Brevet FR2083422A1 — publié le 19711217

La présente invention concerne un procédé de préparation de perfluoro-alkyl-alkylène-sulfochlorures. Selon ce procédé on prépare des composés répondant à la formule Rf -(CH2)n -SO2Cl (I) dans laquelle Rf représente un radical perfluoroalkyle contenant de 4 à 10 atomes de carbone et n est au moins égal à 2, de préférence égal à 2 ou à 4, de la manière suivante : on convertit des composés répondant à la formule II Rf (CH2)n Hal (Il) dans laquelle Rf et n ont les significations mentionnées ci-dessus et Hal représente un atome d'halogène, avec de la thiourée en sels d'isothiuronium répondant à la formule III dans laquelle Rf, n et lial ont les significations mentionnées ci-dessus, on transforme ceux-ci avec des solutions aqueuses d'ammoniac ou d'amines, à 400 - 100 C environ, en thiols répondant à la formule IV Rf-(CH2)n-S-H (IV) dans laquelle Rf et n ont les significations mentionnées ci-dessus et on traite ceux-ci dans un milieu aqueux acide avec du chlore à une température de O à 150C. environ. Les sulfochlorures de formule I ont déjà été décrits dans la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne publiée sous le lio. 1 942 264. La préparation de ces composes était effectuée par traitement des sulfocyanures (thiocyanates) correspondants avec du chlore en milieu aqueux. Cependant, ce procédé n'est pas siulsiaisant pour diverses raisons. Premièrement, les thiocyanates fluo roalkyliques utilisés sont difficilement accessibles et doivent être utilisés sous leur forme pure. Deuxièmement, il se forme des produits secondaires lors de-la réaction qui rendent l'isolement des sulfochlorures difficile et diminuent les rendements. On connatt les composés de départ de formule II. On peut les obtenir, par exemple, selon Haszeldine (J. Chem. Soc. 1949, 2856) à partir des halogénures de perfluoro-alkyles Rf-Hal par réaction avec de l'éthylène. Selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO D 088 849 ils sont également accessibles à partir de sulfochlorures de perfluoro-alcoyles Rf S02 Cl par réaction avec des alcools insaturés, par hydrogénation subséquente en présence de NaOH et par réaction avec des acides halogénhydriques. Le meme brevet des Etats-Unis d'Amérique N03 088 849 décrit également un procédé de préparation de thiols perfluoroalcoylés répondant à la formule Rf-(CH,) -SH, dans laquelle x est un nombre allant de 3 à 15, à l'aide des sels dtisothiuro- nium corresppndants, la saponification étant effectuée avec une lessive de soude aqueuse à 10 %. Cependant, le rendement est faible. Or, la Demanderesse a trouvé que l'on pouvait obtenir les thiols selon une réaction se déroulant sans difficulté aucune lorsqu'on utilise, pour la saponification des sels d'isothiuronium des solutions aqueuses d'ammoniac ou d'amines au lieu de la lessive de soude. Il n'était aucunement prévisible que ce procédé serait supérieur à celui où la saponification était effectuée, comme d'habitude, avec de la lessive de soude aqueuse selon le présent procédé il y a une augmentation considérable des rendements qui s'élèvent à 90 - 99 % environ. Le degré de pureté des thiols obtenus est également considérablement amélioré et très élevé, ce qui facilite les opérations de purifications postérieures ou les rend complètement superflues. Dans le seul exemple du brevet des Etats-Unis d'Amérique mentionné ci-dessus qui est décrit en détail, le rendement est de 14 %, le produit brut contenant encore 15 % d'im puretés. Il faut consédérer ces rendements par rapport à la réaction totale à partir de l'alcool perfluoro-alcoylé ; cependant, comme on obtient des rendements élevés dans les deux étapes réactionnelles qui précèdent la saponification, la perte