Procédé de préparation de citronellal optiquement actif

Abstract

 Procédé de préparation de citronellal optiquement actif caractérisé en ce que l'on hydrogène le néral ou le géranial en présence d'un catalyseur constitué par un complexe soluble dans le milieu réactionnel, formé à partir d'un dérivé du rhodium et d'une phosphine chirale.
Ce procédé permet d'accéder au d-citronellal intermédiaire de la synthèse de (-) (1S) menthol.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé de préparation de citronellal optiquement actif, encore dénommé citronellal chiral, par hydrogénation asymétrique du néral (E-diméthyl-3,7 octadiènes

ou du géranial (Z-diméthyl-3,7 octadiëne-2,6 al) isomères achirau constitutifs du citral.

[0002] Le citronellal chiral est un intermédiaire apprécié en synthèse organique ; en particulier le d-citronellal est utilisé pour la préparation du (-) (lS) menthol désigné ci-après 1-menthol, par un procédé qui met en oeuvre la cyclisation du d-citronclial en (-) (lS)-isopulégol sous l'influence d'un catalyseur protonique ou par. voie thermique, puis l'hydrogénation de l'isopulégol en (l)-menthol (cf. J.C.LEFFINGWELL et R.E.SHACKELFORD, Cosmetics and Perfumery 89 70-78 /1974/).

[0003] Le d-citronellal utilisé pour la synthèse

obtenu à partir de diverses essences naturelles contenant



du d-citronellal et en particulier à partir de l'essence

L'emploi de citronellal chiral d'origine naturelle n'est pas

satisfaisant dans la mesure où, en raison de la fluctuation

produits naturels, il arrive périodiquement que le prix du

soit plus élevé que celui du menthol naturel. Il importe donc à l'industrie de disposer d'une source de citronellal chiral ayant

prix relativement stable et conduisant à un 1-menthol synthétique

le prix de revient soit inférieur à celui du menthol naturel.

[0004] Le citronellal synthétique achiral obtenu par hydrogénation du citral (mélange de néral et de géranial) pourrait constituer une source intéressante de citronellal chiral et notamment de d-citronellal, toutefois il n'existe pas de procédé industriel de dédoublement du citronellal racémique en ses énantiomères, de sorte que l'industrie.ne dispose d'aucun procédé permettant d'obtenir des citronellals chiraux par voie synthétique. La présente invention se propose précisément de résoudre un tel problème.'

[0005] Plus particulièrement la présente invention a pour objet un procédé de préparation de citronellal optiquement actif caractérisé en ce que l'on hydrogène le néral ou le géranial en présence d'un catalyseur constitué par un complexe soluble dans le milieu réactionnel formé à partir d'un dérivé du rhodium et d'une phosphine chirale.

[0006] Par phosphine chirale on désigne une phosphine ou diphosphine dont l'un au moins des restes organiques liés à l'àtome de phosphore comporte au moins un atome de carbone chiral, et/ou dont un au moins des atomes de phosphore est chiral.

[0007] Le complexe soluble du dérivé du rhodium et de la phosphine chirale peut être préparé extemporanément ou être formé "in situ" dans les conditions de la réaction par mise en oeuvre des constituants du complexe. Cette dernière façon de faire qui a l'avantage de la simplicité est généralement préférée.

[0008] Comme dérivés du rhodium convenance la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on utilise des dérivés du rhodium comportant des restes de nature diverses. Il peut s'agir de sels de rhodium d'acides minéraux ou organiques ou de complexes du rhodium dont les ligands peuvent être remplacés par la phosphine chirale. On peut par exemple faire appel à des halogénures de rhodium tel que le trichlorure de rhodium hydraté ; à des complexes du rhodium avec les oléfines de formule générale : _{- -}

dans laquelle X représente un atome d'halogène : chlore ou brome par

- un radical alcoylène linéaire ou ramifié ayant de 1 à 10 atomes de carbone, un radical cycloalcoylène ayant de 3 à 7 atomes de carbone cycliques éventuellement substitués par 1 à 3 radicaux alcoyles ayanc de 1 à 4 atomes de carbone, un radical arylène, un radical polycyclique divalent, lesdits radicaux pouvant être substitués par un ou plusieurs groupesalcoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone.

- un groupe hétérocyclique divalent ayant 1 ou 2 hétéroatomes du groupe de l'oxygène et de l'azote.

- un enchaînement de 1 ou plusieurs radicaux alcoylènes et/ou cycloalcoylènes et/ou hétérocycliques et/ou polycycliques divalents tels que ceux définis précédemment.

