Procédé de préparation de composés d'ammonium quaternaire
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de composés d'ammonium quaternaire, à partir de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
Le procédé est caractérisé par la mise en réaction d'une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol avec une à trois moles d'un agent quaternisant comprenant un radical organique possédant de 10 à 21 atomes de carbone, et un atome ou groupe d'atomes de caractère négatif.
L'agent quaternisant est d'ordinaire un composé de formule RX, dans laquelle R est un groupe monovalent, de préférence un groupe alcoyle de dix à dixhuit atomes de carbone, un groupe alcényle de dix à dix-huit atomes de carbone ou un groupe alcoylbenzyle dans lequel la portion alcoyle contient de six à quatorze atomes de carbone. X peut être du chlore, du brome ou de l'iode, le chlore étant préféré, ou un groupe sulfate, méthyl-sulfate, phosphate, etc.
Le tris-(diméthylaminométhyl)phénol utilisé peut se présenter sous n'importe quelle forme. Il est possible aussi d'utiliser des mélanges d'isomères. La forme isomère préférée est celle dans laquelle les groupes diméthylaminométhyl sont en position 2,4,6.
Une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol peut réagir avec une, deux ou trois moles de RX en donnant des produits contenant respectivement un, deux ou trois groupes ammonium quaternaire. I1 est préférable toutefois que le produit final contienne au moins deux groupes ammonium quaternaire.
Quand on fait réagir plus d'une mole de composé
RX par mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, il n'est pas nécessaire que toutes les molécules RX soient identiques. En outre, il est parfois désirable, en particulier quand on fait réagir plus d'une mole d'un composé RX par mole de tris-(diméthylamino méthyl)phénol, d'utiliser de l'iodure de sodium comme catalyseur. L'évolution de la réaction entre le tris-(diméthylaminométhyl)phénol et le composé RX est régulière. Ce composé RX se combine sur la base de pratiquement une mole pour mole avec un seul azote aminique avant qu'un second atome d'azote commence à réagir avec le composé RX. De même, le second atome d'azote aminique se combine avec le composé RX sur la base de pratiquement une mole pour une mole avant que le troisième atome d'azote commence à réagir avec RX.
Par conséquent, il est possible d'obtenir un produit de réaction sensiblement pur contenant le nombre désiré de groupes ammonium quaternaire.
Le cours de la réaction et, concomitamment, la composition du produit, peuvent être réglés par addition de la quantité appropriée du composé RX utilisée et par une détermination périodique de la quantité d'halogénure ionisable présente dans le milieu réactionnel, par exemple par titrimétrie. Si on désire obtenir un groupe ammonium quaternaire, on utilise des proportions équimolaires des réactifs et la réaction est poursuivie jusqu'à ce que la quantité théorique d'halogénure ionisable soit présente dans le milieu réactionnel. Si on désire obtenir deux groupes ammonium quaternaire, on utilise deux moles du composé RX par mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol et on poursuit la réaction jusqu'à son terme, qui peut être déterminé comme précédemment.
De même, si on désire obtenir trois groupes ammonium quaternaire, on utilise trois moles du composé RX par mole de phénol substitué et on poursuit la réaction jusqu'à son terme. I1 est possible d'effectuer la réaction avec trois moles du composé
RX présent par mole de tris-(diméthylaminométhyl) phénol et d'obtenir un produit contenant d'un à trois groupes ammonium quaternaire. On y parvient en interrompant la réaction quand le mélange réactionnel contient la quantité théorique d'halogénure ionisable pour obtenir le nombre de groupes ammonium quaternaire désiré dans le produit. On peut, de même, partir de deux moles du réactif RX et d'une mole de tris-(diméthylaminométhyl) phénol et obtenir un produit contenant un ou deux groupes ammonium quaternaire.
La réaction peut être interrompue en refroidissant le mélange réactionnel audessous de la température de réaction, ou en introduisant un solvant organique inerte tel que l'heptane dans le mélange réactionnel.