décisive se produit alors, forcément, lors de la saponification qui mène au thiol. La description suivante illustre le procédé conforme à l'invention. On prépare-d'abord, selon des méthodes connues, à partir des halogénures de perfluoro-alkyles de formule II, par réaction avec de la thiourée, les sels d'isothiuronium de formule III ; on obtient des rendements pratiquement quantitatifs. Selon le procédé conforme à l'invention, on chauffe ces composés dans une première phase à une température de 40 à 100 C environ, de préférence de 80 à 100 C, avec desquatités au moins équimolaires d'ammoniac ou d'amines, en milieux aqueux, et on les maintient à cette température en mélangeant intensément, de préférence en agitant jusqu'au moment où la couche de thiols ayant une plus grande densité se dépose. Les dérivés de guanidine également obtenus restent dans la phase aqueuse et peuvent être facilement séparés de celle-ci après refroidissement.On effectue la réaction avantageusement sous une atmosphère protectrice de gaz inerte afin d'éviter l'oxydation des thiols obtenus qui mène aux disulfures de formule A f-(CH2)n-S72. Les rendements vont de 90 à 95 $ environ, par rapport à l'halogénure de départ de formule île Par distillation simple, on peut obtenir les thiols avec une pureté supérieure à 99,5 %, ce que montre l'analyse par chromatographie en phase gazeuse. Pour transformer les composés en sulfochlorures il n'est pas nécessaire de les purifier spécialement. Comme amines, on peut utiliser des amines solubles dans l'eau, de préférence des amines que lton peut mélanger avec de l'eau en quantités illimitées, par exemple des amines primaires, secondaires ou tertiaires portant comme substituants des grou pes alkyles hydroxy-alkyles inférieurs , par exemple l'éthylamine, la n-propylamine, la diéthylamine, la triméthyl-amine, les mon-, di- et triéthanolamine. Dans la phase suivante, on ajoute aux thiols de formule IV, en milieu aqueux, de préférence en dispersions aqueuses, à une température de O, à 150C environ, du chlore jusqu a saturation. A cet effet, il y a avantage à acidifier faiblement avant la réaction les dispersions aqueuses. Dans une méthode préférée du procédé conforme à l'invention, on incorpore les thiols dans des acides carboxyliques inférieurs, de préférence dans de l'acide acétique glacial, on ajoute de l'eau tout en dispersant jusqu'à ce que l'on obtien- ne des concentrations d'acides allant jusqu'à 80 % en volume environ et on chlore ensuite. L'isolement des sulfochlorures est effectué selon la composition de la dispersion, par extraction, filtration ou distillation. On obtient des rendements presque quantitatifs. On peut également effectuer une conversion directe des sels d'isothiuronium en sulfochlorures, mais pour les iodures et les bromures on doit d'abord effectuer un changement de la nature du sel pour obtenir des chlorures ou des acétates. Les sels d'isothiuronium de formule III et les thiols de formule IV, dans lesquels n est égal à 2, sont des composés nouveaux. Les nouveaux sels d'isothiuronium sont des biocides efficaces. Les nouveaux thiols peuvent être utilisés pour 11 obtention de revetements résistant à la corrosion sur des métaux et ils peuvent servir à rendre oléophobes et hydrophobes, les matières fibreuses telles que les tissus, le papier et le cuir. Ce sont, de plus,les composés de départ pour les sulfochlorures flusns alcoylés de formule I, qui peuvent, de leur coté, être utilisés au lieu de sulfochlorures d'alkyles pour des réactions d'acylation, les propriétés oléophobes connues des radicaux perfluoroalkyles ayant un effet particulièrement bon dans les produits réactionnels obtenus. Les exemples suivants illustrent la présente invention. EXEMPLE 