Brevet FR2138030A1 — publié le 19721229

-1- 2138030 Les quinones qui représentent des matières de départ importants pour la préparation de tocophérols, par exemple la triméthylquinone, ont été préparés jusqu'à présent entre autres à partir des phénols correspondants par traitement avec des 5 agents oxydants, par exemple avec du permanganate de potassium ou avec de l'oxyde de plomb. Ces méthodes d'oxydation ont pourtant l'inconvénient qu'il se forme des oxydes métalliques solides, par exemple des oxydes de manganèse et de plomb qui se séparent avec les quinones formées lesquelles peuvent donc être 10 difficilement isolées sous forme pure. Pour la synthèse de tocophérols par exemple on a pourtant des exigences très hautes pour la pureté des quinones servant de matières de départ. Il s'agissait donc de trouver un procédé qui fut capable de fournir les quinones de départ avec 15 de hauts rendements et une grande pureté par voie oxydative à partir des phénols correspondants. Une condition essentielle est que le produit de l'oxydation soit souillé aussi peu que pos sible par l'agent d'oxydation et ses produits de transformation. Des essais dans cette voie, en particulier des essais 20 avec des sels de cuivre comme transmetteurs d'oxygène qui restent en solution pendant toute la durée de la réaction, ont néan moins montré que dans les conditions généralement appliquées jusqu'à présent, dans lesquelles on a toujours utilisé comme catalyseur un composé complexe de cuivre formé primairement ou 25 intermédiairement, il se forme dans l'oxydation des phénols toujours des éthers polymères et des quinones dimères. Si on fait réagir par exemple, comme il est connu dans la littérature, de l'oxygène sur des phénols alcoylés avec une position-para libre en présence d'un catalyseur au cuivre et une base azotée, JO on obtient régulièrement des éthers polyphénoliques, et éventuellement dans certaines conditions une quinone dimère. Il a maintenant été trouvé de manière surprenante, qu'on peut oxyder d'une façon simple des phénols en les quinones correspondantes si on effectue l'oxydation avec de l'oxygène en 35 présence d'ions cuivre et halogènes en l'absence d'agents com-plexants ou à la rigueur en n'ajoutant qu'une quantité faible d'agents complexants. La présente invention est basée sur cette observation 72 17643 -2- 2138030 et concerne un procédé de préparation de quinones de la fontuii générale 10 H, 0 0 . R-, -R„ 15 20 dans laquelle au moins un des substituants , R2, Rj et R^ représente un groupe méthyle et les autres représentent de l'hydrogène ou un groupe méthyle. Le procédé est caractérisé en ce qu'on oxyde un phénoi de la formule générale R, R, E, R, II 25 dans laquelle R^, R~, R^ et R^ ont les significations données ci-dessus et X. représente de l'hydrogène, du chlox1©, du brunie ou de l'iode, dans un solvant en présence d'ions cuivre et halogènes, éventuellement en présence d'agents complexants, mais seulement en une quantité jusqu'à un rapport molaire ouivr-v ; 3C agent = 1 : 2, avec de l'oxygène ou avec un gaz coîiôeiiant ùi 1'oxygène. Les solvants utilisés dans le procédé indiqué ci » dessus sont surtout des solvants polaires, solubles dans l's&u ou miscibles sans limitation à 1reau, en particulier des sel-35 vants qui n'ont aucune action sur les matières de départ et des produits finals, et dans lesquels les réactifs afe le cat;: liseur restent pratiquement dissous du début à la fin da la réaction. Comme exemples on peut citer ; 72 17643 -3- 2138030 des alcanols, de préférence les alcanols inférieurs comme le mé-thanol, l'éthanol, 1'isopropanol; des glycols comme par exemple 11éthylèneglycol ou le propylène-glycol; 5 des éthers comme par exemple l'éther monométhylique de l'éthy-lèneglycol; des cétones, parmi lesquelles surtout l'acétone; des esters comme par exemple l'acétate d'éthyle; des amides comme par exemple le diméthylformamide et diméthyl-10 acétamide; des suifoxydes comme par exemple le diméthylsuifoxyde. Parmi ces solvants on préfère les éthers, les cétones et les amides. On peut utiliser les solvants, cités ci-dessus à titre 15 d'exemplés, seuls ou aussi en-combinaison avec l'eau. Comme catalyseurs on peut utiliser aussi bien les ions de cuivre (I) que de cuivre (II), ainsi que des combinaisons d'ions de cuivre (I) et de cuivre (II). Les ions de cuivre (II) prennent pourtant nettement une position préférée. 