Bien qu'on ait indiqué qu'un atome d'azote aminique réagissait avec le composé RX de manière sensiblement complète avant qu'un second atome d'azote commence à réagir et, de même que le second atome d'azote aminique réagissait de manière sensiblement complète avant que le troisième entre en action, il n'y a apparemment aucune préférence réactionnelle nette pour un atome quelconque particulier d'azote eu égard à sa position sur le noyau benzénique. I1 existe une différence notable entre les réactivités des premier, deuxième et troisième atomes d'azote aminique eu égard à leur réactions avec le composé RX. Le premier atome d'azote aminique réagit assez facilement, le second d'une manière un peu plus lente et le troisième possède généralement une réactivité assez lente.
La présente réaction peut être effectuée entre 50 et 1500 C et sous la pression atmosphérique, bien que des pressions supérieures puissent être applicables, en particulier si on désire effectuer la réaction nettement au-dessus du point d'ébullition du mélange réactionnel. Aux températures nettement inférieures à 500 C, la réaction est lente et à la température ambiante (25 à 300 C), il ne se produit apparemment aucune réaction appréciable. Des températures nettement au-dessus de 1500 C, n'accélèrent habituellement pas ou ne facilitent pas de quelque autre manière la réaction, et dans certains cas lui nuisent. Aussi, ces températures sont généralement à éviter. I1 est commode d'opérer à la température de reflux du mélange réactionnel.
On peut effectuer la réaction en présence d'un solvant organique volatil inerte comme l'éthanol, l'isopropanol, le butanol, le nitrométhane, l'acétonitrile, la diméthylformamide, le dioxane, l'éther propylique, l'éther butylique, etc., que l'on peut facilement chasser par évaporation ou distillation à la fin de la quaternisation.
Les produits finals sont habituellement isolés en évaporant le solvant du mélange réactionnel. Comme mesure de précaution, il est habituellement désirable d'extraire les traces possibles de tris-(diméthylamino méthyl)phénol inutilisé du mélange réactionnel au moyen d'eau et les traces éventuellement restantes de composé RX inutilisé, de préférence à l'aide d'un solvant hydro-carboné tel que l'heptane. De telles extractions ne sont habituellement pas nécessaires, en particulier si les quantités des réactifs présentes dans le milieu réactionnel sont soigneusement contrôlées et la réaction effectuée jusqu'à son terme.
Les composés d'ammonium quaternaire résultant du présent procédé sont intéressants comme bactéricides et fongicides. Leur activité germicide, exprimée en coefficient phénolique (USA: phenol coefficient ), est en moyenne bien supérieure à 100.
Le coefficient phénolique indique l'activité germicide d'une substance par rapport à celle du phénol pris comme substance témoin, vis-à-vis des microorganismes d'essai Salmonella typhosa et Staphylococcus pyogens var. aureus. Les méthodes standardisées servant à déterminer le coefficient phénolique sont appelées Phenol Coefficient Methods aux
USA. Est particulièrement efficace contre Salmonella typhosa le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de chlorure de dodécényle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, qui donne un coefficient phénolique de 250.
Le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de chlorure d'octyl-benzyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol est extrêmement efficace contre Staphylococcus pyogens, var. aureus, car il donne un coefficient phénolique de 335. Lesdits composés manifestent de fortes propriétés bactéricides, même en eau relativement dure.
Dans un essai standard de toxicité à l'égard des mycètes Sternphylium sarcinaeforme et Monilinia fructicola, dans lequel on détermine la quantité de fongicide nécessaire, en parties par million de parties d'eau, pour inhiber 50 6/o de la germination des spores du mycète utilisé, les composés obtenus par le procédé selon l'invention donnèrent de façon régulière des valeurs inférieures à dix et en moyenne de cinq environ. Des valeurs de dix ou moins indiquent d'excellentes caractéristiques fongicides. Ces composés montrent une bonne ténacité contre les lavages répétés à l'eau et manifestent une bonne stabilité.