1 a) On fait bouillir 474 g (1 mole) de n-C6F13(CH2)21 avec 76- g (1 mole) de thiourée dans 800 ml d'éthanol pendant 5 heures au reflux. On sépare ensuite le solvant par distillation et on l'élimine entièrement sous vide: Le résidu, qui était le sel d'isothiuronium de formule n-C6F13(CH2)2SC(NH2)2I, est chauffé à 80 - 90 C avec 1,5 litre d'eau environ sous une atmosphère protectrice d'azote. On introduit, tout en agitant, 300 ml d'une solution aqueuse d'ammoniac à 30 % environ. Au bout de quelques minutes la couche de thiols lourde commence à se déposer et on la sépare après refroidissement. On obtient 355 g de n-C6F13(CH2)2SH, soit un rendement de 93,5 % par rapport à l'iodure de fluoro-alkyle utilisé. On soumet 200 g du thiol brut liquide à une distillation ; un liquide limpide passe à 580C sous 14 mm. On obtient 184 g de thiol pur à 99,8 % de formule n-C6F13(CH2)2SH. b) On disperse 100 g de thiol non distillé, à l'aide d'un agi tateur à grande vitesse, dans 2 litres environ d'eau faiblement acidifiée et on introduit dans cette dispersion, à 8 - 12 C, du chlore jusqu'à saturation. On obtient un précipité blanc dont on élimine dans une large mesure l'eau chlorée par décan tation et que l'on introduit alors dans de ltéther di-isopropy lique. Après séchage et élimination de l'éther sous vide on obtient 119 g d'un liquide qui se solidifie à 2100 environ. L'analyse par chromatographie en phase gazeuse montre une pro portion de 97,7 % en n-C6F13(CH2)2S02C1. On peut purifier le sulfochlorure par distillation fractionnée à 106 C/13 mm. On obtient, selon des méthodes analogues, les compo sés suivants Composé Point d'ébullition ("c) C4F9(CH2)2SH 121 / 760 mm C4F9(CH2)2S02C1 82 / 12 mm EXEMPLE 2 On fait réagir 80 g de thiol de formule n-C4F9(CH2)2SH (préparé de la mAeme manière que-dans l'exemple la) dans 1,5 litre d'eau faiblement acidIfiée avec HCl, en introduisant du chlore, tout en agitant, la température réactionnelle étant maintenue à 6 - 13"C. Le produit de chloration liquide obtenu se dépose sous la forme d'une couche lourde au fond, on le sépare de la phase aqueuse et on le lave deux fois avec de l'eau froide.On peut isoler 95 g de sulfochlorure de formule n-CXFg(CH2)2S02Cl ayant un degré de pureté de 99 % et un point d'ébullition de 82 C sous une pression de 12 mm de mercure. EXEMPLE 3 a) On dissout 1,15 kg (2 moles) de n-C8F17CH2CH2I avec 167 g (2,2 moles) de thiourée dans 3 litres d'éthanol, et on fait bouillir le tout au reflux pendant 5 heures. On élimine alors l'alcool per distillation sous vide et le sel d isothiuro- nium sec est obtenu comme résidu, sa formule est n-C8H17(CH2)2SC(NH2)2I et son point de sublimation est de 16200. Analyse élémentaire : Calculé % Trouvé % C 20,3 21,2 H 1,3 1.5 F 49,7 48,2 I 19,5 19 > 5 N 4,3 4,4 s 4,9 4,9 On chauffe à 90 C, après addition de 3 litres d'eau, sous une atmosphère de gaz inerte. On effectue la saponification pour obtenir le thiol par addition de 300 g d'éthanolamine tout en agitant. Immédiatement après le dépôt de la couche de thiol, on refroidit et on le sépare de la phase aqueuse. On purifie le produit brut par filtration. On obtient 890 g de thiol de formule n-C8F17CH2CH2SH (Rdt : 93 % par rapport au n- C8F17CH2CH2I utilisé) qui a un point d'ébullition de 82 OC sous une pression de 15 mm de mercure et un point de fusion de 210C. b) On introduit, dans une dispersion de 100 g du thiol obtenu dans 1,5 litre d'acide acétique à 70 %, à 8 - 13"C, du chlore Jusqu'à saturation, tout en agitant fortement. On ajoute alors à la dispersion 2 litres d'eau froide et on isole par essorage le sulfochlorure précipité sous la forme d'une substance blanche de la phase aqueuse, on le lave avec de l'eau froide et on le sèche