La présente invention concerne un nouveau procédé pour la préparation d'hydroxy- et d'alcoxy-aldéhydes aromatiques.
Plus précisément, la présente invention concerne un nouveau procédé qui permet de préparer des hydroxy- et alcoxy-aldéhydes aromatiques par la décarboxylation par oxydation de dérivés
hydroxylés ou alcoxylés de l'acide phénylglycolique.
Les hydroxy- et alcoxy-aldéhydes aromatiques sont des
produits importants qui sont largement utilisés, soit directement,
soit en tant que produits intermédiaires dans l'industrie pharmaceutique et cosmétologique, dans l'industrie de la confiserie,
dans la fabrication d'anti-oxydants, etc. La vanilline, l'éthylvanilline, l'aldéhyde protocatéchique, l'ortho- et le parahydroxybenzaldéhyde, l'aldéhyde vératrique, le pipéronal, etc.,
pour ne citer que quelques exemples, sont d'un emploi courant.
Différents procédés ont été proposés depuis quelque temps
pour là préparation d'aldéhydes aromatiques. Mais aucun de ces
procédés n'est satisfaisant dans son application à l'échelle industrielle. On connaît en particulier un procédé (brevet des
<EMI ID=1.1>
avec l'acide glyoxylique, suivie de la décarboxylation par oxydation de l'hydroxy-acide obtenu, suivant le schéma suivant :
<EMI ID=2.1>
Cette méthode est particulièrement intéressante en raison du degré élevé de sélectivité de condensation dans la position para. A cet égard, la plupart des agents électrophiles attaquent également dans une mesure appréciable la position orthc, ce qui donne lieu à des mélanges d'aldéhydes.
Cette méthode est particulièrement importante pour la synthèse de la vanilline et de l'éthylvanilline à partir du gaiacol et du gaéthol. Dans ces synthèses, la sélectivité de l'hydroxyle dans la position para est plus difficile à obtenir avec d'autres agents électrophiles en raison de la présence de
<EMI ID=3.1>
tre positions libres non équivalentes.
Jusqu'à maintenant, ce procédé n'a trouvé aucune application industrielle, en raison du déroulement tout à fait médiocre de la phase d'oxydation. A cet égard, l'oxydation de la chaîne glycolique est effectuée, d'après le procédé connu, par des
sels de métaux dans un milieu alcalin, sous pression et à une température supérieure à 100�C. Si l'on veut obtenir un taux de conversion élevé, des quantités stoechiométriques de sels de métaux ne sont pas suffisantes et il est nécessaire d'introduire un excès de ces sels, pouvant atteindre dix fois la quantité stoechiométrique. Lorsqu'on procède de la sorte, d'une part les grandes quantités de sels de métaux créent des problèmes sérieux de récupération et d'épuration des effluents aqueux et, d'autre part, les conditions nécessaires d'alcalinité, de pression et de température donnent lieu à des réactions secondaires des aldéhydes, avec la baisse de rendement qui en résulte. Il est également nécessaire de disposer d'un équipement capable de résister à la pression et à la corrosion.
Or, il a été découvert de manière surprenante un procédé particulièrement simple et économique pour convertir des dérivés hydroxylés et alcoxylés de l'acide phénylglycolique en aldéhydes avec des rendements très élevés. Ce procédé est basé sur l'oxydation de l'hydroxyacide avec l'air et/ou l'oxygène en présence de catalyseurs appropriés, conformément à l'équation stoechiométrique suivante :
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
représentent chacun un hydrogène ou un alcoyle contenant 1 à 6 atomes de carbone.
L'utilisation d'air ou d'oxygène à la place d'autres oxydants se traduit à la fois par un grand avantage économique et par un avantage écologique non négligeable.
