Brevet FR2004025A1 — publié le 19691114

La prisante invention concerne le synthèse ce sels de bipy-ridylivui T, F1 -disub eti tué s et plus ptrticulièrc .lient un procède pour 1?. production cle sels oo 4,41 ipyridylium 1 ,1'-aisubstitués. Conformément a- 1?. présente invention, la Bô.aanderesss fournit un procédé pour la pro.'v'C'fion de sels de 4,41 ---bipyridylium 1 ,1 '-uisubstitués oui comprend lr réduction d'un sel de pyridynium ÎT-substitué présentant en position 4 ua substituant qui constitue un bon.groupe secable et oui soit oçpvble do former un anion stable. On entend par 1 'express?on "anion stable" un anion qui est capable d'exister en associftion avec un cation pyridinium. Le substituent, sur l'atome d1 azote du noyau pyridine, peut être un substituant inerte quelconque qui ne gêne pas la présente réaction, par exemple un radical hydrocarboné, de préférence un radical alkyle (par exemple méthyle) ou un groupe aralkyle, ou bien un groupe hydrocarbure substitué, par exemple un groupe carbamyl-alkyle et de préférence un groupe carbamylméthyle. Le sel de pyridinium peut également porter des substituants inertes, par exemple des groupes alkyle sur les atomes de carbone du noyau pyridin-o autres nue l'atonie de carbone en position 4. Ces substituants inertes doivent de préférence ne pas empêcher stériquement la position 4. L'anion du sel On peut conduire la réduction clectrolytiquement ou à l'aide d'un agent de réduction chimique. Les agents réducteurs appropriés pour servir dans la réaction comprennent des agents réducteurs organiques et minéraux et la Demanderesse a découvert que des agents réducteurs particulièrement appropriés sont, ceux qui présentent un potentiel cl ' oxydo-réduction plus négatif que -0,75 et de préférence plus positif • eue -1,09 volt, dans un milieu aqueux en référence à une électrode saturée de calo/iel. Des agents réducteurs minéraux appropriés comprennent des métaux actifs par exemple des amalgames de métaux alcalins, le magnésium, l'aluminium et le sine et des composés métalliques» Lorsqu'on utilise des métaux sous forme so-li-.e, ceux-ci sont do préîérencs utilisés sous un état de fine division, pour favoriser lo contact avec le sel de pyridinium. L-f;- BAD ORIGJfclAL 69 07395 , 2004025 d. gsrr'b r;'-'ueu.;ur et l-as conditions do rcretion appliques doivent de préférence être tels rue le substituant en position 4 du sel de pyridinium ne soit pas hydrolyse induenent et doivent aussi A V etre tels que les autres substituants par exemple les substituants 5 sur l'azete ''il noyau do pyridino,. ne soient pas réduits. On peut conduire la réduction electrolytique par un mode o-pératoire et à l'aide d'un appareil -servant classiquement à effectuer une réduction électrolytique, et on peut commodément la conduire en utilisant une électrolyse a potentiel réglé, lorsqu'on 10 applique 1'électrolyse à potentiel réglé, la Demanderesse préfère utiliser un potentiel d'électrode dans la gamme de -0,75 à -1,09 volt et, particulièrement, compris entre -0,8 et -1,09 volt en référence à une électrode saturée de calomel. la Demanderesse a découvert que des potentiels plus négatifs que -1,16 volt ten-15 dent à produire des produits secondaires indésirables; On conduit la réduction de sels de 4-cyanopyridinium avantageusement sous des conditions susceptibles d'éliminer les ions cyanure du milieu reactionnel. la Demanderesse a découvert que les ions cyanure tendent 20 à attaquer le sel de bipyridylium produit au cours de la présente réaction, et que le rendement en sel de bipyridylium peut être amélioré en assurant l'élimination des ions cyanure du milieu reactionnel à mesure qu'ils se sont formés. On peut éliminer les ions cyanure du milieu reactionnel 25" en conduisant la réaction en présence d'un composé qui réagit avec les ions cyanure, mais qui n'empêche pas la réaction, par exemple par inter-action avec l'un, des réactifs ou avec les deux. L'es composés appropriés comprennent des agents sequestrant des ions cyanure, par exemple des composés de métaux de transition et des ré-30 sines échangeuses d'anions, par exemple la résine connue comme "Amberlite I.R.