Composes cetoniques supportes catalyseurs d'hydratation des α-aminonitriles

Tetrahedron Letters,Vol.24,No.l4,pp Printed in Creat.Britain

1501-1504,1983

COMPOSES CATALYSEURS

CETONIQUES

D'HYDRATATION

0040-4039/83/141501-04$03.00/0 01983 Pergamon Press Ltd.

SUPPORTES DES

u-AMINONITRILES

R.SOLA,J.BRUGIDOU, J.TAILLADESet A.COEIMEYRAS* E.R.A.555, labo.chimie organique, U.S.T.L., Place E.Bataillon,

34060 MONTPBLLIER

cgdex

(FRANCE)

A.PREVIERO Ccntre de recherche

AbntiacX: The

phqJ@Ltion

04 the 4-p,+~&done $0

od

type A

I.N.S.E.R.M.,

rendement

Thcuoe cotnpoundh

.invo&wd

de synthsse

global de la rgaction

34100 MOXTPELLIER

cmno&nked po@neI~ &ich uhe cuhhyirzg ca,?bomy& gkoups

hydtopkieic

danibed.

a-uminocunidso. The main ptiamateu Dans le pro&dQ

60, rue de Navacelles,

thehydhation06

Ctiyhc

cv(UfIil~ovu%Lk5

& the ctiytic acfiwtiya.@ htid-ied.

des acides a-aminds

est l'hydratation

selon Strecker

(I), l'gtape

II de l'o-aminonitrile

limitant

en a-aminoamide

le

corres-

pondant. R

\

R C=O

t

CN-

t

NH3 &

Une Qtude fondamentale aqueux basique est catalysse prgcurseur

l'alcoolyse

intramolsculaire

\

toujours

efficacit6 4 C'

R c=o

t

de la fonction

nitrile

B l'gtat de traces,

-

H/\

2

c II

-1

II

R

t

U

II

\c/C\o

/\ /o H' ‘N -C;-' H

s

”

o

C-NH2

R

C-NH2

'C'

'C' H"NH

H'

2

\N=CIH fl

c Dans les conditions ration du catalyseur

expgrimentales

aldghydique

utilisees

est incomplste.

l_, rend compte

NH

,,N-C/R !-I

en evidence

catalytique. R

'/

en raison de

mettant

au niveau de l'aminoalcoolate

d'hydratation

R OH-,

2

que nous avons proposs,

N

'C' H"NH

H'

dans le milieu

rGactionne1

de ce processus

H"NH

(2) a permis de montrer que cette rsaction en milieu carbonylgs, et done en premier lieu par l'aldehyde

prdsent

I. Le mscanisme

de l'squilibre

de l'importante

approfondie

'C'

-

2

COOH

R III

\/

-H'\NH 2

par les composes

de l'o-aminonitrile,

l'existence

R

II

/'NH

H'

CONH2

R

CN \,/

'R

(milieu basique

:

NO,1 @HI

N),

la &gbn&

!I II

I1 peut en effet ctre,

soit piegG sous forme d'imine de l'o,-aminonitrile ou de l'a-aminoamide, soit ddgradC cyclisation

par rgaction non r&ersible

d'aldolisation-crotonisation de l'aldimine

ou encore par

2 en imidazolidinone-4

3.

R\C/C\NH H"

N-C/-H H -3

1501

Fi

1502

Ce processus cuite en introduisant

autocatalytique

peu satisfaisant

dans le milieu reactionnel

rGactif

que l'aldghyde

diaires

nettement

(3) peut ^etre avantageusement

un compose

mais en plus forte concentration.

plus labiles, permet

carbony1E

Ce catalyseur,

la transformation

court-cir-

tel que l'a&tone conduisant

quasi-quantitative

(4), moins

2 des intermG-

de l'o-aminonitrile

en

a-aminoamide. L'utilisation l'efficacite

de composes

du processus

alors par rapport aminoalcoolate

B 1'acGtone

P l'gquilibre

d'un point de we delicats

sinon impossiblesdans

culaires

de dGgradation

limitges

et le recyclage basiques

de les fixer sur des poly&res

Le choix du support

A

les rsactions

cctoniques

prcalable

: ActivitG catalytique de molQcules catalytique

(mn-1mole-212)

k

Cependant, cyclique sent

h cause des rgactions

intermole-

catalytique

des cyclanones,

(5). En effet, la stabilitG

3\

CH' 3

tres marquz.

du

sont extrgmement

modSles.

modzles

du motif pipsri-

(cf. Tableau A).

Valeurs des constantes

de vites-

1 34°C.