Les catalyseurs jouent un rôle essentiel dans l'exécution du nouveau procédé. Les catalyseurs nécessaires pour la réaction
(I) sont des composés inorganiques ou organiques du cuivre, utilisés isolément ou en mélange avec des composés inorganiques ou organiques du fer. Conviennent par exemple, en tant que composés du cuivre utilisables comme catalyseurs dans le procédé de l'invention, le chlorure, le sulfate, le nitrate, l'acétate ou l'acétylacétonate de cuivre.
Convienne par exemple, en tant que composés du fer utilisables comme catalyseurs d'accompagnement, le chlorure, le sulfate, l'acétate, l'acétylacétonate de fer, le ferrocène ou des dérivés
<EMI ID=6.1>
Utilisés seuls, les sels de fer ont une activité catalytique inférieure à celle des sels de cuivre, mais la combinaison de sels de fer et de cuivre aboutit à une action catalytique synergique qui se traduit par une catalyse d'ensemble plus efficace, en particulier avec certains produits plus fragiles susceptibles d'oxydation ultérieure, notamment l'aldéhyde protocatéchique qui, comportant deux hydroxyles en position ortho, est particulièrement dégradable.
Du point de vue du taux de conversion et du rendement, on obtient les meilleurs résultats en utilisant des catalyseurs au Cu à base d'halogénures, éventuellement en mélange avec des halogénures de Fe, dans un milieu rendu acide par un acide halogénhydrique. Toutefois, la réaction (I) est catalysée par n'importe quel composé du cuivre dans un milieu rendu acide par un acide minéral.
La réaction peut être menée en solution aqueuse.
Il est particulièrement avantageux d'utiliser la même solution dans laquelle a été effectuée la condensation du dérivé phénolique avec l'acide glyoxylique, après avoir réglé le pH et sans isoler l'hydroxyacide formé.
Le procédé peut être également exécuté dans une solution aqueuse additionnée d'un solvant organique miscible avec l'eau, en fonction des caractéristiques de solubilité des substances réactives considérées. Ces solvants peuvent être par exemple des alcools aliphatiques comme le méthanol, l'éthanol ou similaires, l'acide acétique, l'acétonitrile, le dioxanne, etc.
Enfin, il est également possible d'exécuter le procédé dans l'eau en présence d'un solvant qui n'est pas miscible avec l'eau et qui- extrait l'aldéhyde de la solution aqueuse au fur et à mesure de sa formation, mais n'extrait pas l'hydroxyacide de départ. Cette méthode est avantageuse dans le cas où l'aldéhyde formé est susceptible d'oxydation ultérieure. Conviennent, en tant que solvants non miscibles avec l'eau, des solvants hydrocarbonés, des éthers et des esters.
Le pH de la solution est maintenu acide pendant l'oxydation, de préférence entre 1 et 1,5.
La réaction est menée à une température inférieure à 100[deg.]Ç,
<EMI ID=7.1>
entre <1> et 10 atm. De préférence, on procède à la pression atmosphérique.
Le rapport molaire de l'hydroxyacide au catalyseur se situe de préférence entre 10 000 et 10.
Le rapport molaire du sel ferreux au sel de cuivre, lorsqu'ils sont utilisés en combinaison, se situe de préférence entre
10 et 1/10.
Le procédé est applicable à des dérivés phénoliques de n'importe quel type.
L'application du procédé suivant l'invention aux dérivés hydroxylés ou alcoxylés de l'acide phénylglycolique qui suivent est particulièrement intéressante :
acide 4-hydroxyphénylglycolique
acide 3-éthoxy-4-hydroxyphénylglycolique <EMI ID=8.1>
acide 3,5-diméthoxy-4-hydroxyphénylglycolique acide 3-hydroxy -4-méthoxyphénylgly colique
acide 2,5-diméthoxyphénylglycolique
acide 4-hydroxy-3-méthylphénylglycolique
<EMI ID=9.1>
acide 2-hydroxy-5-méthylphénylglycolique
acide 2,5-diméthyl-4-hydroxyphénylglycolique
acide. 3-méthoxy-4-hydroxyphénylgly colique.
