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La 2-pyrrolidinone est le plus simple des composés de la famille des pyrrolidin-2-ones. Elle est constituée d'une pyrrolidine dont les atomes d'hydrogène en position 2 sont remplacés par un groupe oxo.
Le lactame résulte de la condensation intramoléculaire formelle des groupes amino et carboxy de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA).
La 2-pyrrolidinone joue un rôle de solvant polaire et de métabolite.
CAS : 616-45-5
Formule formule brute : C₄H₇NO
Masse molaire : 85,1
EINECS : 210-483-1
Synonymes :
2-Pyrrolidone butyrolactame ; 2-AZACYCLOPENTANONE ; 2-P ; 2-CÉTOPYRROLIDINE ; ALPHA-PYRROLIDONE ; LACTAME DE L'ACIDE PIPERIDINIQUE ; 2-Oxopyrrolidine ; 2-Pyrol
La 2-pyrrolidinone est le plus simple des dérivés de la pyrrolidin-2-one. Elle est constituée d'une pyrrolidine dont les atomes d'hydrogène en position 2 sont remplacés par un groupe oxo.
Le lactame résulte de la condensation intramoléculaire des groupes amino et carboxy de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA).
La 2-pyrrolidinone agit comme solvant polaire et comme métabolite. La 2-pyrrolidone, également connue sous le nom de 2-pyrrolidinone ou butyrolactame, est un composé organique constitué d'un lactame à 5 chaînons, ce qui en fait le γ-lactame le plus simple.
La 2-pyrrolidinone est un liquide incolore miscible à l'eau et à la plupart des solvants organiques courants.
La 2-pyrrolidone elle-même et ses différents dérivés, notamment la N-méthylpyrrolidone, ont de nombreuses applications industrielles.
Propriétés chimiques de la 2-pyrrolidinone
Point de fusion : 23-25 °C (littérature)
Point d'ébullition : 245 °C (littérature)
Densité : 1,12 g/mL à 25 °C (littérature)
Densité de vapeur : 2,9 (par rapport à l'air)
Pression de vapeur : 0,04 hPa (à 20 °C)
FEMA : 4829 2-PYRROLIDONE
Indice de réfraction : n20/D 1,487 (litt.)
Point d'ébullition : > 110 °C
Température de stockage : 2-8 °C
Solubilité dans l'eau : miscible (totalement)
Aspect : liquide
pKa : 16,62 ± 0,20 (prévu)
Couleur : limpide, incolore à jaune pâle
pH : 9-11 (100 g/l, H2O, 20 °C)
Limite d'explosivité : 1,8-16,6 % (V)
Source biologique : synthétique
Solubilité dans l'eau : miscible
Sensibilité : hygroscopique
Merck : 148016
BRN : 105241
Stabilité : hygroscopique
InChI : 1S/C4H7NO/c6-4-2-1-3-5-4/h1-3H2,(H,5,6)
InChIKey : HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N
LogP : -0,71 à 20 °C
Tension superficielle : 46,31 mN/m à 293,15 K
Référence CAS : 616-45-5
Référence NIST : 2-Pyrrolidinone (616-45-5)
Enregistrement des substances en EPA : 2-Pyrrolidinone (616-45-5)
Propriétés chimiques
La 2-pyrrolidinone se présente sous forme de liquide incolore ou légèrement grisâtre, de cristaux blancs ou presque blancs, ou d’aiguilles cristallines incolores.
La 2-pyrrolidinone possède une odeur caractéristique. Miscible à l'eau, à l'alcool, à l'éther, au chloroforme, au benzène, à l'acétate d'éthyle et au sulfure de carbone, insoluble dans l'éther de pétrole.
Utilisations
La 2-pyrrolidinone est un solvant polaire organique largement utilisé dans diverses applications.
Elle est également un intermédiaire dans la fabrication de polymères.
La 2-pyrrolidone est présente en abondance dans divers produits naturels physiologiquement actifs.
Par exemple, elle constitue l'unité structurale principale de l'hormone de libération des gonadotrophines (GnRH).
Par ailleurs, la 2-pyrrolidone est une matière première et un intermédiaire important pour la synthèse de médicaments, de pesticides, de colorants, de peptides et d'autres produits chimiques.
Utilisée comme chaîne terminale d'un peptide, elle contribue à la stabilité conformationnelle du composé.
De nombreuses 2-pyrrolidones polysubstituées ont été utilisées dans la synthèse et la production de divers médicaments et ont fait l'objet de demandes de brevets. La 2-pyrrolidone est utilisée dans les cartouches d'encre pour imprimantes à jet d'encre.