L'absence de phytotoxicité de ces composés d'ammonium quaternaire dans l'essai standard avec la tomate est complètement inattendue meme quand ces composés sont utilisés à des concentrations atteignant 1610. Il est inhabituel qu'un composé d'ammonium quaternaire soit fortement fongicide et bactéricide sans manifester de tendances phytotoxiques.
L'invention est illustrée par les exemples suivants, où les parties sont exprimées en poids.
Exemple I
On introduit dans un ballon de réaction muni d'un agitateur et d'un thermomètre, 8 parties de tris (diméthylaminométhyl)phénol, 24,6 parties de chlorure de dodécylméthylbenzyle et 50 parties d'isopropanol. On agite le mélange et on le chauffe à 60-700 C pendant douze heures. On lave le mélange réactionnel à l'eau, puis à l'heptane. On rectifie la couche alcoolique à siccité. Le produit contient 3,8 0/o d'azote (quantité théorique 3,9 6/o). I1 est identifié comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de chlorure de dodécylméthylbenzyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
On prépare de manière similaire le bromure d'ammonium quaternaire correspondant.
Exemple 2
On introduit dans un récipient 8 parties de tris (diméthylaminométhyl)phénol, 18,4 parties de chlorure de dodécylméthylbenzyle et 60 parties d'acétonitrile. On chauffe le mélange à 65-800 C pendant neuf heures, puis, au bout de ces neuf heures, on évapore à siccité. Le produit contient 8,6 o de chlore (théorie, 8,2 /o) et est identifié comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de deux moles de chlorure de dodécylméthylbenzyle sur une mole de tns-(diméthylaminométhyl)- phénol.
On obtient le même résultat en utilisant un excès de chlorure de dodécylméthylbenzyle et en interrompant la réaction quand le mélange réactionnel contient la quantité théorique de chlore ionisable.
On isole le produit après extractions aqueuse et heptanique.
Exemple 3
On mélange dans un appareil de réaction 8 parties de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, 9,2 parties de chlorure de dodécylméthylbenzyle et 50 parties d'isopropanol. On chauffe le mélange réactionnel au reflux pendant quatre heures, puis on le lave à l'aide d'eau et d'heptane. On évapore la couche aqueuse à siccité et on identifie le produit comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation d'une mole de chlorure de dodécylméthylbenzyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
On obtient le même produit en utilisant un excès de chlorure de dodécylméthylbenzyle et en interrompant la réaction quand le mélange réactionnel contient la quantité théorique de chlore ionique. On obtient le produit après extractions aqueuse et heptanique.
Exemple 4
On met dans un appareil de réaction 8 parties de tris-(diméthylaminométhyl) phénol, 18,3 parties de chlorure de dodécényle et 50 parties d'isopropanol.
On chauffe le mélange réactionnel à 80-90o C pendant quatorze heures, puis on le lave à l'aide d'eau et d'heptane. On évapore la couche isopropanolique à siccité. Le rapport du chlore à l'azote dans le produit est de 2,4 (théorie 2,5). Le produit est identifié comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de chlorure de dodécényle sur une mole de tris-(diméthylamino méthyl)phénol.
Le composé renfermant deux moles de chlorure de dodécényle pour une mole de tris-(diméthylamino- méthyl)phénol se prépare de la manière indiquée dans l'exemple 2.
On prépare d'une manière analogue les composés d'ammonium quaternaire du tris-(diméthylaminométhyl)phénol et du chlorure d'octadécényle.
Exemple 5
Dans un appareil de réaction, on place 8 parties de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, 19,9 parties de bromure de décyle et 60 parties de dioxane. On chauffe le mélange réactionnel au reflux pendant seize heures puis on le refroidit et on le lave à l'eau et l'heptane. On chasse les composants volatils par évaporation. On identifie le produit comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de bromure de décyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
Les composés contenant, respectivement, deux moles et une mole de bromure de décyle pour une mole de tris-(diméthylaminométhyl) phénol, se préparent de manière analogue à celle décrite dans les exemples 2 et 3.