Quelques exemples pratiques du procédé décrit sont donnés ci-après afin de mettre en évidence les différents aspects de la présente invention, mais les conditions opératoires mentionnées sont données à seul titre d'exemple et n'ont aucun caractère limitatif.
Exemple 1
550 ml d'une solution aqueuse contenant 40 g d'acide 3-méthoxy-4-hydroxyphénylglycolique (préparé par condensation de gaiacolate de sodium et de glyoxylate de sodium en solution aqueuse, avec neutralisation ultérieure de la solution basique
<EMI ID=10.1>
chargés dans un réacteur de deux litres. Le pH est réglé à 1,2
<EMI ID=11.1>
ou d'air dans la solution maintenue sous agitation, tandis que
<EMI ID=12.1>
gement intense de C02 qui s'achève pratiquement en l'espace de
<EMI ID=13.1>
extraction au benzène.
En évaporant les extraits organiques, on obtient 29,2 g
de vanilline (ce qui correspond à un rendement de 95 %) et on n'observe aucune trace d'impuretés en soumettant le résidu solide à la chromatographie.
Par cristallisation à partir de cyclohexane, on obtient
<EMI ID=14.1>
de vanilline brute restent en solution, dans laquelle sont dissoutes les impuretés.
Exemple 2
La réaction est menée de la manière décrite dans l'exemple <EMI ID=15.1>
utilisant de l'oxygène en présence de toluène. A la fin de la réaction, le toluène est extrait par décantation et on procède
à une extraction à partir de la phase aqueuse à deux reprises
à l'aide de toluène. Par évaporation des extraits organiques, on obtient 30 g de vanilline (rendement 97 %) ayant un p.F. de
<EMI ID=16.1>
Exemple' 3
La réaction est menée de la manière décrite dans l'exemple
<EMI ID=17.1>
02 est achevée au bout de quatre heures et 12 g de vanilline sont récupérés par extraction, ce qui correspond à un taux de conversion de 40 % par rapport à l'acide 4-hydroxy-3-méthoxyphénylglycolique (rendement sur la base de la quantité convertie :
90 %).
<EMI ID=18.1>
La réaction est menée de la manière décrite dans l'exemple 3, mais en utilisant des quantités équivalentes de sulfate de cuivre et d'acide sulfurique à la place du chlorure cuprique et de l'acide chlorhydrique. En procédant de la manière décrite dans l'exemple 3, on obtient 3,2 g de vanilline, avec un taux de conversion de 10 % par rapport à l'hydroxyacide de départ.
Exemple 5
La réaction est menée de la manière décrite dans l'exemple 1, avec cette différence que la solution de condensation entre le galacolate de sodium et le glyoxylate de sodium est acidifiée avec de l'acide bromhydrique à 48 % et que le catalyseur est CuBr2 en quantité équivalente.
Au bout de quatre heures d'oxydation à l'air, on récupère de la même manière 28 g de vanilline, ce qui correspond à un rendement de 91 %.
Exemple 6
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
de sodium avec le glyoxylate de sodium dans un milieu aqueux acidifié au pH 1 par l'acide chlorhydrique, sont chargés dans un
<EMI ID=21.1> le passage d'oxygène, on extrait le mélange avec du benzène et, par évaporation des extraits organiques, on obtient 7,2 g
<EMI ID=22.1>
Exemple 7
<EMI ID=23.1>
dihydroxyphénylglycolique (préparé par condensation de pyrocatéchinate de sodium avec le glyoxylate de sodium et acidification au pF 1 avec HC1 à 37 %) et 0,92 g de CuC12.2H20 sont chargés
<EMI ID=24.1>
vers le mélange réactionnel en élevant à 50�C la température de celui-ci. Au bout de six heures, on interrompt le passage d'oxygène et, par extraction avec l'acétate d'éthyle, on récupère
<EMI ID=25.1>
et une pureté de 99,5 %.