De nombreux médicaments sont des dérivés de la 2-pyrrolidone, notamment la cotinine, le doxapram, l'éthosuximide et les racétams.
Ce composé chimique est un intermédiaire dans la production de la vinylpyrrolidone, précurseur de la polyvinylpyrrolidone.
Applications pharmaceutiques
La 2-pyrrolidinone et la N-méthylpyrrolidone sont principalement utilisées comme solvants dans les injections vétérinaires.
Il a été démontré que la 2-pyrrolidinone est un meilleur solubilisant que la glycérine, le propylène glycol ou l'éthanol.
Leur utilisation comme solvants dans les formulations pharmaceutiques humaines, par voie parentérale, orale et topique, a également été proposée.
En application topique, les pyrrolidones semblent être des agents de pénétration efficaces.
L'utilisation de la 2-pyrrolidinone dans les formulations à libération prolongée a également été étudiée.
Utilisations industrielles
La 2-pyrrolidone est utilisée comme intermédiaire dans la synthèse de la l-vinyl-2-pyrrolidone et de divers dérivés du TV-méthylol, employés comme agents de finition textile ; comme solvant pour divers polymères, le chlordane et le DDT, le d-sorbitol, la glycérine et les sucres ; et comme agent décolorant pour le kérosène, les huiles grasses et les colophanes.
La N-méthyl-2-pyrrolidone et la 2-pyrrolidinone sont utilisées dans le raffinage du pétrole pour extraire sélectivement les composés aromatiques des hydrocarbures paraffiniques.
La 2-pyrrolidinone est utilisée comme plastifiant et agent de coalescence pour les latex acryliques et les copolymères acryliques/styrène dans les revêtements en émulsion, notamment les cires pour sols.
Un polymère polyamide linéaire de haut poids moléculaire dérivé de la 2-pyrrolidone, le nylon-4, est utilisé comme fibre textile, composé de moulage par injection et polymère filmogène.
Méthodes de production
La synthèse de la 2-pyrrolidone a été décrite pour la première fois en 1889 comme produit de la déshydratation de l'acide 4-aminobutanoïque.
La 2-pyrrolidinone est produite industriellement par condensation de la butyrolactone avec l'ammoniac, une méthode décrite pour la première fois en 1936.
D'autres voies de synthèse incluent l'insertion de monoxyde de carbone dans l'allylamine, l'hydrogénation hydrolytique du succinonitrile et l'hydrogénation de solutions ammoniacales d'acides maléique et succinnique.
La 2-pyrrolidinone est préparée à partir de la butyrolactone par un procédé Reppe, dans lequel l'acétylène réagit avec le formaldéhyde.
Réactions
La 2-pyrrolidinone subit les réactions typiques d'un lactame, notamment l'ouverture du cycle, l'attaque du groupe carbonyle et le remplacement des hydrogènes en position alpha du groupe carbonyle. Les acides et bases forts catalysent l'hydrolyse de la 2-pyrrolidone en acide 4-aminobutanoïque (GABA).
L'atome d'hydrogène lié à l'azote est facilement substitué par des réactions d'alkylation avec des halogénures ou sulfates d'alkyle, ou par réaction avec des anhydrides d'acide, des halogénures d'acyle, l'oxyde d'éthylène et le styrène.
Des réactions de condensation avec des amines secondaires et des alcools, ainsi que des réactions d'O-alkylation, se produisent au niveau du groupe carbonyle.
En présence de systèmes catalytiques anioniques, la 2-pyrrolidone est polymérisée en polypyrrolidone (nylon-4).
Production
La 2-pyrrolidone est produite industriellement presque exclusivement par traitement d'une solution aqueuse de γ-butyrolactone avec de l'ammoniac à une température de 250 à 290 °C et sous des pressions de 0,4 à 1,4 MPa, en présence de catalyseurs solides à base de silicate de magnésium.
La réaction est réalisée dans un réacteur tubulaire garni de catalyseur solide. Ce dernier est disposé en lit fixe et la réaction est réalisée en phase vapeur.
On obtient des rendements de 75 à 85 %.
Après distillation et purification, la 2-pyrrolidinone est obtenue avec une pureté de 99,5 %.
D'autres voies de synthèse incluent la réduction catalytique ou électrochimique du succinimide, la carbonylation de l'allylamine, l'hydrogénation du succinonitrile en milieu hydrolytique et la réaction de l'anhydride maléique ou succinique dans l'ammoniac aqueux avec des catalyseurs Pd-Ru.
En 2010, la demande mondiale de 2-pyrrolidinone était estimée à 32 000 tonnes.
Les principaux producteurs de 2-pyrrolidone sont BASF et ISP (International Speciality Products, aujourd'hui Ashland Inc.).