^. 400" . La Demanderesse préfère, lorsqu'on utilise mie résine échangeuse d'anions, utiliser la résine sous une forme telle que l'absorption des ions cyanure ne provoque pas la libération d'ions hydrozyle qui peuvent aussi attaquer l'ion bi-35 pyridylium ; la Demanderesse préfère la résine pour libérer les ions lialo.génure, par exemple chlorure « Dos composes de métaux de transition appropriés sont ceux qui forment des complexes stables avec les ions cysnure et comprennent par exemple les sels de fer. kBAD OfUGI^ 69 07395 5 2004025 La Demanderesse envisage un procédé en continu selon lequel : 1. On charge le sel de 4-cyanopyridinium et un agent capable de sequestrer l'ion cycnure dans mie zone de réduction 5 5 2. On retire le mélange reactionnel de la zone de réduc tion et, 3. On traite le mélange réactionnel dans une ou plusieurs zones suivantes séparées : pour récupérer (a) le sel de 4-cyano-pyridinium qui n'a pas réagi, pour le recyclage vers la zone ré-10 actionnelle, (b) l'agent sequestrant en même temps que les ions cyanure absorbés ou détruits, l'agent sequestrant étant régénéré pour le recyclage vers la zone de réduction, et (c) le sel d.e bipyrid.ylium sous une forme vendable, par exemple comme solution aqueuse. 1 5 Le substituant en position 4 du sel de pyridinium peut être l'un quelconque de ceux qu'on sait former un bon groupe sécable et qui soit capable d-3 formér • des nni'ons "stables dans le milieu dans lequel on conduit la réaction et ce peut ê-tre en particulier un groupe cyanure ou un halogénure, par exem-20 pie un groupe chlorure. Le substituant en position 4 est de préférence d'une dimension telle qu'il ne provoque pas d'empêchement stérique pour le couplage dos .'eux noyaux pyridine. Le sel de bipyridylium désiré peut être réduit, dans les conditions de la réaction, en radical de cation de bipyridylium, 25 mais ce radical peut facilement être ré-oxydé en cation bipyridylium, par exemple à l'aide d'air. Les sels de pyridinium sont généralement des solides ioniques qui sont solubles dans les solvants polaires. Il est par conséquent commode, pour obtenir un contact intime entre l'agent 30 réducteur et le sel de pyridinium, d'utiliser une solution de sel de pyridinium dans un solvant polaire. Il est évidemment désirable que l'agent réducteur ne réagisse pas avec le solvant. La Demanderesse a découvert que l'eau ost un solvant particulièrement commode pour le sel de pyridinium lorsque l'agent réducteur, et 35 en particulier un métal, est utilisé sous une forme qui ne réagit pas avec l'eau dans une mesure appréciable dans les conditions réacticnnelles. Un autre solvant polaire est l'acétonitrile. On peut conduire très simplement la réaction par mélange du BAD ORIGINAL 69 07395 4 2004025 sel de pyridinium, commodément comme solution, avec l'agent réducteur à une température comprise entre 20°0 et 120°C et de préférence entreV40°C et 90°C. Les durées appropriées de réaction varient selon les réactifs particuliers et les conditions 5 réactionnelles appliquées, niais elles sont comprises oridinai-rement entre 30 minutes et 24 heures. La Demanderesse préfère conserver la valeur du pE du milieu réactionnel inférieure à 10,0 et de préférence inférieure à 8 environ de façon à éviter une hydrolyse quelconque du subs-10 tituant en position 4 du sel de pyridinium et pour éviter la destruction du sel de bipyridylium