CH3\

CH-C+JH b:

nous ci-apSs

CH' 3

0 CH-E-N 3 0 710

en raison de ses bonnes qualites mgcaniques,

carboxyles

sous forme de cdtals

d'hydratation, Nous decrivons

dans le cas de la fixation

sur des molecules

180

i (6), choisie

les groupements

de la reaction

de l'a-aminopropionitrile

396

acrylique

hydrophile

cetoniques

CH

pipgridone-4

insolubles

supportEs,

CH31C=0 CH' 3

motifs

carbonyld

de cdtolisation-crotonisation

au car-act&e

aprSs une Qtude cindtique

La rGsine

du catalyseur

utilisdes,

Gtant dict& par les conditions

de catalyseurs

tivde en transformant

observe

de l'intermediaire

rigide d'un po1ymS.re rGticule.

acryliques

se d'hydratation

k

stabilitg

pour tirer parti de la plus grande activitd

avons retenu des polymeres

Tableau

fortement

de r6activite

avec le systeme a-aminonitrile-cyclanone-hydroxyde.

les conditions

au sein de la structure

done-4,retenu

en terme de plus grande

la recupdration

est alors accrue puisque

la prGparation

per-met d'ameliorer

A). L'accroissement

du catalyseur.

Par consdquent,

catalyseur

rapide

de type cyclanone

(cf. Tableau

est explicable

prGparatif,

nous avons entrepris

carbonyles

catalytique

en chlorure

(7) dont l'hydrolyse

d'acide.

On introduit

ultgrieure

est ac-

ensuite

les

conduit 1 la resine ceto-

nique -5 de capacitg en groupements carbonyles dgale 1 2,5 meq./g(8). Cette derniere CPC=O conserve les proprietss physiques satisfaisantes de la r6sine initiale. Toutefois le rendement fonctionnalisation

global

est de 33% seulement

boxyle, anhydride)

demeurent

et des groupements

fonctionnels

indesirables

sur le support.

OOH L -4 10

meq./g

CP

5,0 meq./g

a = SOC12, DMF(CHC13)

B 60°C

b = NEt3(DMF)

c=o

c = HCl 4N, 20°C

= 2,5 meqJg

de

(car-

1503

Pour pallier risation.

me monomsre

de la pipsridone-4

6 (F = 42-44"C),

B O°C, en utilisant

Gthylenediamine

carbonyles,

dans des operations cetoniques,

obtenu par rdaction

du chlorure

radicalaire

le systsme persulfate

directement

d'acryloyle

cetonique

resultant

en continu

sur colonne.

7 (9-10) pr&sente mgcanique

de mise en oeuvre plus simple,

sur le cetal

piperazine

est effectuee

mgthode

(rap-

en solution

soumis h l'hydro-

une capacitg de 4,l meq./g

convenable

Cette derniere

par polyme-

d'anlmonium/N,N,N:NIt~tram~thyl_

gel insoluble obtenu, aprPs broyage et lavages,est

ainsi qu'une rigidite

par ailleurs

le catalyseur

avec la diacryloyl-1,4

4,5).La polymsrisation

comme initiateur

(TEMED). Le

lyse acide. Le copolymPre groupements

prGpar6

= 909,) est copolymsrisG

(7) (rendement

port molaire monomsre/rGticulant= aqueuse

nous awns

ces inconvG%ients,

permettant

en

son utilisation

de prGparation

s'avPre done supgrieure

des rdsines 2 la precgdente.

CH2=CH-COCl

7 a = ether anhydre, L'activite catalyseur

0°C

catalytique

insoluble

a St-6 &al&e

constituant

Une stude cinetique

b = (NH4)2S208,

au tours d'essais

dans ce dernier

a permis de cerner

de l'activite

ainsi mis en svidence

une loi de vitesse

laquelle

de vitesse

la constante

lise et 1 la concentration

entre k

sa vitesse

et l'hydrolyse

turnover

&tones

cette vi-

Nous awns

b l'o-aminonitrile,

dans

au poids de resine uti-

pas de relation en groupe-~ contr816e

remarquablement

dGmontrent

de l'intermgdiaire

du

2

=k

dt

x;; exp c 3

homogsne.

que cette catalyse

ultGrieur

d II Xl:

faible

en catalyse

pas 1imits.e par les etapes

dans un mCmoire

supportde

s'opsre en regime

diffusionnelles.

les rGsultats

imine sur la r&sine,

detaillds

processus

concernant

qui conditionne

la forle

du catalyseur. Le tableau

B permet de comparer

de reference

en phase homoggne.

La r&sine -7 obtenue de La modification

chimique.

la resine 7_, mais Bgalement poreux,

la vitesse de forma-

&toniques.

est proportionnelle

par hydrolyse

2 celle deteri:i&e

expGrimentaux n'gtant

Nous presenterons mation

ordre par rapport

exp

Z_, on n'observe

d'activation,

est analogue

Les r&ultats chimique,

k

le

colonne.

de l'hydratation),

de nos polymgres

et le degre de fonctionnalisation

cgtal. L'snergie

(2,8 kcal/mole),

qui rQgissent

d'une

en ion hydroxyde.

exp mcnts carbonyles, que l'on fait varier polymsre

du premier

ou en continu,

de remplissage

(11) (cf. mecanisme

catalytique

experimentale

Dans le cas du copolymgre lineaire

en discontinu

cas le matgriel les parametres

tion sur la resine de l'imine de l'o-aminoamide tesse Gtant caracteristique

c = HCl N, 26 h, 2O'C

TEMED

les activitEs

par copolymdrisation Cette diffgrence de la difference

comporte des groupements

carboxylates

catalytiques

s'avPre

resulte

residuels

5 et 7 et de --

onze fois plus efficace

non seulement

de structure

des polymsres

que la 5 issue de la capacite plus forte de

des deux polymsres

et un reticulant

: l'un est macro-

hydrophobe,

alors que

1504

l'autre est un gel

microporeux

beaucoup

plus hydrophile.