On prépare de même les composés d'ammonium quaternaire d'iodure d'octadécyle et de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
Exemple 6
On introduit dans un récipient de réaction, 8 parties de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, 21,2 parties de chlorure de propoxy-décyle et 75 parties d'isopropanol. On chauffe le mélange à 80-90 C, pendant vingt heures, puis on refroidit et on lave à l'eau et à l'heptane. On évapore à siccité la couche isopropanolique. Le produit est identifié comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de chlorure de propoxydécyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)- phénol.
On prépare d'une manière similaire les composés d'ammonium quaternaire du chlorobutyrate d'octyle et du tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
Exemple 7
On mélange dans un récipient 8 parties de tris (diméthylaminométhyl)phénol, 25,1 parties de bromododécanamide et 75 parties d'isopropanol. On élève la température du système à 85-920 C et on la maintient dans cette gamme pendant douze heures.
On refroidit le mélange, puis on le lave à l'eau et à l'heptane. On évapore la couche alcoolique à siccité.
Le produit est identifié comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de bromododécanamide sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
On prépare d'une manière analogue à celle décrite dans les exemples 2 et 3, les composés d'am monium quaternaire de la chlorodécyl-cyclobutylcétone et du tris-(diméthylaminométhyl) phénol.
Exemple 8
On mélange ensemble dans un appareil de réaction 8 parties de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, 21,5 parties de chlorure d'octylbenzyle et 50 parties d'isopropanol. On chauffe le mélange à 70-850 C pendant quatorze heures, puis on le refroidit. On lave le mélange réactionnel à l'eau et à l'heptane.
On évapore la couche isopropanolique à siccité. Le produit obtenu contient 10,9 6/o de chlore (théorie 11,4 O/o) et 4,3 /o d'azote (théorie 3,7 /o). On l'identifie comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation de trois moles de chlorure d'octylbenzyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
La durée de la réaction est considérablement réduite si on l'effectue en présence d'iodure de sodium.
Exemple 9
On introduit dans un appareil de réaction 8 parties de tris-(diméthylaminométhyl) phénol, 6,1 parties de chlorure de dodécyle et 40 parties d'isopropanol. On maintient le mélange réactionnel à 75830 C pendant seize heures, puis on le refroidit à la température ambiante. On lave le mélange à l'eau, puis à l'heptane. On isole le produit de la couche alcoolique. Le produit contient 8,8 6/o d'azote (théorie 8,9 0/o) et est identifié comme étant le composé d'ammonium quaternaire résultant de la fixation d'une mole de chlorure de dodécyle sur une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol.
Exemple 10
On introduit dans un récipient 8 parties de tris (diméthylaminométhyl)phénol, 6,1 parties de chlorure de dodécényle et 50 parties d'isopropanol. On chauffe le mélange réactionnel à 85-920 C pendant dix heures. Au bout de ce temps, on introduit 6,3 parties de bromure de décyle et on réchauffe le mélange à 80-90o C pendant douze heures. On ajoute alors 7 parties de chlorure de propoxy-décyle. On chauffe le mélange réactionnel à 80-850 C pendant vingt heures. On refroidit le mélange et on le lave à l'eau et à l'heptane. On chasse l'alcool par évaporation et on identifie le produit comme étant le composé d'ammonium quaternaire du tris-(diméthylaminométhyl)phénol avec le chlorure de dodécényle, le bromure de décyle et le chlorure de propoxydécyle.
On prépare de la même manière le composé d'ammonium quaternaire composé d'une mole de tris-(diméthylaminométhyl)phénol, d'une mole de bromure de décyle et de deux moles de chlorure de dodécényle.