qui tend à se produire dans un milieu excessivement alcalin. On peut utiliser le sel de pyridinium en solution dans un solvant polaire en une concentration quelconque allant jusqu'à 15 la. saturation ; cependant des solutions très diluées impliqueront la manipulation d'un grand volume de liquide et tendent à être incommodes. La proportion de la quantité de l'agent réducteur à la quantité de sel de pyridinium doit être telle qu'il y ait pré-20 sence d'une quantité suffisante d'agent réducteur pour ajouter un électron à chaque ion pyridinium présent. On peut isoler les sels de bipyridylium du milieu réactionnel selon des techniques classiques, par exemple par évaporation de l'excès de solvant, suivie de cristallisation du sel de bi-25 pyridylium à partir du solvant restant, ou bien en appliquant des techniques plus complètement décrites au brevet britannique n° 1.073.824. La présente invention sera illustrée mais nullement limitée par les exemples suivants dans lesquels toutes les parties 30 et pourcentages sont pondéraux. EXEMPLE 1 On dissout dans 200 ml d'eau, 10,7 g d'iodure de 1-méthyl-4-cyanopyridinium et on ajoute 3 g de poudre de zinc à la solution. On chauffe le mélange à 80-100°C dans un récipient ouvert 35 à l'air et l'on conserve à cette température pendant 75 minutes. On ajoute alors 200 ml d'acide chlorhydrique' molaire et l'on porte la solution résultante à ébullition pour éliminer l'acide cyanhydrique gazeux. L'analyse polarographique de la solution 69 07395 2004025 5 - - - finale montre que l'ion 1_,1 '-diméthyl-4,4'-"bipyridylium. est présent (0,33 g -rendement de 20 fi). EXBIIPED 2 On dissout dans 100 ml a'eau 10,7 g de l'iodure de 1-mé--5 thyl-4-cyanop7ridinium et on agite 1e solution pendant 5 minutes à la température ambiante dans un récipient ouvert à l'air avec 227 g d'amalgame de sodium contenant 1 g de sodium. On sépare alors la phase aqueuse et la traite avec 200 ml d'acide chlor-hydrique molaire, et l'on fait bouillir pour éliminer HCfi". l'a-10 nalyse polarograpiiique de la solution montre la présence de l'ion 1,1'-diméthyl-4,4'-bipyridylium (0,33 g -rendement de 8 f°)\ EXEMPLE 3 On dissout dans 200 ml d'eau, 9,5 g d'iodure de 1-méthyl-4-cyanopyridinium et on chauffe la solution dans un récipient 15 ouvert à l'air avec 3 g de fine poudre d'aluminium à 60-80°C, en agitant pendant 24 heures. On acidifie la solution résultante avec 100 ml d'acide chlorhydrique 1,28 molaire, on filtre et fait bouillir pour éliminer H01T. On analyse alors par polarogra-phie'la solution résultante et l'on trouve qu'elle contient l'ion 20 1,1 '-diméthy1-4-4'-bipyridylium (0,2 g -rendement de 6 fa). ESEMPLB 4 On dissout dans 200 ml d'eau, 10,7 g d'iodure de 1-méthyl-4-cyancpyridinium et l'on chauffe la solution dans un récipient ouvert à l'air avec 0,5 g de tournure de magnésium pendant 21 25 heures à 80°C sous agitation. On acidifie la solution résultante on filtre puis on fait bouillir pour éliminer HCîT. On trouve que la solution finale contient l'ion 1,1'-diméthy1-4,4'-bipyridylium (0,14 g -rendement 3 ?°). EXEMPLE 5 30 On dissout dans 100 ml d'eau, 6,6 g de aéthyl sulfate de 1-méthyl-4-cyanopyridinium l'on ajoute la solution goutte à goutte à un mélange de 1 ,4.2 g de poudre de zinc dans 100 ml d ' eau, à la température de 80°G. On purge à l'air le mélange résultant et l'on conserve a un état r-e bonne agitation pendant 1 heure à la 35 température de 80°C. L la fin de cette période, on ajoute 200 ml d'acide chlorhydrique 0,1 ÎT aqueux et l'on chauffe le mélange pendant 30 minutes pour éliminer liOH. On trouve par analyse•polarograpiiique que la solution résultante contient "une proportion de sel BÀD ORIGINE* 69 07395 e 2004025 de 1,1'-diméthy1-4,4'-bipyridylium correspondant a un rendement