- un enchaînement de groupes alcoylènes tels que ceux définis précédamment et de groupes amino tertiaires qui peuvent être liés directement aux atomes de phosphore par l'intermédiaire de l'atome d'azote.

[0009] 14°) Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on utilise une diphosphine de formule (III) dans laquelle R₁ et R₂ représente un radical aryle et A est un groupe chiral.

[0010] 15°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la diphosphine chirale est la tétramenthyidiphosphine le bis(diphénylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutane, le bis(diphénylphosphino- méthyl)-4,5 diméthyl-2,2 dioxolane, le bis(diphénylphosphinométhyl)-1,2 acénaphtène, le bis(diphénylphosphino)-!,4 diméthoxy-2,3 butane, le bis[(N,N' -diphénylphosphinol] bis[N,N' -(phényl-1 éthyl)] diaza-1,4 butane.

[0011] 16°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la quantité de complexe du rhodium exprimée en nombre d'atomes-grammes de rhodium par mole d'aldéhyde diénique est comprise entre 1 x 10-⁴ et 1 x 10-1.

[0012] 17°) Procédé selon l'une quelconque des revendications

caractérisé en ce que la quantité de phosphine exprima par le

nombre d'atomes-grammes de phosphore au nombre d'atomes-grammes de rhodium est telle que ce rapport est compris entre 1 et 6.

[0013] 18°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'hydrogénation est conduite à une température comprise entre 0 et 150°C et sous une pression d'hydrogène comprise entre 0,1 et 100 bars.

[0014] 

[0015] Parmi les diphosphines chirales qui peuvent être utilisées dans le procédé selon l'invention on peut citer à titre non limitatif :

le bis(diphénylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutane (DPCB), le bis(diméthyl- phophinométhyl)-1,2 cyclobutane, le bis(di-n-butylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutane, le bis(dioctylphosphinométhyl-)-1,2 cyclobutane, le bis(dito- lylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutane, le bis(dinaphtylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutane, le bis(éthyl,hexylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutane, le bis-(diphénylphosphinométhyl)-1,2 cyclopentane ; le bis(diphénylphosphino- méthy)-1,2 cyclohexane ; le bis-(diméthylphosphinométhyl)-4,5 diméthyl-2,2 dioxolane-1,3, le bis-(diphénylphosphinométhyl)-4,5 diméthyl-2,2 dioxolane-1,3, (DIOP), le bis(ditolylphosphinométhyl)-4,5 dinéthyl-2,2 dioxolane-1,3 le bis(diméthylphosphinométhyl)-1,2 acénaphtène, le bis-(dibutylphosphinométhyl)-1,2 acénaphtène, le bis-(diphénylphosphinomërhyl)-1,2 acénaphtène (DPA), le bis(ditolylphosphinomëthyl)-1,2 acénaphtène, le bis(diphénylphosphino)-1,4 diméthoxy-2,3 butane (DDB), la tétramenthyl- diphosphine ; le bis (N,N'-diphénylphosphino)bis(N,N' (phényl-1 éthyl))-diaza-1,4 butane.

[0016] Parmi les phosphines citées précédemment on utilise de préférence les bis(diarylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutanes décrits dans le brevet français n° 73/18 319.

[0017] Comme exemples de phosphines à atomes de phosphore chiral on peut citer la méthyl cyclohexyl orthométhoxyphényl phosphine ; la méthylcyclohexylphénylphosphine ; la benzylphénylméthylphosphine.

[0018] Les complexes dérivés de Rh₄ (CO)₁₂ ou de Rh₆ (CO)₁₆ et des bis(diarylphosphinométhyl)-1,2 cyclobutanes conviennent tout particulièrement bien à l'hydrogénation asymétrique du néral et du géranial en énantiomères du citronellal car ils procurent à la fois une vitesse élevée d'hydrogénation, une bonne sélectivité en citronellal et une bonne pureté optique.

[0019] La quantité de dérivé du rhodium mise en oeuvre dans le procédé de l'invention, exprimée en atomes-grammes de métal par mole d'aldéhyde diénique à hydrogéner peut varier dans de larges limites. Qu'il s'agisse du complexe préformé ou du dérivé apte à engendrer ce complexe dans les conditions de la réaction la quantité peut être choisie pour que le nombre d'atomes-grammes de rhodium par mole d'aldéhyde soit compris entre 1 x 10-⁴ et 1 x 10-1.

