CH688149A5 - Procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles et nouveaux dérivés d'hydrazine. - Google Patents
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Description
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CH 688 149 A5
Description
La présente invention est relative à un nouveau procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogé-no-1,2,4-triazoles de formule générale (I):
R
\
N N
I II
C C
/ \/ \
X N OH
dans laquelle R représente un groupement alkyle et X un atome d'halogène.
Ces composés sont d'importants intermédiaires de synthèse de pesticides, notamment d'insecticides. Le dérivé pour lequel R représente le groupement isopropyle et X le chlore est par exemple un intermédiaire de la synthèse de l'Isazofos, matière active pesticide bien connue de l'homme du métier.
Le brevet US 3 992 398 décrit la synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazoles par réaction du phosgène avec une 1-alkyl-1-cyano-hydrazine obtenue par réaction d'une alkylhydrazine avec le chlorure de cyanogène. Cette voie est à ce jour largement utilisée au stade industriel.
Le brevet US 4 006 157 décrit la synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles par réaction d'une alkylhydrazine avec le chlorure de dichloro-isocyano-N-carbonyle, lui-même obtenu par réaction du phosgène avec le chlorure de cyanogène.
L'utilisation dans ces procédés du chlorure de cyanogène, réactif très toxique, jadis utilisé comme gaz de combat, présente toutefois un inconvénient très important et l'homme du métier recherche en permanence un procédé ne mettant pas en œuvre ce composé et compétitif d'un point de vue économique.
B. BÖHNER, D. DAWES et W. MEYER, dans Kemia-Kemi, 1 (9), 585—9 (1974) décrivent la synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazoles par réaction du chlore avec un 1-alkyl-3-hydroxy-1,2,4-tria-zole, lui-même obtenu par réaction d'une 1-alkyl-2-carboxamide hydrazine avec l'acide formique. Ce procédé nécessite toutefois de nombreuses opérations unitaires le rendant très compliqué. Les rendements ne sont, par ailleurs, pas satisfaisants et ce procédé n'est économiquement pas intéressant pour un développement au stade industriel.
Il a été découvert, de façon inattendue, qu'on pouvait obtenir, grâce notamment à l'utilisation d'un catalyseur particulier, les 1-afkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles par réaction d'un 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole (encore appelé 1-alkylurazole) avec un agent halogénant de type ionique et que cette réaction d'halogénation de type ionique est sélective, c'est à dire qu'elle s'effectue très préférentielle-ment sur la fonction carbonyle située en alpha de l'atome d'azote substitué par le groupement alkyle.
Les 1-alkylurazoles, qui sont des composés connus, peuvent être obtenus à partir d'alkylhydrazines par des procédés faisant abstraction d'halogénures de cyanogène. Le brevet US 3 663 564 décrit par exemple la synthèse du 1-isopropylurazole par réaction de l'isopropylhydrazine avec le diéthylimidodi-carboxylate.
De plus, il a été découvert que le 1-isopropylurazole pouvait être obtenu à partir d'isopropylhydrazine par deux méthodes de préparation beaucoup plus économiques que les méthodes connues, grâce à la synthèse de composés intermédiaires nouveaux, à savoir le 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine et les 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle.
On obtient ainsi, à partir d'isopropylhydrazine, des procédés beaucoup plus économiques de synthèse de 1-isopropyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles, n'utilisant pas d'halogénures de cyanogène comme réactif.
La présente invention a donc pour objet un nouveau procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait réagir un 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole avec un agent halogénant de type ionique, en présence d'un catalyseur azoté choisi dans le groupe constitué par les aminés tertiaires, les halogénohydrates de ces aminés tertiaires, notamment les chlorhydrates et les bromhydrates, les aminés hétérocycliques, les halogéno hydrates de ces aminés hétérocycliques, notamment les chlorhydrates et les bromhydrates, et les amides N,N-disubstitués.
Les aminés tertiaires peuvent être aliphatiques, par exemple la triéthylamine, ou aromatiques, par exemple la N,N-diméthylaniline. Elles peuvent aussi comporter un ou plusieurs cycles non aromatiques, tels qu'un cycle cyclohexyle ou cyclopentyle, directement ou non relié à l'atome d'azote de l'amine.
On entend, de façon classique, par amine «hétérocyclique» une amine dont l'atome d'azote est un des sommets constituant le cycle, au moins un autre sommet du cycle n'étant pas un autre atome d'azote. Ce cycle peut être aromatique, par exemple la Pyridine, ou non aromatique, par exemple la N-méthylmorpholine. Les autres sommets du cycle peuvent comprendre au moins un atome de carbone et/ou d'autres hétéroatomes, comme c'est le cas pour la N-méthylmorpholine.
