Brevet FR2004079A1 — publié le 19691121

07s:n 1 2004079 La présente invention concerne un procédé amélioré de préparation du paraformaldéhyde deutéré ainsi que de nouveaux composés intermédiaires utiles pour la préparation de paraformaldéhyde deutéré. 5 Selon la présente invention, le paraformaldéhyde deutéré est préparé par deutération d'un halogénure de méthylène de formule CH^Xg dans laquelle les radicaux X sont des atomes identiques ou différents d'halogène comme par exemple le chlore, le "brome, l'iode etc.; traitement de 1'halogénure de méthylène deutéré ainsi 10 obtenu avec un acétate de métal alcalin, par exemple MOOC-CH^, M étant le cation dérivé d'un métal alcalin comme le cation sodium ou potassium, en formant ainsi le diacétate de méthylène deutéré, et hydrolyse de ce dernier, donnant le paraformaldéhyde deutéré désiré. Le procédé selon l'invention est réalisé selon l'équation 15 suivante : 0 D-O/OD- 2n MOOC-CH " n CH2X2 _ „ n CD2X2 n CD2(0C-CH5)2 + 2xMK Excès uH2° ° 1 ^ •« (CDo0) + 2htiOC-CH„ 2 n 3 dans laquelle MX représente un halogénure de métal alcalin par exemple du bromure de sodium, du bromure de potassium, de l'iodure de potassium etc. ; n est un nombre entier égal ou supérieur à 1 et M et X sont comme définis précédemment. 20 La deutération initiale est effectuée par l'échange d'un halogénure de méthylène de formule CH2X2, dans laquelle X est comme défini ci-dessus, avec de l'oxyde de deutérium basique pour former le chlorure, bromure ou iodure de méthylène deutéré correspondant. L'échange est effectué en présence d'une ba.se comme un hydroxyde al-25 câlin ou alcalino-terreux ou un oxyde alcalin ou alcalino-terreux, par exemple l'hydroxyde de lithium, sodium, potassium, rubidium ou baryum ou l'oxyde de sodium, potassium, baryum, calcium ou strontium. Les meilleurs résultats sont obtenus quand l'hydroxyde alca 07533 2 2004079 lin ou alcalino-terreux est sous forme de son deutéroxyde. L'échange est obtenu en soumettant les réactifs au reflux avec agitation pendant 14 à 24 heures. On obtient le diacétate de méthylène deutéré en soumettant 5 au reflux un halogénure de méthylène deutéré de formule CH^X^ dans laquelle X est comme défini ci-dessus, avec un acétate alcalin en utilisant comme solvant de l'acide acétique ou un mélange acide acétique-anhydride acétique. On a trouvé qu'il ne se produit aucun échange de bromure de méthylène-dg en retour, dans le milieu de 10 réaction acide de sorte qu'on obtient un diacétate de méthylène-dg bien deutéré. Le diacétate de méthylène-d2 ainsi obtenu est facilement hydrolysé dans l'eau chaude avec une trace d'acide minéral comme l'acide chlorhydrique pour donner un rendement de 80 °fo de parafor-15 maldéhyde-d2. L'invention sera plus complètement comprise par les exemples non limitatifs qui suivent : Exemple 1 Echange avec du deutéroxyde de sodium ; bromure de méthy-20 lène-d^„ Du bromure de méthylène (274 g ; 1,57 mole) est placé dans un ballon de 500 ml à un seul col muni d'un condenseur d'eau et d'un agitateur magnétique. On ajoute de l'oxyde de deutérium (80 g ; 4,0 moles) et du deutéroxyde de sodium (4,2 g) et on agite le 25 mélange à reflux pendant 18 heures. Le mélange est alors refroidi et les couches sont séparées ; on récupère 256 g (1,47 mole ; 94 i°) de bromure de méthylène partiellement deutéré. Ce produit est alors renvoyé vers le ballon d'échange avec de l'oxyde de deutérium (75,2 g ; 3,76 moles) et du deutéroxyde de sodium (3,95 g) et on 30 agite de nouveau à reflux pendant 18 heures. Les couches sont séparées comme précédemment et on répète