Exemple 8
<EMI ID=26.1>
400ml d'eau et le pH est réglé à 1 au moyen d'acide chlorhydrique
<EMI ID=27.1>
courant de 02 à travers le mélange, tandis que sa température est élevée à 80�C.Au bout de quatre heures, on interrompt le passage de 02 et on extrait l'aldéhyde avec du benzène.
Après évaporation du solvant et cristallisation à partir de cyclohexane, on obtient 9,76 g d'aldéhyde p-hydroxyb enzoique pur (rendement 80 %).
Exemple 9
La réaction est menée de la manière décrite dans l'exemple
<EMI ID=28.1>
à la place de l'acide 3-méthoxy-4-hydroxyphénylglycolique. On obtient un taux de conversion de 80 %, avec un rendement en aldéhyde vératrique de 90 %.
REVENDICATIONS
<EMI ID=29.1>
caractérisé en ce que des composés de formule générale
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
représentent chacun un hydrogène ou un alcoyle contenant 1 à 6 atomes de carbone, sont transformés par oxydation en composés de
formule
<EMI ID=32.1>
par l'air et/ou l'oxygène dans un milieu acide, à une température inférieure à 100�C et sous une pression de 1 à 10 atm, en présence d'un catalyseur consistant en un composé inorganique du cuivre, éventuellement en mélange avec un composé inorganique ou organique du fer.
The present invention relates to a new process for the preparation of aromatic hydroxy- and alkoxy-aldehydes.
More specifically, the present invention relates to a new process which makes it possible to prepare aromatic hydroxy- and alkoxy-aldehydes by the decarboxylation by oxidation of derivatives.
hydroxylated or alkoxylated phenylglycolic acid.
Aromatic hydroxy- and alkoxy-aldehydes are
important products that are widely used either directly,
either as intermediate products in the pharmaceutical and cosmetics industry, in the confectionery industry,
in the manufacture of anti-oxidants, etc. Vanillin, ethyl vanillin, protocatechuic aldehyde, ortho- and parahydroxybenzaldehyde, veratric aldehyde, piperonal, etc.,
to name a few examples, are in common use.
Different methods have been proposed for some time
for the preparation of aromatic aldehydes. But none of these
processes are not satisfactory in their application on an industrial scale. A process is known in particular (patent of
<EMI ID = 1.1>
with glyoxylic acid, followed by decarboxylation by oxidation of the hydroxy acid obtained, according to the following scheme:
<EMI ID = 2.1>
This method is particularly interesting because of the high degree of selectivity of condensation in the para position. In this regard, most electrophiles also attack the orthc position to an appreciable extent, resulting in mixtures of aldehydes.
This method is particularly important for the synthesis of vanillin and ethyl vanillin from gaiacol and gaethol. In these syntheses, the selectivity of the hydroxyl in the para position is more difficult to achieve with other electrophiles due to the presence of
<EMI ID = 3.1>
be non-equivalent free positions.
Until now, this process has not found any industrial application, due to the quite poor progress of the oxidation phase. In this regard, the oxidation of the glycolic chain is carried out, according to the known method, by
metal salts in an alkaline medium, under pressure and at a temperature above 100 ° C. If a high conversion rate is to be obtained, stoichiometric amounts of metal salts are not sufficient and it is necessary to introduce an excess of these salts, which can reach ten times the stoichiometric amount. When this is done, on the one hand the large quantities of metal salts create serious problems of recovery and purification of the aqueous effluents and, on the other hand, the necessary conditions of alkalinity, pressure and temperature give rise to side reactions of the aldehydes, with the resulting drop in yield. It is also necessary to have equipment capable of withstanding pressure and corrosion.
Now, it has been discovered, surprisingly, a particularly simple and economical process for converting hydroxylated and alkoxylated derivatives of phenylglycolic acid into aldehydes in very high yields. This process is based on the oxidation of the hydroxy acid with air and / or oxygen in the presence of suitable catalysts, in accordance with the following stoichiometric equation:
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
each represents hydrogen or an alkyl containing 1 to 6 carbon atoms.