20 Four les ions halogènes4a préférence augmente dans le sens iode, brome, chlore. Les ions de cuivre et d'halogènes nécessaires pour l'oxydation selon l'invention sont avantageusement mis en oeuvre sous forme des sels correspondants, éventuellement présents sous 25 forme d'hydrates, c'est-à-dire chlorure de cuivre (I) ou chlorure de cuivre (II), bromure de cuivre (I) ou bromure de cuivre (II) ou iodure de cuivre (I). Mais il est aussi possible d'utiliser comme source d'ions n'importe quel sel de cuivre d'un acide minéral ou aussi d'un acide organique qui possède les conditions 30 de solubilité requises, en combinaison avec un des acides halo-génohydriques appropriés ou avec un sel de ces acides. Parmi ces sels de cuivre on peut citer : le sulfate de cuivre, le nitrate de cuivre"ou aussi 1'acétate de cuivre. Parmi les sels de ces acides halogéhohydriques on peut citer surtout les sels alcalins 35 ou alcalino-terreux, par exemple le chlorure de sodium, le bromure de sodium,"1'iodure de potassium ou le chlorure de magnésium. Comme il a été difc plus haut la marche de.la.réaction 72 17643 -4- 2138030 selon l'invention est favorisée par l'absence d'agents comple-xants. Des essais dans ce sens ont montré que les rendements en quinones monomères diminuent à peu près dans la même mesure que la quantité d'agent complexant augmente dans le milieu réaction-» 5 nel. Ceci compte surtout dans l'oxydation de phénols, substitués seulement par un ou deux groupes méthyles. L'oxydation selon l'invention est donc exécutée de préférence en absence d'agents complexants. A la rigueur on peut tolérer de petites quantités d'agents complexants. La limite su-10 périeure peut être fixée, en se basant sur les résultats expérimentaux, à un rapport molaire de cuivre s agent =1 : 2. On a constaté que qiiand on met en oeuvre des composés de départ de la formule II substitués par trois ou quatre groupes méthyle il se forme pour ce rapport de 1 : 2 encore environ 45 % de quinones mo-15 nomères, alors qu'en absence complète d'agents complexants le rendement en quinones monomères monte jusqu'à 99 %• On peut utiliser comme agent d'oxydation à côté d'oxygène pur aussi tout gaz contenant de l'oxygène, en particulier l'air, avec la condition que pendant toute la marche de la réac-20 tion la quantité d'oxygène stoechiométriquement nécessaire pour l'oxydation soit toujours présente. La concentration d'oxygène est directement proportionnelle à la vitesse de réaction et au rendement du produit de la réaction. Les matières de départ mis en oeuvre pour le procédé 25 selon l'invention, ainsi que les produits finals obtenus, sont des composés connus. On obtient ainsi : à partir d'o- ou m-crésol, la 2-méthylquinone, à partir du 2,6- ou 3,5-xylénol, la 2,6-diméthylquinone, 30 à partir du 2,5-xylénol, la 2,5-diméthylquinone, à partir du 2,3-xylénol, la 2,5-diméthylquinone, à partir du 2,3,5- ou 2,3,6-triméthylphénol, la triméthylquinone, à partir du 2,3,5,6-tétraméthylphénol, la 2,3,5,6-tétraméthyl-quinone. 35 On effectue l'oxydation selon l'invention avantageuse ment en dissolvant le phénol correspondant dans un des solvants polaires cités, de préférence dans de l'acétone aqueux, dans le diméthylformamide ou dans l'éther monométhylique de l'éthylène- 72 17643 -5- ? 