de 26 yo calculé sur le sel de 4-cyanopyridinium chargé pour la réaction. V ' ÉXEI-rPLE 6 " • 5 On dissout dans 200 ml d'eau, 2,3 g (0,01 mole) de méthyl- sulfate de 1-méthyl-4-cyanopyridinium et l'on verse la solution dans une cellule électrolytique dans laquelle le compartiment anodique (anode de platine)' est séparé du compartiment cathodique (cathode de mercure) par un disque"en verre fritte. On fait 10 passer en continu de l'azote gazeux à travers le compartiment cathodique et on relie la cellule à un Potentiostat de Ame1 (modèle 556) de sorte qu'il y ait un potentiel de -0,;8Q volt à la cathode (en référence à l'électrode saturée de calomel). Après 5 heures, on acidifie l'anolyte et le catholyte, on 15 purge avec de l'air et on analyse par polarographie pour rechercher le sel de 1,1'-diméthyl-4,4'-bipyridylium et le sel de 1-méthyl-4-cyanopyridinium qui n'a pas réagi. On trouve que l'é-lectrolyfce contient un rendement de 39 7° en sel de bipyridylium, calculé sur le sel de pyridinium chargé pour la réaction et un 20 rendement supérieur à 70 c/a de sel de bipyridylium calculé sur le sel de pyridinium consommé dans la réaction. "EZEMPIE 7 On répète le processus de l'exemple 6 à la seule différence près que 1'électrolyte contient comme composant supplémentaire un 25 tampon à pH 7 comportant 0,1 mole de phosphate disodique et 0,1 mole de phosphate monopotassique. On trouve que le rendement en sel de bipyridylium, calculé sur le sel de pyridinium chargé, est de 39 : EIEMPLE 8 30 On dissout dans 100 ml d'eau, 4,7 g d'iodure de 4-chloro- 1-méthyl-pyridinium et l'on ajoute la solution à 50 ml d'amalgame de sodium (contenant 0,4 de sodium) sous 200 ml d'éther diéthyli-que. On purge le mélange reactionnel avec de l'azote gazeux et on agite pendant 30 minutes. 35 On sépare alors la couche d'éther et la secoue en présence d'air avec HC1 normal aqueux. Le rendement en dichlorure de 1,1'-diméthyl-4,4'-bipyridylium calculé sur la charge en sel de pyridinium, est de l'ordre de 10 °/° tel que décelé par analyse colorimé- ' • trique. ^ORIGINAL 69 07395 7 2004025 exemeee g On dissout dans 100 ml d'eau, 6,6 g de méthylsulfate de 1-méthyl-4-cyanopyridinium et on ajoute goutte à goutte la" solution à un mélange de 1,42 g de poudre de zinc et de 2 g de sul-5 fate ferreux heptahydraté dans 100 ml d'eau, à la température de 80°C. On purge le mélange reactionnel avec de l'air et l'on conserve à un état bien agité pendant 1 heure à la température de 80°C. A la fin de cette période, on ajoute 200 ml d'acide chlorhydrique 0,1 1T aqueux et l'on chauffe le mélange pendant 10 30 minutes pour éliminer HCIT. On trouve par analyse polarogra-phique que la solution résultante contient une proportion de sel de 1,1'-diméthy1-4,4'-bipyridylium correspondant à un rendement de 31 7° calculé sur le sel de 4-eyanopyridinium chargé pour la réaction. 15 EXEMPLE 10 On répète le processus de l'exemple 9 à l'exception que 40 g d'une résine échangeuse d'anion connue comme "Amberlite I.R.A. 400 (Cl)" remplacent le sulfate ferreux heptahydraté. Le rendement en sel de bipyridylium est de 40 calculé sur la 20 charge en sel de 4-cyanopyridinium. EXEMPLE 11 On répète le processus de l'exemple 10, en utilisant 40 g d'une résine échangeuse d'ion "Amberlite I.R. 45 (OH)" à la place d'"Amberlite I.R.A. 400 (Cl)". Le rendement en sel de bipy-25 ridylium est de 11 7° calculé sur la charge en sel de 4-cyanopyridinium, illustrant ainsi l'effet nuisible de la présence d'ions hydroxyle sur le rendement en produit désiré. 