[0020] Lorsque le complexe dérivé du rhodium/phosphine chirale est préparé "in situ", la quantité de phosphine engagée dans le processus dépend de la nature de la phosphine et de celle du dérivé du rhodium. Cette quantité, exprimée par le nombre d'atomes-grammes de phophore par atome-gramme de rhodium est telle que ce rapport peut varier entre 0,5 et 10 ; de préférence le rapport P/Rh est compris entre 1 et 6. On pourrait cependant mettre en oeuvre des rapports P/Rh supérieurs à 10 sans sortir du cadre de la présente invention, mais celà ne procurerait aucun avantage particulier.

[0021] La température à laquelle on conduit l'hydrogénation n'est pas critique et peut varier dans de larges limites. En général elle est comprise entre 0 et 150°C et de préférence entre 10 et 100°C. Il en est de même de la pression d'hydrogène qui peut varier entre 0,1 et 100 bars et de préférence entre 0,5 et 50 bars.

[0022] Bien qu'il soit préférable de soumettre à l'hydrogénation asymétrique un aldéhyde diénique aussi pur que possible, c'est-à-dire pratiquement exempt de son isomère, on peut mettre en oeuvre du néral contenant jusqu'à 15 % de géranial et vice versa.

[0023] De la même façon il est préférable d'utiliser une phosphine chirale ne contenant pas son énantiomère bien que l'on puisse opérer avec une phosphine chirale contenant moins de 15 % de son énantiomère.

[0024] L'hydrogénation asymétrique du néral ou du géranial est de préférence conduite dans un solvant inerte de l'aldéhyde et du catal^y- seur. Comme exemple de solvants, on peut citer des hydrocarbures (hexane, heptane, cyclohexane, benzène, toluène), des alcools (méthanol, éthanol), des nitriles (acétonitrile, benzonitrile).

[0025] Les exemples suivants illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique. Dans ces exemples on désignera par pureté optique P.O le rapport du pouvoir rotatoire (α₁)_D du produit obtenu par le procédé au pouvoir rotatoire (a)_D du produit mesuré dans les mêmes conditions, multiplié par 100, soit

[0026] Par rendement optique on désigne la valeur de la pureté optique du produit que l'on obtiendrait par utilisation d'une phosphine optiquement pure.

EXEMPLE I

[0027] Dans un ballon en verre de 50 cm³, équipé d'une arrivée de gaz par tube plongeant, d'un thermomètre, d'une agitation magnétique et d'un bouchon en verre permettant de procéder à des additions de réactifs ou des prélèvements de masse réactionnelle au moyen d'une seringue, on charge 18,2 mg de Rh₆ (CO)₁₆ (1,02 x 10^-4 at-g de Rh), 67,5 mg (+)-(DPCB) soit 0,15 millimoie, puis on purge l'appareil à l'azote et injecte 20 cm³ de toluène. On agite le contenu du ballon pendant 1 heure sous atmosphère d'azote puis ajoute 1,79 g (soit 11,77 millimole) de géranial contenant 5 % de néral. On purge l'appareil à l'hydrogène puis maintient le contenu du ballon sous 1 bar d'hydrogène pendant 4 heures à 25°C. La réaction esc arrêtée et la masse réactionnelle est soumise à une analyse chromatogra- phique en phase gazeuse : le taux de transformation du géranial est de 100 % et le rendement en citronellal de 99 %. On évapore le solvant puis distille le résidu sous pression réduite. On recueille ainsi 1,28 g de 1-citronellal ayant un pouvoir rotatoire

= -8,76° (mesuré sur une solution à 6 g pour 100 cm³ dans l'hexane) et

= -9,1° mesuré en absence de solvant. Le pouvoir rotatoire du 1-citronellal pur

mesuré sur une solution à 6 g/100 cm³ dans le cyclohexane est de -15,6°. Par référence à cette valeur, la P.0 du produit obtenu est de 56 %. Le pouvoir rotatoire du 1-citronellal pur (détermination sans solvant) est (α)²⁵_D = -16° (cf. DONELL et al. Australian J. Chem. 19 525 [1966]).

EXEMPLE 2

[0028] On opère comme à l'exemple 1 sur les quantités suivantes :

[0029] La durée de réaction est de 10 heures

[0030] Après distillation on recueille 9,6 g de citronellal de (α)²⁵_D = +10,15° (solution à 6 g/100 cm3 dans l'hexane) soit une pureté optique de 65 %.

