécylamine, la mono- et la dientha-
nolamine, la méthoxy-2 éthylamine, la morpholine, la pyrrolidine,
10;~;3'7~;~
la pipéridine, lel~-aminopropiollitrile, la ~-aminopropionamide,
l'aniline, les toluidines, les mono et dichloro anilines ou to-
luidines, les bromoanilines, les fluoranilines, les nitro et
dinitroanilines et toluidines, les o-, m- et p-anisidines, les
trifluorométhylanilines, l'acide anthranilique, l'acide sulfani-
lique, la diphenylamine, l'~-naphtylamine, la ~-naphtylamine,
les amino pyridines, etc.
La quantité de catalyseur utilisé est choisie entre 1 et
0.001 mole par mole de peroxyde d'hydrogène engagé, et de préférence
entre 0.1 et 0.01 mole.
Le mode opératoire préféré pour préparer les azines
et (ou) hydrazones, selon le procédé de l'invention consiste a
faire réagir les réactifs en solution aqueuse ou en présence d'un
solvant facilitant l'homogénéisation du mélange. Ce solvant est
choisi parmi les alcools ou glycols aliphatiques de préférence.
A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer le méthanol,
~, l'éthanol, le n-propanol, l'isopropanol, le n-butanol, l'isobuta-
- nol, le t-butanol, le butanol secondaire, l'éthylane glycol, le
propylène glycol, le diéthylèneglycol, etc... On peut opérer
à la pression atmosphérique ou sous une pression pouvant aller
jusqu'à 10 atm, si cela est nécessaire pour maintenir l'ammoniac
en solution. La température préférée est comprise entre 0 C et
100C. Le catalyseur peut être entièrement ou partiellement so-
luble dans le milieu ou se solubiliser pendant le cours de la
réaction.
Les réactifs peuvent être engagés en quantités équimo=
` 10,~3~3
! léculaires, mais on peut aussi utiliser un défaut ou un excès
~ molaire de l'un ou plusieurs des réactifs, A titre indicatif,
-~ on peut engager de 0,2 à 5 moles d'aldéhyde ou de cétone et d'am-
moniac par mole de peroxyde d'hydrogène, mais on en engage préfé-
rablement de 2 à 4 moles, ~e,e-réactifs peuvent atre utilisé~
soUs leur forme commerciale habituelle. ~n particulier le per-
~ oxyde d'hydrogène peut atre utilisé en ~01utions aqueuse~ ~
i 30-90 ~ en poid~ de H202 et l'ammoniac peut être utili,~é anhydre
ou en solution aqueuse usueile,
Les réactifs peuvent atre introduits dans le milieu
réactionnel simultanément, ou dans un ordre quelconque, avec une
progressivité et à une température permettant notamment un con-
! ~ tr81e efficace de l'exothermicité de la réaction. On peut aussi~aire r~agir préalablement l'aldéhyde ou la cétone et le per-
oxyde d'hydrogène, d'une manière connue et engager ledit peroxyde
~ dan,s la réaction, De même on peut faire réagir séparément l'al-
3 déhyde ou la cétone et l'ammoniac~ avant d'ajouter le peroxyde
j d'hydrogène et le catalyseur. On peut enfin préparer un amino-
i peroxyde d'une manière connue, par réaction d'un aldéhyde ou d'u-
ne cétone avec l'ammoniac et le peroxyde d'hydrogène et introdui-
re ensuite le catalyseur dans le milieu réactionnel.
Il peut etre avantageux d'ajouter au mélange réaction-
nel un produit stabilisant du peroxyde d'hydrogène, tel l'acide
phosphorique, llacide nitrilotriacétique, l'acide éthylènediamine
tétracétique ou leurs sels de sodium,
~es exemples suivants illustrent de ~açon non limita-
tive la présente invention.
I EXEMPI,E 1
On place dans un réacteur 19,6 g de cyclohexanone (0,2
3o mole), 16 g de solution aqueuse dlammoniac ~ 21,2 ~ en poids
(0,2 mole), 100 g de méthanol et 5 g d'oxyde de sélénium (0,045
mole). On chauffe ce mélange à 50C et on additionne progres-
-- 7 --
lOZ37~3
~iYement en trente minutes, 5 g d'une solution aqueuse de peroxy-
de d'hydrogène à 68,9 % en poids (0~1 mole)9 tout en maintenant
un barbotage d'ammoniac gazeux. Après 3 heures de réaction, on
do~e par iodométrie~ dans le milieu~ 9,6 g de cyclohexanone azi-
`. ne (0,05 mole).