The use of air or oxygen instead of other oxidants results in both a great economic advantage and a significant ecological advantage.
The catalysts play an essential role in carrying out the new process. The catalysts needed for the reaction
(I) are inorganic or organic compounds of copper, used singly or in admixture with inorganic or organic compounds of iron. Suitable for example, as copper compounds usable as catalysts in the process of the invention, copper chloride, sulfate, nitrate, acetate or acetylacetonate.
Suitable for example as iron compounds which can be used as accompanying catalysts, iron chloride, sulphate, acetate, acetylacetonate, ferrocene or derivatives
<EMI ID = 6.1>
Used alone, iron salts have lower catalytic activity than copper salts, but the combination of iron and copper salts results in a synergistic catalytic action which results in more efficient overall catalysis, especially with certain more fragile products susceptible to subsequent oxidation, in particular protocatechuic aldehyde which, comprising two hydroxyls in the ortho position, is particularly degradable.
From the point of view of the conversion rate and the yield, the best results are obtained using Cu catalysts based on halides, optionally mixed with Fe halides, in a medium made acidic by a hydrohalic acid. However, reaction (I) is catalyzed by any copper compound in a medium made acidic by a mineral acid.
The reaction can be carried out in aqueous solution.
It is particularly advantageous to use the same solution in which the condensation of the phenolic derivative with glyoxylic acid has been carried out, after having adjusted the pH and without isolating the hydroxy acid formed.
The process can also be carried out in an aqueous solution with the addition of an organic solvent miscible with water, depending on the solubility characteristics of the reactive substances considered. These solvents can be, for example, aliphatic alcohols such as methanol, ethanol or the like, acetic acid, acetonitrile, dioxane, etc.
Finally, it is also possible to carry out the process in water in the presence of a solvent which is immiscible with water and which extracts the aldehyde from the aqueous solution as it is formed. , but does not extract the starting hydroxy acid. This method is advantageous in the case where the aldehyde formed is liable to subsequent oxidation. Hydrocarbon solvents, ethers and esters are suitable as water-immiscible solvents.
The pH of the solution is kept acidic during the oxidation, preferably between 1 and 1.5.
The reaction is carried out at a temperature below 100 [deg.] Ç,
<EMI ID = 7.1>
between <1> and 10 atm. Preferably, the procedure is carried out at atmospheric pressure.
The molar ratio of the hydroxy acid to the catalyst is preferably between 10,000 and 10.
The molar ratio of ferrous salt to copper salt, when used in combination, is preferably between
10 and 1/10.
The process is applicable to phenolic derivatives of any type.
The application of the process according to the invention to the hydroxylated or alkoxylated derivatives of phenylglycolic acid which follow is particularly advantageous:
4-hydroxyphenylglycolic acid
3-ethoxy-4-hydroxyphenylglycolic acid <EMI ID = 8.1>
3,5-Dimethoxy-4-hydroxyphenylglycolic acid 3-hydroxy -4-methoxyphenylgly colic acid
2,5-dimethoxyphenylglycolic acid
4-hydroxy-3-methylphenylglycolic acid
<EMI ID = 9.1>
2-hydroxy-5-methylphenylglycolic acid
2,5-dimethyl-4-hydroxyphenylglycolic acid
acid. 3-methoxy-4-hydroxyphenylgly colic.
Some practical examples of the process described are given below in order to demonstrate the various aspects of the present invention, but the operating conditions mentioned are given by way of example only and are in no way limiting.
Example 1
550 ml of an aqueous solution containing 40 g of 3-methoxy-4-hydroxyphenylglycolic acid (prepared by condensation of sodium gaiacolate and sodium glyoxylate in aqueous solution, with subsequent neutralization of the basic solution
<EMI ID = 10.1>
loaded into a two-liter reactor. The pH is adjusted to 1.2
<EMI ID = 11.1>
or air in the solution kept under stirring, while
<EMI ID = 12.1>
intense build-up of CO2 which is completed practically in the space of
<EMI ID = 13.1>
benzene extraction.