EXEMPLES 3 A 4

[0031] On opère comme à l'exemple 1 en remplaçant la (+)-DPCB par la (+)-DIOP. Le rapport géranial/Rh est de 120 et on utilise successivement un rapport P/Rh de 4 et de 6.

[0032] Dans ces conditions on a obtenu les résultats suivants :

EXEMPLE 5

[0033] On opère comme à l'exemple 1 en remplaçant la (+)-DPCB par la (-)-DPCB. Le rapport du nombre de mole de géranium au nombre d'atomes-grammes de rhodium (G/Rh) est égal à 123 et 125 P/Rh à 4. La (-)-DPCB a une pureté optique de 95,5 %.

[0034] La durée de réaction est de 18 heures, le taux de transformation du géranial de 99 %, le RT en citronellal de 99 % L3 pureté optique du (d)-citronellal obtenu est de 49 % [

= +7 7°. solution à 6 g/100 cm3 dans l'hexane]. Si l'on tient compte de la purete de la phosphine le rendement optique s'élève à 52 %.

EXEMPLE 6

[0035] On opère comme à l'exemple 5 en remplaçant le géranial par le néral, les autres conditions étant par ailleurs identiques. On a obtenu les résultats suivants :

EXEMPLE 7

[0036] On opère suivant le mode opératoire de l'exemple 1 et dans les mêmes conditions de pression et de température en remplaçant (Rh₆(CO)₁₆ par Rh₄(CO)₁₂. Le rapport P/Rh est de 3 et le rapport G/Rh de 120. Les résultats sont les suivants :

EXEMPLE 8

[0037] On opère comme à l'exemple 7 en remplaçant le géranis par le néral (le rapport N/Rh est de 140). On a obtenu les résultats suivants :

EXEMPLE 9

[0038] On opère comme à l'exemple 1 en portant le rapport N/Rh à 750 au lieu de 115 et le rapport P/Rh à 2. On a obtenu les résultats suivants :

EXEMPLES 10 à 18

[0039] On opère selon le mode opératoire et les conditions de température et de pression de l'exemple 1, en faisant varier la nature de l'aldéhyde, de la phosphine chirale et du dérivé du rhodium. Les autres conditions et les résultats obtenus figurent dans le tableau suivant':

EXEMPLE 19

[0040] Dans un autoclave en acier inoxydable de 125 cm3 équipé d'un système d'agitation à secousses, on introduit une ampoule de verre de 35 cm3 contenant 10 cm3 de toluène, 18,3 mg de (-)-DPCB, 91,9 mg de RhH(CO)(P0)₃ et 1,91 g de géranial. On ferme l'autoclave et introduit de l'hydrogène jusqu'à une pression de 25 bars. On maintient 17 heures dans ces conditions, puis l'autoclàve est dégazé et le contenu de l'ampoule est traité et analysé comme à l'exemple 1.

[0041] Le taux de transformation du géranial s'élève à 69 % le rendement en citronellal par rapport au géranial transformé à 99 % et la pureté optique à 60 % (pouvoir rotatoire

= +6,6° mesuré sur le produit pur).

Revendications

1°) Procédé de préparation de citronellal optiquement actif, caractérisé en ce que l'on hydrogène le néral ou le géranial en présence d'un catalyseur constitué par un complexe soluble dans le milieu réactionnel, formé à partir d'un dérivé du rhodium et d'une phosphine chirale.

2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le complexe du rhodium et de la phosphine chirale est préparé extemporanément.

3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le complexe du rhodium et de la phosphine chirale est formé "in situ" à partir d'un dérivé du rhodium et d'une phosphine chirale.

4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dérivé du rhodium est un sel d'acide minéral ou organique ou un complexe du rhodium avec un ligand achiral.

5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dérivé du rhodium est le trichlorure de rhodium.

6°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le complexe du rhodium a pour formule générale :

dans laquelle :

- X représente un atome d'halogène

- x est un nombre entier de 1 à 4

- L représente une mono- ou dioléfine.

7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le complexe du rhodium est le µ,µ'-dichloro bis(cyclooctadiene-1,5 rhodium).

8°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le complexe du rhodium a la formule générale :

dans laquelle R représente un radical alcoyle, cycloalcoyle ou aryle achiral ayant de 1 à 10 atomes de carbone.

9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le complexe du rhodium a la formule Rh H (CO[P-(C₆H₅)₃]₃.