Tableau B : valeurs des constantes de vitesse expiZrimentales de disparition de l'o-aminopropioniCN trile avec differents catalyseurs carbonyles ; X,, o = 0,050 M ; OH- = 0,048 N ; I 3 I I 3 ; poids de rgsine = I,58 g ; T = 23°C volume de solution = 15 cm -5 (200-400 mesh) CPC,O

-7 (60-115 mesh)

= 1,4 meq./g

CPC,O

(2,1 meq.) k exp

(mn

La comparaison respondante MalgrZ

montre

ce phenomene,

copoly&re homog5ne

CH3

entre la reactivitd

frgquemment

-7 est supdrieure

(3,Bmmole)

du copolymsre

entraine

observd

1 et celle de la molecule

une diminution

avec les r&actifs

1 celle de l'acgtone,

(3,8 mmole)

----r-y

0,034

0,22

que l'immobilisation

=o 3

CH3

I

0,019

)

CH3\ ,CH-CON

3;c=o

(3,8 meq) I

!

-1

CH

= 2,5 meq./g

notable

supportes,

catalyseur

modble

de l'activite

l'efficacite

retenu dans le pro&de

cor-

catalytique.

catalytique

du

en phase

(4). Nos resines

cdtoniques,

qui operent

en outre une durge de vie et des qualites catalyseurs

d'hydratation

avec des rendements

physiques

des cr-aminonitriles fort interessants,

lisables dans des procddes

continus

quasiquantitatifs,

satisfaisantes.

Elles constituent

facilement

prdsentent done des

recyclables,

et uti-

(12).

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

A.STRECKER, Ann., 1850, 75, 27 R.PASCAL, J.TAILLADES et A.CO?lMEYRAS, Tetrahedron, 1978, z, 2275 Rendement de 70 % dans le cas de la methionine Brevets francais (A.N.V.A.R.), 1976, 36520 et 1977, 30699 R.SOLA, D.E.A., U.S.T.L. Montpellier, Juillet 1981 RGsine Bio-Rex 70 (200-400 mesh) rZti&lGe avec 30 % de DVB(,BIO-RAD) Dioxa-1,4 aza-8 Spiro 14.5) decane(ALDRICH) La fonctionnalisation est contralde par IR (KBr) : v(cm-I) = 1715 (C=O cBtone et acide) et Cpcco est 6valuCe essentiellement par analyse glgmentaire 1610 (C=O amide). La capacits au moyen du chlorhydrate d'hydroxylamine. (X N) et par uge methode de dosage (9) IR (KBr) :v(cm ) = 1715 (C=O cetone) et 1630 (C=O amide) Alors que nos travaux sur le catalyseur 7 6taient ddjl biiin avancgs, nous avons eu connaissance d'un mGmoire concernant l'immobili~ation d'enzymes par inclusion dans un gel : R.EPTON et toll., Polymer, 1981, 22, 553, ont dLcrit la prgparation d'un copolymsre de structure voisine de celle du copolsre 7. I1 en diffsre par la nature du reticulant, en l'occurence le N, N'methyl~nebisacrylamide,que nous avions rejetC P priori. En effet, une decomposition m^eme tres partielle de ce rcticulant conduirait h la formation de traces de formalddhyde, prejudiciable B l'efficacite de notre pro&d8 catalytique. Notre choix s'est port6 de structure et de reactivite voisines de celles du sur la diacryloyl-I,4 pip&azine, monombre 6, qui doit assurer une reticulation homogsne du copolymsre. (11) Les cindtFques consistent 1 suivre la disparition de l'a-aminonitrile en milieu aqueux par basique et en presence de rgsine. Au prealable, les polymeres catalyseurs sent trait& de la soude 0,l N car dans ces conditions, ils perdent rapidement une partie de leurs motifs cdtoniques par reaction de CBtolisation. La capacite en groupements carbonyles se maintient ensuite 1 une valeur constante (indiquee dans le tableau B). l'c.aminopropionitrile ; sa concentraL'ct-aminonitrile utilise lors des cindtiques est tion dans les prGl&ements est determinee par analyse RMN en presence d'un Gtalon interne. (12) Brevet franqais (C.N.R.S.), 1982, 00600

(lb)

(Received

in France

19 January

1983)