Cette solution est évaporée sou~ une pression de 200
mm de mercure jusqu'à ce que la température atteigne 50~C, Le
résidu est extrait au chloroforme~ puis l'extrait chloroformique
est séch~ sur sulfate de sodium anhydre et distillé, On obtient
9 g de cyclohexanone azine (0,047 mole) bouillant à 87-88C sous
0,2 mm de mercure et cristallisant au refroidissement (F = 37C).
Ce produit a un spectre infra-rouge à celui décrit dans la litté-
rature (Anal, Chem, 1964, 36 (7), 1349) : bande caractéristique
du groupement~C = N- ~ 1640 cm 1, Son spectre ultra violet pris
en solution dans le cyclohexane présente un maximum à 216 mu a~ec
un épaulement ~ 234 m,u et son spectre de résonance magnétique
nucléaire dans le chlorure de deutérium ~ 60 Megahertz présen-
tent deux massi~s de pics, centrés ~ S = 1,60 et 2t38-ppm, d~ls
` le rapport d'intensité 3/2,
EXEMP~E 2
:
On m~lange dans un réacteur, 124 g de m~thanol, 16,6 g
d'acétone (0,28 mole), 16 g de solution aqueuse d'ammoniac à
21,2% en poids (0,2 mole) ainsi que 5 g d'oxyde de sél~nium
(0,045 mole), On chauf~e ce mélange ~ 50C et on coule en 30
minutes 5 g de solution aqueu~e de peroxyde d'hydrog~ne ~ 68,9 %
en poids (0,1 mole) tout en maintenant un barbotage d'ammoniac
au sein du mélange réactionnel.
Apr~s 5 h.30 de réaction, on dose par iodom~trie dans
le mélange 4 g d'acétoneazine (0,036 mole) identiiiée par ~es
spectres infra-rouge et de résonance magnétique nucléaire, Cela
correspond ~ un rendement de 36 % par rapport au peroxyde d'hy-
drogène engagé,
- 8 -
10Z37~3
EXEMP~E 3
On prépare un mélange de 80 g de méthanol, 15 g d'ac~-
tone (0,26 mole), 16 g de ~olution aqueuse d'ammoniac ~ 21,2 %
en poids (0,2 mole), auquel on ajoute 1 g de sel disodique de
l'acide éthylènediaminetétrac~tique et 1 g d'oxyde de sélénium
(0,009 mole). On chauf~e ce mél~nge à 50C puis on lui addition-
ne en une demi-heure, 5 g de solution aqueuse de péroxyde d'hy-
- drogène à 68,9 % en poids (0~1 mole), tout en maintenant un bar-
botage d'ammoniac gazeux dans le milieu Après 8 heures de réac-
tion, on dose par iodométrie 5,3 g d'acétoneazine (0,053 mole),
ce qui correspond à un rendement de 53 % par rapport au peroxyde
d'hydrogèné engagé.
EXEMP~E 4
On a répété l'e~emple n 3 mais en remplaçant l'acétone
par la méthyléthylcétone dont on a engagé 18,7 g (0,26 mole).
Après 4 heures de réaction, on a dosé par iodométrie dans le mé-
lange réactionnel, 6,~ g d'azine de la méthyléthylcétone (0,045
mole). Ce qui correspond à un rendement de 45 % par rapport au
peroxyde d'hydrogène engagé.
EXEMP~E 5
On a répété l'exemple n 3 mais en remplaçant l'oxyde
de sélénium par 2 g de sél~nite de calcium hydraté à 2 molécules
d'eau. Apr~s 3 heures de réaction, on dose par iodom~trie dans
le mélange 0,67 g d'azine de l'acétone (0,006 mole). Ce qui
correspond à un rendement de 6 ~ par rapport au peroxyde d'hy-
drogène engagé.
EXEMP~E 6
Dans un réacteur on a placé 120 g de méthanol, 22,6 g
d'acétone (0,39 mole), 18 g de solution aqueuse d'ammoniac à
21,2% enpoids~ ainsi que 1 g, 5 de sel disodique de l'acide
éthylènediaminetétracétique et 1,5 g de sélénium (0,019 mole).
On chau~e ce mélange à 50C et on additionne en une demi-heure
.
~OZ37~3
14,8 e d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène à 68,9%
en poids (0,3 mole) tout en maintenant un barbotage d'ammoniac
gazeux dans lemLlieu Après 3 heures de réaction~ on a dosé dans
le mélange 0,56 g dlacétoneazine (0,005 mole), ce qui correspond
~ un rendement de 1,8~ par rapport au peroxyde d'hydrog~ne en-
gagé.