le processus 8-10 fois jusqu'à ce que le bromure de méthylène soit deutéré à plus de 98 % comme on peut le déterminer par le spectre infra-rouge ou. le spectre de résonance magnétique nucléaire. Le bromure de méthylène complè-35 tement échangé, c'est-à-dire le bromure de méthylène-d^, est séché sous vide puis distillé à la pression atmosphérique (point d'ébul-lition 95-97-C) et stocké dans un flacon de verre brun (rendement 69 07533 3 2004079 150 g). Le rendement global sur l'échange varie de 50 à 60 °/o quand on emploie de l'oxyde de deuterium frais. Exemple 2 Echange avec de l'hydroxyde de lithium ; bromure de 5 méthylène-d^. Un mélange de bromure de méthylène (44 g ; 0,25 mole), d'oxyde de deuterium (20 g ; 1,0 mole) et d'hydroxyde de lithium (0,6 g ; 0,025 mole) est chauffé à reflux pendant 24 heures. La couche inférieure de bromure de méthylène-dg est séparée et analy-10 sée par résonance magnétique nucléaire. On trouve qu'elle contient 36,5 atomes $ de deuterium. Le poids de bromure de méthylène-dg obtenu est 37 g. Exemple 3 Echange avec de l'hydroxyde de sodium ; bromure de 15 méthylène-d„. On procède comme dans 1'exemple 2, sauf qu'on emploie de l'hydroxyde de sodium (1,0 g ; 0,025 mole) au lieu d'hydroxyde de lithium. Le bromure de méthylène-d^ ainsi obtenu contient 48,9 atomes de deuterium ; rendement : 37,6 g. 20 Exemple 4 Echange avec de l'hydroxyde de potassium ; bromure de méthylène-d^ On opère comme dans l'exemple 2 sauf qu'on emploie de l'hydroxyde de potassium (1,4 g ; 0,025 mole) au lieu d'hydroxyde de 25 lithium. Le bromure de méthylène-d^ ainsi obtenu contient 38,9 atomes °fo de deuterium ; rendement : 37 >3 go Exemple 5 Echange avec de l'hydroxyde de rubidium ; bromure de méthylène-d^. 30 On opère comme dans l'exemple 2 sauf qu'on emploie de l'hy droxyde de rubidium (2,5 g ; 0,025 mole) au lieu d'hydroxyde de lithium. Le bromure de méthylène-dg ainsi obtenu contient 40 atomes a/o de deuterium ; rendement : 37,9 g. Exemple 6 35 Echange avec de l'hydroxyde de sodium ; iodure de méthy- lène-do « Un mélange d'iodure de méthylène (40 g ; 0,15 mole)r 69 07533 4 2004079 d'oxyde de deuterium (60 g ; 3,0 moles) et d'hydroxyde de sodium (6,0 g ; 0,15 mole) est agité et porté à reflux pendant 18 heures. La couche inférieure d1iodure de métkylène-dg ainsi obtenue est séparée et analysée par spectroscopie infra-rouge ; elle contient 5 50 % de produit deutéré. Rendement : 27 g« Exemple 7 Echange avec de 18 oxyde de baryum ; bromure de laéthy-lène-d,>. On prépare un mélange réactiozmel eoeae dans l'exemple 2 10 sauf qu'on emploie de l'oxyde de baryum (3 <>85 g î 0,025 mole) au lieu d'hydroxyde de lithium. Le bromure de méthylène-dg ainsi obtenu contient, d'après le spectre de résonance magnétique nucléaire 47,8 de son hydrogène remplacé par du deuterium ; rendement : 30 Exemple 8 15 Echange avec de 1'oxyde de sodium ; bromure de méthy- lène-d^. On opère comme dans l'exemple 2 sauf qu'on emploie de l'oxyde de sodium (0,78 g ; 0,0125 mole) au lieu d'hydroxyde de lithium. On obtient 36,5 g de bromure de méthylène-dg contenant 20 48 atomes io de deuterium. Exemple 9 Diacétate de méthvlène-d^. On place du bromure de méthylène-dgÇ^ô g ; 1,0 mole) dans un ballon de deux litres muni d'un condenseur à reflux et d'un 25 grand agitateur mécanique. On ajoute 600 ml d'acide acétique glacial contenant 5 i° en poids d'anhydride acétique et on agite. On ajoute 294 g (3 moles) d'acétate de potassium sec suffisamment lentement pour ne pas arrêter l'agitateur. Le mélange est chauffé à reflux puis maintenu au reflux sous agitation pendant 24 heures. Eî 30 chauffant le mélange, tout l'acétate de potassium se dissout et et après environ une heure un solide blanc (bromure de potassium) commence à cristalliser. Après le reflux de 24 heures, on remplace le condenseur à reflux par une tête de distillation et on prélève quelques ml de 35 distillât. Ces quelques ml de distillât sont dilués avec de l'eau pour voir s'il se forme deux couches.