sous 0,1 mm de mercure et à 150C. On obtient 109 g (Rdt : 96 % par rapport au thiol utilisé) de n-C8F17(CH2)2S02Cl qui a un degré de pureté de 97,9 %, un point de fusion de 580C et un point d'ébullition de 1290C sous une pression de 12 mm de mercure. EXEMPLE 4 a) On chauffe au reflux 125 g (o, 185 mole) de n-C1OF21(CH2)2I et 28 g (0,37 mole) de la thiourée avec 1 litre de butanol pendant 6 heures. Après élimination de l'alcool par distillation sous vide, on obtient le sel d'isothiuronium sec. Après addition de 1 litre d'eau environ on chauffe jusqu'au point d'ébullition sous une atmosphère de gaz inerte et on introduit de l'ammoniaque jusqu'à ce que l'on obtienne deux phases claires. La couche de thiol se solidifie et on la sépare de la phase aqueuse. Après plusieurs lavages du thiol transformé en petites particules, on le sèche par faible chauffage sous vide. On obtient 99 g de n-C10F21(CH2)2SH (Rdt : 92 % par rapport à l'iodure utilisé) dont le point de fusion est de 650C et le point d'ébullition de 1080C sous une pression de 12 mm de mercure. b) On peut obtenir, de la même manière que dans l'exemple 3, le sulfochlorure de formule n-(C10F21(CH2)2S02C1 qui a un point de fusion de 920C. EXEMPLE 5 a) On chauffe, à 780C, pendant 4 heures, 100 g (0,2 mole) de C6F13(CH2)41 et 15,2 g (0,2 mole) de thiourée dans 800 ml d'éthanol. On élimine alors sous vide l'alcool du sel d'isothiuronium obtenu et on ajoute au contenu du ballon environ 1 litre d'eau. On introduit 50 ml d'éthanolamine environ à l'ébullition sous une atmosphère de gaz inerte, tout en agitant. L'hydrolyse est terminée en peu de minutes. On sépare la couche plus lourde de thiol et Aădlstille. On obtient 71 g de C6F13(CH2)2SH ayant point d'ébullition de 890C sous une pression de 12 min mercure. b) / On chlore à 8 - 10 C, conformément à exemple 3, 50 thiol dans une dispersion acidifiée aqueuse et on obtient si si le sulfochlorure désiré. On le sépare par distillation après refroidissement, on le lave avec de l'eau froide, on le reprend dans de l'éther et on l'isole, on obtient 52 g de C6F13(CH2)4S02C1 ayant un point d'ébullition de 1490C sous une pression de Il mm de mercure et un point de fusion de 440C. REVENDICATIONS 1.- Procédé de préparation de sulfochlorures répondant à la formule Rf(CH2)nSO2Cl dans laquelle Rf représente un radical perfluoroalkyle contenant de 4 à 10 atomes de carbone et n est égal à 2 ou à 4, procédé caractérisé en ce qu'on mélange des thiols répondant à la formule Rf ( H2)n SH dans laquelle R f et n ont les significations mentionnées ci-dessus, à O - 150C, avec du chlore, en suspension aqueuse jusqu'à saturation. 2.- Procédé de préparation de thiols répondant à la formule Rr-(CH2) -SH dans laquelle Rf représente un radical perfluoroalkyle contenant de 4 à 10 atomes de carbone et n est égal à 2 ou à 4, selon lequel on fait réagir des halogénures répondant à la formule Rf (CH2)n Hal dans laquelle Rf et n ont les significations mentionnées ci-dessus et Hal représente un atome de chlore, de brome ou d'iode, avec de la thiqurée pour obtenir des sels dlisothiuronium ayant la formule dans laquelle Rf, n et Hal ont les significations mentionnées ci-dessus et on saponifie de manière alcaline ces sels, à température élevée, procédé caractérisé par le fait que l'on effectue la saponification avec des solutions aqueuses ammoniac ou d'amines à une température allant de 400C à 100"C environ. ).- Thiols répondant à la formule Rf (CH2)2 SH dans laquelle Rf représente un radical perfluoroalkyle contenant de 4 à 10 atomes de carbone. 4.- Sels d'isothiuronium répondant à la formule dans laquelle Rf représente un radical perfluoroalkyle contenant de 4 à 10 atomes de carbone et Hal est un atome d'halogène.