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Comme exemples d'amines hétérocycliques, on peut citer les pyridines, par exemple la pyridine et la 4-diméthylaminopyridine, les picolines, notamment la 5-éthyl-a-picoline, les quinoléines, les imidazoles N-substitués, les pyrroles N-substitués, les morpholines N-substituées.
Comme exemples d'amides N,N-disubstitués, on peut citer les N,N-dialkylamides, notamment les N,N-dialkylformamides comme le N,N-diméthylformamide (DMF) et les N,N-dialkylacétamides. De façon générale, les substituants peuvent être aliphatiques, cycloaliphatiques, aromatiques ou bien encore former un cycle. Le schéma réactionnel du procédé selon l'invention est le suivant:
RH R
\ / \
N - N agent halogénant N - N
| | de type ionique | [[
C C > C C
Jf \ / \ catalyseur azoté / \ / \
ONO X N OH
I
H
R et X ayant la signification précitée.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par agent halogénant de type ionique un agent susceptible de créer une liaison carbone-halogène dans une molécule organique selon une réaction ionique. Ces agents halogénants de type ionique s'opposent aux agents halogénants de type radicalaire, comme par exemple le N-chloro (ou bromo) succinimide, qui permettent eux aussi de créer une liaison carbone-halogène, mais selon une réaction faisant intervenir des radicaux libres et non pas des ions. Les agents halogénants de type ionique sont bien connus de l'homme du métier. Comme exemples de tels agents on peut citer POCb, POBr3, SOCI2, PCI5, SOBr2, PBrs.
De façon préférée, le rapport molaire entre le catalyseur azoté et le 1-alkylurazole est compris entre 0,001 et 0,5.
De façon également préférée, l'agent halogénant de type ionique est un agent chlorant, de préférence POCI3, ce qui permet d'obtenir des 1-alkyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazoles, ou bien encore un agent bromant, ce qui permet d'obtenir des 1-alkyl-3-hydroxy-5-bromo-1,2,4-triazoles.
On utilise de préférence un fort excès d'agent halogénant de type ionique lorsque cela permet d'éviter l'emploi d'un solvant organique. Lorsque cela s'avère nécessaire, notamment lorsque le milieu est très visqueux donc difficilement agitable, on peut utiliser un solvant inerte, de préférence à point d'ébul-lition élevé choisi parmi les solvants aromatiques tels que le toluène, le chlorobenzène, les xylènes, l'éthylbenzène, l'orthodichlorobenzène, le 1,2,3-trichlorobenzène.
Lorsqu'on opère en présence d'un solvant organique, le rapport molaire entre l'agent halogénant de type ionique et le 1-alkylurazole est de préférence compris entre 1 et 3.
La température de réaction est en général comprise entre 90°C et 250°C, de préférence comprise entre 140°C et 200°C.
Selon une autre variante préférée de l'invention, la chaîne 1-alkyle du 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole, et donc la chaîne 1-alkyle du 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazole obtenu, est une chaîne linéaire, cyclique ou ramifiée, comportant 1 à 6 atomes de carbone, de préférence 1 à 4 atomes de carbone.
De façon particulièrement préférée, cette chaîne est le groupement isopropyle.
Selon une variante particulièrement préférée de l'invention, on synthétise le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole par réaction du 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole avec un agent chlorant de type ionique, de préférence POCI3. Dans le cadre de cette variante particulièrement préférée, il est possible de synthétiser le 1-isopropylurazole selon les procédés connus, qui n'utilisent pas le chlorure de cyanogène. Ces procédés sont toutefois relativement onéreux. Il a été découvert deux nouvelles voies particulièrement économiques de synthèse du 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole à partir d'isopropylhydrazine, ce qui permet finalement d'obtenir le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole à partir d'isopropylhydrazine selon des procédés économiquement très intéressants, industrialisables et évitant l'utilisation de chlorure de cyanogène.
La première voie, qui est préférée, car la plus simple et la plus économique, consiste à obtenir le 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole par phosgénation de la 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine de for-
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CH3 O
\ //
mule ^ ^2* Ce composé est un composé nouveau, pouvant par ch3 nh2
exemple être obtenu par réaction du cyanate de sodium ou de potassium avec l'isopropylhydrazine.
Il faut rappeler que les cyanates, contrairement aux cyanures et aux halogénures de cyanogène, ne sont pas toxiques.
La seconde voie consiste à obtenir le 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole par cyclisation, en milieu basique, d'un 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate d'alkyle, par exemple de méthyle ou d'éthyle. Les 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle, de formule générale
CH3
\
ch o
/ \
CH3 N — NH - C
/ \ C = O O - alkyle
I
nh2
sont des composés nouveaux pouvant par exemple être obtenus par réaction du cyanate de sodium avec un 2-isopropylcarbazate d'alkyle, dérivé connu facilement accessible à partir d'isopropylhydrazine.