- La formation de deux couches indique qu'on a encore du bromure de méthylène-d^ n'ayant pas réa 69 07533 5 2004079 gi. La distillation est alors poursuivie jusqu'à ce que le distillât ne contienne plus de bromure de méthylène-d^ quron purifie et réemploie. Le mélange réactionnel est alors refroidi sous violente agitation, puis dilué avec 1500 ml d'éther. Le précipité solide 5 est filtré et lavé avec de l'éther jusqu'à ce qu'il ne subsiste plus d'odeur dfacide acétique et on distille le filtrat. On distille sous pression atmosphérique l'éther et la majeure partie de l'acide acétique, on dilue le résidu avec de l'éther et on filtre à nouveau s'il y a du solide. On poursuit la distillation sous 10 12 mm, on sépare par redistillation une fraction 48-60& et on recueille le produit passant à 61-63-C. La tête recueillie à 48-602C est alors redistillée et on isole la fraction passant à 61-6320 qu'on identifie comme étant du diacétate de méthylène-dg» Les deux fractions de produit ont une pureté supérieure à 98 cf° d'après la 15 chromatographie gazeuse et donnent en tout 83 g (0,61 mole ; 61 fc) de diacétate de méthylène-d^• Exemple 10 Diacétate de méthvlène-d^ En opérant comme dans l'exemple 9 mais en remplaçant le 20 bromure de méthylène-d^ par 1'iodure de méthylène-d^, on obtient, de même, le diacétate de méthylène-d^ (80,0 g ; rendement 59 $)• Exemple 11 Paraformâdéhyde-d^« Dans un ballon de 100 ml on place du diacétate de méthylène-25 (50 g ; 0,373 mole) avec 13,4 g (0,746 mole) d'eau et 1 g d'acide chlorhydrique concentré. Le mélange est agité sous reflux pendant une nuit puis abandonné à un lent refroidissement. Il précipite un premier jet de paraformaldéhyde deutéré blanc pendant le refroidissement, on le filtre et le met de côté pour être réuni aux autres 30 jets. Le filtrat est placé dans un ballon à agitateur magnétique et une tête de distillation à court trajet conduisant à un récepteur refroidi dans de l'azote liquide. Le filtrat est alors soumis à une distillation sous agitation et en chauffant au début sous le 35 plein vide de la pompe jusqu'à ce qu'il reste seulement dans le ballon un résidu blanc de paraformaldéhyde deutéré. Quand le solide commence à précipiter, on arrête le chauffage mais on laisse fonc- 07533 6 2004079 tionner la pompe jusqu'à ce que le paraformaldéhyde deutéré soit suffisamment sec pour pouvoir être gratté du ballon. Le distillât recueilli dans le récepteur refroidi à l'azote liquide est chauffé et renvoyé dans un autre ballon de distillation et on effectue une 5 autre distillation de la même façon, ce qui laisse de nouveau un résidu de paraformaldéhyde deutéré. On effectue une troisième distillation de ce distillât laissant seulement une trace de paraformaldéhyde deutéré. Toutes les fractions de paraformaldéhyde deutéré sont alors réunies et placées dans un seul ballon qu'on chauf-10 fe à 5Q2C pendant trois heures sous le plein vide de la pompe pour sécher à fond ; rendement : 10,0 g (0,312 mole) de paraformaldéhyde-d2 à 83 Analyse du paraformaldéhyde-d^ Un échantillon de 0,5 g (0,0156 mole) de paraformaldéhyde-15 d2 est agité pendant une nuit avec 10 g (0,2 mole) de méthanethiol