EXE~PLE 7
Dans un réacteur, on prépare un mélange de 120 g de
~ méthanol~ 22,6 g d'acétone (0,39 mole), ~ g de solution aqueuse
- 10 d'ammoniac ~ 21,2 % en poids~ ainsi que 1~5 g de sel disodique de
l'acide éthylènediaminetétracétique et 5 g de sélénite de sodium
(0,029 mole). On sature ce mélange avec de ltammoniac gazeux et
chau~e ~ 50C. On additionne en 30 minutes, 7,4 g de solution
aqueuse de peroxyde d'hydrogène ~ 68,9 % en poids (0,15 mole),
tout en maintenant un barbotage d'ammoniac Après 6 heures de
r~action, on dose par iodométrie, 8,7 g dtacétoneazine (0,078
mole)~ ce qui représente un rendement de 52% par rapport au per-
oxyde d'hydrogène engagé.
EXEMP~E 8
On prépare un mélange de 120 g d'éthylène glycol,
22,6 g d'acétone (0,39 mole), 3 g de solution aqueuse d'ammoniac
à 21,2% ainsi que 1,5 g de sel disodique de l'acide éthylène-
diaminetétracétique et 1,5 g dloxyde de sél~nium On sature
ce mélange avec de l'ammoniac gazeux puis on le chauf~e à 50C
On additionne en 30 minute~, 7,4 g de solution aqueuse de peroxy-
de d'hydrogène à 68,9 % en poids (0,15 mole), tout en maintenant
un barbotage d'ammoniac dans le milieu. Après 6 heures de réac-
tion, on dose dans le milieu 7,85 g d'acétoneazine (0,07 mole)
ce qui correspond ~ un rendement de 46 % par rapport au peroxyde
d'hydrog~ne enga~é.
EXE~E 9
Dans un réacteur, on prépare un m~lange de 120 g de
: - 1 0 -
':
. , .
~ 0~ 4 3
méthanol, ~1,8 g de benzaldéhyde (0~3 mole), 3 g de solution
aqueuse d'ammoniac ~ 21,2 % en poids, ainsi ~ue 1,5 g de sel
disodique de l'acide éthylènediaminetétracétique et 1,5 g dloxy-
ae de sélénium (0,013 mole) On sature ce mélange avec de l'am-
moniac gazeux. On additionne ~ une température ambiante 7~4 g
d~ solution aqueuse de peroxyde d'hydrogbne à 68,9 % en poids
` (0,15 mole), tout en maintenant un barbotage d'ammoniac. Après
20 heure~ de réaction, on dose dans le milieu 1,25 g de benzald-
- azine (0~006 mole), ce qui correspond ~ un rendement de 4 %.
EXEMPIE 10
On a répété l'exemple 9, mais en remplaçant le benzal-
déhyde par l'isobutyraldéhyde. Après 48 heures ~ température am-
biante on a dosé dans le mél~nge de réaction, 0,98 g d'azine de
l'i~obutyraldéhyde (0,007 mole), ce qui correspond à un rendement
de 4,6 % par rapport au peroxyde d'hydrogène engagé.
EXEMPIæ 11
Dans un réacteur, on prépare un mélange de 120 g de
méthanol, 22,6 g d'ao~tone (0,39 mole), 9,3 g d'aniline (0,1 mo-
le), 3 g de solution aqueuse d'ammoniac ~ 22,1 % en poids, ainsi
que 1,5 g de sel disodique de l'acide éthylènediaminetétracéti-
que, et 1,5 g d'oxyde de sélénium (0,013 mole). On sature ce
mélange avec de l'ammoniac gazeux, puis on le chauffe à 50.
On additionne 7~4 g de solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène
à 68~9 % en poids tout en ma~nt~nant un barbotag~ d'ammoniac,
Apres 6 heures de réaction, on a dosé par chromatographie en pha~
se gazeuse dans le mélange, 8,7 g d'acétoneazine (0,078 mole)
et 2,2 g de phénylhydrazone de l'acétone (0,015 mole).
~XEMPIE 12
On prépare une solution de 24,8 g de monométhylamine
(0,8 mole), 13,6 g d'ammoniac (0,8 mole), 46,4 g d'acétone
:
(0,8 mole), 8 g d'oxyde de sélénium, et 0,4 g de sel disodique
de l'acide éthylène diaminetétracétique dans 128 g de méthanol
,''' .
10,~7~3
et 60 g d~eau, On y introduit en une demi-heure ~ 30C~ 19,6 g de
de ~olution aqueuse de peroxyde d~hydrog~ne ~ 69,3 % en poids
(0,4 mole), On lais~e ensuite réagir pendant 8 heures a la
m8me température tout en maintenant un barbotage d' ammoniac dan~
le milieu. On dose le mélange par chromatographie e~ phase ga-
zeuse. I1 s' est formé 4 g de méthylhydrazone de l~acétone
(0,0~5 mole), soit un rendement de 8,7 % par rapport au peroxyde
d'hydrogène engagé, ain~i gue 4,5 g d'acétone azine (0,04 mole),
',.~ ' .