Ce n'est donc que grâce à la synthèse de nouveaux dérivés d'hydrazine, à savoir la 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine et les 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle, qu'il a été possible d'obtenir le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole à partir d'isopropylhydrazine selon des procédés économiquement très intéressants, industrialisables et n'utilisant pas de chlorure de cyanogène.
La présente invention a donc également pour objet la 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine et les 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle, notamment celui de méthyle et celui d'éthyle.
Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention et les avantages qu'elle procure.
Exemple 1
Synthèse du 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate de méthyle.
A 10 g (76 mmol) de 2-isopropylcarbazate de méthyle, on ajoute 8,5 g d'eau et 21,2 g de méthanol. On coule ensuite, à 7°C, 2,2 ml d'acide sulfurique concentré puis on laisse le milieu réactionnel sous agitation à 20°C environ durant 1 h. On ajoute ensuite lentement 5,1 g (79 mmol) de cyanate de sodium, puis on laisse le milieu sous agitation à 20°C durant 10 h environ. Après élimination des sels formés par filtration, on concentre le milieu réactionnel par évaporation sous pression réduite, puis on recristallise le produit obtenu dans le méthanol.
On recueille ainsi 11,3 g de 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate de méthyle (rendement 85%), produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de masse, dont le point de fusion est 161°C.
Exemple 2
Synthèse de 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate d'éthyle.
A 50 g (343 mmol) de 2-isopropyl carbazate d'éthyle, on ajoute 39 g d'eau et 80 g d'éthanol. On coule ensuite, à 5°C, 10,5 ml d'acide sulfurique concentré puis on laisse le milieu réactionnel sous agitation à 20°C environ pendant 1 h. On ajoute ensuite lentement 25,7 g (395 mmol) de cyanate de sodium, puis on laisse le milieu sous agitation entre 20°C et 75°C durant 10 h environ. Après filtration des sels formés, on concentre le milieu réactionnel par évaporation sous pression réduite, puis on recristallise le produit obtenu dans l'éthanol.
On recueille ainsi 36,3 g (rendement 73%) de 2-isopropyl-2-carboxamide carbazate d'éthyle, produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de 2 masse, dont le point de fusion est 185-187°C.
Exemple 3
Synthèse du 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole (ou 1-isopropylurazole) à partir du 2-isopropyl-2-car-boxamide carbazate de méthyle.
Dans 50 ml d'une solution aqueuse 4 N de potasse, on introduit, à 20°C, 17,5 g (0,1 mol) de 2-iso-
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propyl-2-carboxamide carbazate de méthyle obtenu selon l'exemple 1. On porte le milieu réactionnel à 95°C puis on maintient cette température pendant 40 min.
On neutralise ensuite le milieu, à 20°C, par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique 12 N. Après concentration du milieu par évaporation sous pression réduite et chauffage à 50°C environ, on extrait le produit recherché avec du méthanol.
Un refroidissement à 0°C de la phase méthanolique permet de recueillir, par précipitation, 11,2 g (rendement 78%) de 1-isopropylurazole, produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de masse, dont le point de fusion est 186°C.
Exemple 4
Synthèse du 1-tsopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole en milieu solvant organique et en présence de 5-éthyl-a-picoline comme catalyseur.
On mélange, à 20°C environ, 1,05 g (7,1 mmol) de 1-isopropylurazole obtenu selon l'exemple 3, 21,3 g (0,14 mol) de POCb, 0,2 g (1,6 mmol) de 5-éthyl-a-picoline et 80 g d'orthodichlorobenzène. On chauffe le milieu réactionnel 24 h entre 160 et 170°C, puis on isole le produit recherché par Chromatographie sur colonne de silice avec élution par le dichlorométhane.
On recueille ainsi 0,30 g (rendement 26%) de 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole, composé solide identifié par spectrométries RMN 1H, RMN 13C et de masse, dont le point de fusion est 105,5°C.
Par ailleurs, une recherche de 1-isopropyl-3-chloro-5-hydroxy-1,2,4-triazole dans le milieu réactionnel s'est révélée négative.
On a, parallèlement à cet exemple 4 selon l'invention, réalisé un exemple comparatif sans 5-éthyl-a-picoline, toutes autres conditions rigoureusement identiques par ailleurs. On constate que le milieu réactionnel ne contient pas de 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole. Cet exemple comparatif, qui ne fait pas partie de l'invention, met bien en évidence la nécessité de la présence du catalyseur azoté.
Exemple 5
Synthèse du 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine.