et 15 ml d'éther dans un ballon muni d'un condenseur refroidi à la glace sèche. On distille l'excès de méthanethiol sous vide laissant le formaldéhyde-d2 diméthylthioacétal bouillant à une température beaucoup plus élevée. Le produit est alors distillé dans un. appa-20 reil semi-micro sous 5 mm à 38-4020 ce qui donne 1,2 g (0,0111 mole) rendement 71 de formaldéhyde-d2 diméthylthioacétal. Par le spectre de résonance magnétique nucléaire, on trouve que ce produit contient plus de 98 io d'atomes de deuterium dans le groupe méthylène. Comme on a trouvé que le formaldéhyde diméthylthioacétal ne 25 peut pas lui-même être échangé, le spectre de résonance magnétique nucléaire se rapporte uniquement à la deutération du produit para-formaldéhyde-d2. »9 07533 7 2004079 Revendications 1. Procédé de préparation de paraformaldéhyde deutéré comportant l'hydrolyse du diacétate de méthylène-dg. 2» Procédé selon 1. comportant le traitement de diacétate de mé-5 thylène-dg avec une solution aqueuse d'un acide minéral. 3. Procédé selon 1. dans lequel le diacétate de méthylène-dg est soumis à l'hydrolyse par traitement avec de l'eau en présence d'un acide minéral. 4. Procédé selon 2. ou 3» dans lequel l'acide minéral est l'acide 10 chlorhydrique. 5. Procédé de préparation de paraformaldéhyde deutéré qui comporte la deutération d'un halogénure de méthylène pour donner un halogénure de méthylène deutéré, le traitement dudit halogénure de méthylène deutéré avec un acétate de métal alcalin pour 15 former le diacétate de méthylène deutéré et l'hydrolyse de ce composé intermédiaire donnant le produit désiré. 6. Procédé selon 5. qui comporte le traitement d'un halogénure de méthylène avec de l'oxyde de deuterium en présence d'une hase pour donner 1* halogénure de méthylène deutéré, le traitement 20 dudit halogénure de méthylène deutéré avec un acétate de métal alcalin pour obtenir le diacétate de méthylène deutéré et l'hydrolyse de ce composé intermédiaire donnant le produit désiré. 7. Procédé selon 6. dans lequel 1'halogénure de méthylène est 25 transformé en halogénure de méthylène deutéré par traitement avec de l'oxyde de deuterium en présence d'un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux, d'un oxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'un deutéroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux. 30 8. Procédé selon 7. dans lequel 1'halogénure de méthylène est transformé en halogénure de méthylène deutéré par traitement avec de l'oxyde de deuterium en présence d'un deutéroxyde de métal alcalin. 9. Procédé selon 7. dans lequel 1'halogénure de méthylène est 35 transformé en halogénure de méthylène deutéré par traitement avec de 1'oxyde de deuterium en présence d'un hydroxyde de 8 2004079 métal alcalin ou alcalino-terreux. Procédé selon 6. dans lequel 1'halogénure de méthylène deutéré est transformé en diacétate de méthylène deutéré par traitement avec un acétate de métal alcalin en présence d'acide acétique ou en présence d'un mélange d'acide et d'anhydride acétiques. Procédé selon 6. qui comporte le traitement du bromure de méthylène avec de l'oxyde de deuterium et du deutéroxyde de sodium pour donner le bromure de méthylène-d2, le traitement dudit bromure de méthylène-d2 avec de l'acétate de potassium dans un mélange d'acide et d'anhydride acétiques pour obtenir le diacétate de méthylène-dg et l'hydrolyse de l'intermédiaire ainsi obtenu par traitement avec une solution aqueuse d'un acide minéral pour obtenir le produit désiré. A titre de produit industriel nouveau, le diacétate de méthylène deutéré.