By evaporating the organic extracts, 29.2 g are obtained.
vanillin (which corresponds to a yield of 95%) and no trace of impurities is observed by subjecting the solid residue to chromatography.
By crystallization from cyclohexane, one obtains
<EMI ID = 14.1>
of crude vanillin remain in solution, in which the impurities are dissolved.
Example 2
The reaction is carried out as described in example <EMI ID = 15.1>
using oxygen in the presence of toluene. At the end of the reaction, the toluene is extracted by decantation and the procedure is
to extraction from the aqueous phase twice
using toluene. By evaporation of the organic extracts, 30 g of vanillin (yield 97%) are obtained having a m.p. of
<EMI ID = 16.1>
Example '3
The reaction is carried out as described in Example
<EMI ID = 17.1>
02 is completed after four hours and 12 g of vanillin is recovered by extraction, corresponding to a conversion rate of 40% with respect to 4-hydroxy-3-methoxyphenylglycolic acid (yield based on quantity converted:
90%).
<EMI ID = 18.1>
The reaction is carried out as described in Example 3, but using equivalent amounts of copper sulfate and sulfuric acid in place of cupric chloride and hydrochloric acid. By proceeding in the manner described in Example 3, 3.2 g of vanillin are obtained, with a conversion rate of 10% relative to the starting hydroxy acid.
Example 5
The reaction is carried out as described in Example 1, with the difference that the condensation solution between sodium galacolate and sodium glyoxylate is acidified with 48% hydrobromic acid and that the catalyst is CuBr2 in equivalent amount.
After four hours of oxidation in air, 28 g of vanillin are recovered in the same way, which corresponds to a yield of 91%.
Example 6
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
of sodium with sodium glyoxylate in an aqueous medium acidified to pH 1 by hydrochloric acid, are loaded into a
<EMI ID = 21.1> after passing through oxygen, the mixture is extracted with benzene and, by evaporation of the organic extracts, 7.2 g are obtained
<EMI ID = 22.1>
Example 7
<EMI ID = 23.1>
dihydroxyphenylglycolic (prepared by condensation of sodium pyrocatechinate with sodium glyoxylate and acidification to pF 1 with 37% HCl) and 0.92 g of CuC12.2H20 are charged
<EMI ID = 24.1>
to the reaction mixture, raising the temperature thereof to 50 ° C. After six hours, the passage of oxygen is stopped and, by extraction with ethyl acetate, the mixture is recovered.
<EMI ID = 25.1>
and a purity of 99.5%.
Example 8
<EMI ID = 26.1>
400ml of water and the pH is adjusted to 1 using hydrochloric acid
<EMI ID = 27.1>
O2 flow through the mixture while its temperature is raised to 80 ° C. After four hours, the O2 flow is stopped and the aldehyde is extracted with benzene.
After evaporation of the solvent and crystallization from cyclohexane, 9.76 g of pure p-hydroxyb-enzo aldehyde are obtained (yield 80%).
Example 9
The reaction is carried out as described in Example
<EMI ID = 28.1>
in place of 3-methoxy-4-hydroxyphenylglycolic acid. A conversion rate of 80% is obtained, with a true aldehyde yield of 90%.
CLAIMS
<EMI ID = 29.1>
characterized in that compounds of general formula
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
each represent hydrogen or an alkyl containing 1 to 6 carbon atoms, are converted by oxidation to compounds of
formula
<EMI ID = 32.1>
by air and / or oxygen in an acidic medium, at a temperature below 100 ° C and under a pressure of 1 to 10 atm, in the presence of a catalyst consisting of an inorganic copper compound, optionally mixed with an inorganic or organic iron compound.