10°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le complexe du rhodium est un rhodium carbonyle pris dans le groupe du tétrarhodiumdodécarbonyle et de l'hexarhodiumhexadécacarbonyle.

11°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la phosphine chirale comporte au moins un atome de carbone chiral et/ou au moins un atome de phosphore chiral.

12°) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la phosphine chirale est une diphosphine de formule générale :

dans laquelle :

- R_I et R₂, identiques ou différents, représentent des radicaux hydrocarbonés ayant de 1 à 15 atomes de carbone,

- A représente un lien valentiel ou un radical organique divalent éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes fonctionnels inertes, l'un sa moins des radicaux R₁, R₂ et A étant chiral.

13°) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on utilise une diphosphine chirale de formule (III) dans laquelle R₁ et R₂ représentent des radicaux alcoyles ayant de 1 à 10 atomes de carbone, cycloalcoyles ayant de 4 à 8 atomes de carbone cycliques, aryles ou alcoylaryles et A symbolise :



dans laquelle L₁ représente un ligand mono- ou polydentate et notamment une phophine achirale de formule générale :

dans laquelle R représente un radical achiral alcoyle, cycloalcoyle aryle ayant de 1 à 10 atomes de carbone tel que les radicaux méthyle éthyle, propyle, butyles, pentyles, hexyles, octyles, cyclohexyle, phényle, toluyle. De préférence L₁ est la triphénylphesphine. Parmi les dérivés du rhodium précités on fait appel de préférence aux divers rho- diumcarbonyle et notamment au tétrarhodium dodécacarbonyle et à l'hexa- rhodiumhexadécacarbonyle. Les complexes du rhodium pris sous forme cationique peuvent également être utilisés.

Comme phosphine chirale convenant à la mise et oeuvre de l'invention on peut utiliser aussi bien des monophosphines que des diphosphines. Comme exemplesde monophosphines chirale on

diphanylmenthylphosphine, la phényldimenthylphosphine

phosphine. On préfére toutefois faire appel

de formule générale :


dans laquelle :

- R₁ et R₂, identiques ou différents, représentent des radicaux

carbonés ayant de 1 à 15 atomes de carbone,

- A représente un lien valentiel ou un radical organique divaient éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes fonctionnels inertes,

l'un au moins des radicaux R₁, R₂ et A étant chiral.

Plus spécifiquement R₁ et R₂, qui sont de préférence identiques, représentent des radicaux alcoyles ayant de 1 à 10 atomes de carbone (méthyle, éthyle, isobutyle, sec-butyle, sec-pentyle, éthyl-2 hexyle), cycloalcoyle ayant de 4 à 8 atomes de carbone cycliques (cyclobutyle, méthyle-1 cyclobutyle, cyclohexyle, méthyle-1 cyclohexyle, méthyle-2 cyclohexyle), aryles ou alcoylaryles (phényle, naphtyle, toluyle). A représente :

- un radical alcoylène linéaire ou ramifié ayant de 1 à 10 atomes de carbone, un radical cycloalcoylène ayant de 3 à 7 atomes de carbone cycliques, éventuellement susbstitué par 1 à 3 groupes alcoyles ayant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical arylène, un radical polycyclique divalent, ces radicaux étant éventuellement substitués par 1 ou plusieurs groupes fonctionnels inertes et notamment 1 à 3 groupes alcoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone.

- un groupe hétérocyclique divalent (pyridylène, dioxa-1,3 cyclopenty- lène-4,5) ayant 1 ou 2 hétéroatomes tels que l'oxygène et/ou l'azote.

- un enchaînement de 1 ou plusieurs radicaux alcoylène et/ou cycloalcoylènes et/ou hétérocycliques et/ou polycycliques divalents tel que ceux définis précédemment.

- un enchaînement de groupes alcoylènes tels que ceux définis précédemment et de groupes amino tertiaire qui peuvent éventuellement être liés directement aux atomes de phosphore par l'intermédiaire de l'atome d'azote.

Comme exemple de radicaux alcoylènes ont peut citer les radicaux méthylène, éthylène, propylène, éthyl-2 propylène A peut encore représenter un radical cyclobutylène ; cyclohexylène-1, 4 ; méthyl-2 cyclohexylène-1,4 ; un radical ortho- ou p-phénylène ; un radical diméthoxy-2,3 butylène-1,4.

Comme exemple de radicaux A chiraux divalents formés par un enchaînement de radicaux alcoylènes et cycloalcoylènes ou hétérocycliques ou polycycliques ou amino on peut citer ceux de formules :