A 251 g d'une solution aqueuse d'isopropylhydrazine à 15,1% (soit 51,2 mmol d'isopropylhydrazine) refroidie à 0°C, on ajoute goutte à goutte, en maintenant la température à 0°C, 2,87 g (28,2 mmol) d'acide sulfurique concentré puis 3,56 g (54,7 mmol) de cyanate de sodium.
On maintient le milieu réactionnel sous agitation à 20°C environ pendant 14 h, puis on le filtre. On concentre ensuite la phase liquide issue de la filtration par évaporation sous pression réduite, puis on recristallise le produit obtenu dans l'éthanol.
On obtient ainsi 4,1 g (rendement 69%) de 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine, composé solide blanc identifié par spectrométries IR, RMN 1H, RMN 13C et de masse.
Exemple 6
Synthèse du 1-isopropylurazole à partir du 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine.
Dans 50 ml de toluène, on met en suspension 1,1 g (27,5 mmol) d'oxyde de magnésium et 3 g (25,6 mmol) de 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine obtenue selon l'exemple 5. On refroidit à 0°C puis on ajoute, à 0°C, 5,15 g (52 mmol) de phosgène gazeux. On chauffe à 35°C, puis après élimination de l'excès de phosgène, on concentre le milieu par évaporation sous pression réduite. On isole ensuite le produit recherché par Chromatographie sur colonne de silice avec élution par un mélange méthanol-chloroforme, respectivement 1/9 en volumes.
On obtient ainsi 1,8 g (rendement 50%) de 1-isopropylurazole, produit solide identifié par spectrométries IR, RMN 1H et de masse, dont le point de fusion est 184°C.
Exemple 7
Synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole en milieu solvant organique et en présence de 5-éthyl-a-picoline comme catalyseur.
On mélange, à 20°C environ, 1,05 g (7,1 mmol) de 1-isopropylurazole obtenu selon l'exemple 6, 3,15 g (14 ml) de POCI3, 0,1 g (0,8 mmol) de 5-éthyl-a-picoline et 50 g d'orthodichlorobenzène. On chauffe le milieu réactionnel 36 h entre 160°C et 170°C, puis on isole le produit recherché par Chromatographie sur colonne de silice avec élution par le dichlorométhane.
On recueille ainsi 0,25 g (rendement 21,5%) de 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole, identifié par spectrométries IR, RMN 1H, RMN 13C et de masse, dont le point de fusion est 105°C.
Claims (1)
- Revendications1. Procédé de synthèse de 1-alkyl-3-hydroxy-5-halogéno-1,2,4-triazoles caractérisé en ce qu'on fait réagir un 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole avec un agent halogénant de type ionique, en présence d'un55101520253035404550556065CH 688 149 A5catalyseur azoté choisi dans le groupe constitué par les aminés tertiaires et leurs halogénohydrates, les aminés hétérocycliques et leurs halogénohydrates et par les amides N,N-disubstitués.2. Procédé de synthèse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur azoté est choisi dans le groupe constitué par les aminés tertiaires, les aminés hétérocycliques et les amides N,N-di-substitués.3. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aminés hétérocycliques sont des aminés hétérocycliques aromatiques.4. Procédé de synthèse selon la revendication 3, caractérisé en ce que les aminés hétérocycliques aromatiques sont des pyridines.5. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur azoté est la 5-éthyl-a-picoline.6. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent halogénant de type ionique est un agent chlorant ou un agent bromant, de préférence POCh.7. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupement 1-alkyle comporte 1 à 6 atomes de carbone, de préférence 1 à 4 atomes de carbone.8. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de réaction est comprise entre 90°C et 250°C.9. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise un excès d'agent halogénant de type ionique.10. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise entre 0,1% et 50% molaire de catalyseur azoté par rapport au 1-alkyl-3,5-dioxo-1,2,4-tria-zole.11. Procédé de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on synthétise le 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole par réaction du 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole avec un agent chlorant de type ionique.12. Procédé de synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole, caractérisé en ce qu'on prépare le 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole par cyclisation en milieu basique d'un 2-isopropyl-2-car-boxamide carbazate d'alkyle, puis qu'on transforme le produit ainsi préparé en 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole par le procédé tel que défini dans la revendication 1.13. Procédé de synthèse du 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole, caractérisé en ce qu'on prépare le 1-isopropyl-3,5-dioxo-1,2,4-triazole par phosgénation de la 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine, puis qu'on transforme le produit ainsi préparé en 1-isopropyl-3-hydroxy-5-chloro-1,2,4-triazole par le procédé tel que défini dans la revendication 1.14. 1-isopropyl-1-carboxamide hydrazine pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 13.15. 2-isopropyl-2-carboxamide carbazates d'alkyle pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 12.6
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