69 07395 8 2004025 HE7EKDI0AII0MS 1. Procédé pour la production d'un sel de 4,4'-"bipyridylium 1,1 '-disubstitué^ caractérisé en ce qu'on réduit un sel de pyridinium E-substitué présentant en position 4 un substituant qui est 5 un bon groupe sécable et qui est capable de former un anion.stable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce' que l'on conduit la réduction dans un solvant polaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le solvant est l'eau. 10 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'on conduit la réduction à pH inférieur à 10,0. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pH est inférieur à 8,0. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-15 dentes, caractérisé en ce que l'on conduit la réduction à une température comprise entre 20°C et 120°C. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température est comprise entre 40°C et 90°C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-20 dentes, caractérisé en ce que le sel de pyridinium est un sel de 4-cyanopyridinium et qu'on conduit la réduction dans des conditions capables d'enlever du mélange réactionnel, les ions cyanure libres. 9.Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-25 dentes, caractérisé en ce que la réduction est conduite au moyen d'un agent réducteur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' on utilise un agent réducteur minéral. 11. Procédé selon les revendications 9 ou 10, caractérisé 30 en ce que l'agent réducteur présente un potentiel d'oxydo-réduc- tion plus négatif que -0,75 volt en milieu aqueux, en référence à l'électrode saturée de calomel. 12. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que le potentiel d'oxydo-réduction est plus positif que -1,09 volt. 35 13. Procédé selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que l'agent réducteur est un métal actif. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le inétal est le zinc. BAD ORIGINAL 69 07395 9 2004025 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on utilise l'amalgame de sodium. 16, Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le métal est sous forme finement divisée. 5 17. Procédé selon les revendications 1 à S, caractérisé en ce que l'on conduit la réduction par voie électrolytique. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on applique une électrolyse à potentiel réglé. 19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, caractérisé 10 en ce que le potentiel d'électrode pour la réduction est plus positif que -1,16 volt, en référence à l'électrode saturée de calomel. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le potentiel d'électrode est compris entre -0,75 et -1,09 volt. 15 21, Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un agent sequestrant pour les ions cyanure libres est présent dans le mélange réactionnel. 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'agent sequestrant est un composé d'un métal de transition. 20 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le composé de métal de transition est un sel de fer susceptible de former un complexe stable par réaction avec les ions cyanure. 24. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce 25 qu'on utilise une résine échangeuse d'ions pour éliminer les ions cyanure libres. 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications pré- . cédentes, caractérisé en ce qu'il est conduit en opération continue . 30 26. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que le substituant en position 4 du sel de pyridinium est un groupe cyanure, 27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que le substituant en position 4 du sel de py- 35 ridinium est un groupe halogénure. 69 07395 10 2004025 28» Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que dans le sel de pyridinium, le noyau pyridine ost non substitué sur les positions o"11 6. 29. Sel de 4,4'-"bipyridylium 1,1 '-disubstitué,obtenu selon 5 le procédé de l'une quelconque des 'revendications précédentes.