138030 glycol, et en coulant goutte à goutte cette solution dans une solution du catalyseur dissous avantageusement dans le même solvant,. en particulier une solution de chlorure de cuivre (II), dans laquelle on fait passer un vif courant d'oxygène, et en 5 extrayant la quinone formée avec un solvant non-miscible à l'eau en isolant et en rectifiant. On peut opérer sans pression ou assui sous pression. Il a été trouvé avantageux d'opérer dans un système clos sous une pression d'oxygène d'environ 1 à environ 100 atm., de préfé-10 rence 1-50 atm. L'oxydation peut être exécutée dans un domaine de température entre la température ambiante et-en particulier quand on utilise de l'air comice oxydant -la température d'ébullition du milieu réactionnel. En général on opère entre 50 et ?0°C. On obtient des résultats particulièrement bons au point de vue rendement et sélectivité quand on dirige l'oxydation de telle façon que n'entre en contact avec le catalyseur toujours qu'une quantité telle de phénol qu'elle puisse être transformée immédiatement par oxydation. On peut obtenir ceci en 20 opérant en présence d'une quantité relativement grande de cataly seur et en introduisant le phénol dans le catalyseur en un laps de temps assez grand. Un rapport d'atomes-grammes de cuivre à une mole de phénol d'environ 0,5 : 1 à 2 : 1 s'est montré particulièrement avantageux. 25 La durée de la réaction dépend de différents facteurs. Elle est influencée en particulier par la température maintenue et la concentration choisie en oxygène. En général il faut environ 2-3 heures pour l'addition du phénol et encore environ 1 heure pour terminer la réaction. 30 L'isolement du mélange réactionnel est effectué de façon connue'. On extrait par exemple le produit de la réaction avec un solvant non-miscible à l'eau, en particulier avec un hydrocarbure chloré comme le chloroforme ou le tétrachlorure de carbone, on sèche, on évapore sous pression réduite et on 35 purifie par rectification. Un avantage particulier du procédé selon l'invention est qu'on peut réutiliser le catalyseur restant dans la solution après séparation du produit de réaction directement pour de nouvelles réactions. 72 17643 -e- 2138030 Comme il a été dit plus haut on peut ajouter dans 1": dation selon l'invention une certaine quantité d'agents complexants, par exemple des aminés, de préférence des ami nés di- ou trialcoylés comme la triéthylamine ainsi que des aminés secon-5 daires cycliques comme la pipéridine ou la morpholine, ou aussi des phosphines ou arsines, en particulier des phosphines et ar™ sines tri-alcoyl- ou triphényl-substituées, par exemple la -phénylphosphine ou la triphénylarsine. Les exemples suivants illustrent l'invention. 10 Exemple 1 On charge 149 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 mo•« d'eau de cristallisation et 94 g de m-crésol dans un mélange de 51$ g d'acétone et 670 g d'eau et on agite dans un système clos sous une pression d'oxygène de 30 atm pendant 3 heures à ôO0*^ 15 On ajoute ensuite 600 ml d'eau et on extrait plusieurs fois avec au total 1000 ml de tétrachlorure de carbone. On évapore les extraits réunis sous pression réduite. On obtient la 2-méthyl-quinone qui bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement 75,2 %. 20 Exemple 2 On dissout 149 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 %o«* les d'eau de cristallisation dans 1100 g de diméthylformamide et on coule en agitant dans un système clos sous une pression d'oxygène de 30 atm à 60°C en 3 heures une solution de 94- g d o--25 crésol dans 150 g de diméthylformamide. On dilue ensuite le milieu réactionnel avec de l'eau et on isole comme il est décrit dans l'exemple 1. La 2-méthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 40,8 %. Exemple 3 30 On charge 149 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation et 106 g de 2,3-diméthylphénol dans us mélange de 513 g d'acétone et 630 g d'eau et on agite dans un système clos sous une pression d'oxygène de 30 atm. pendant 2 heures et demie à 60°C. On dilue le milieu réactionnel avec de 35 l'eau et on isole comme il est décrit dans l'exemple 1. La 2,^-» diméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-30° C/0, *> Torr. Rendement : 75,0 %. 72 17643 -7- 2138030 Exemple 4 On dissout 149 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation et 106 g de 2,6-diméthylphénol dans 1100 g de diméthylformamide et oh agite dans un système 5 clos sous une" pression d'oxygène de 30 atm pendant 2 heures à 60°. On dilue ensuite le milieu réactionnel avec de l'eau et on isole comme il est décrit dans l'exemple 1.. La 2,6-diméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 77 >0 %. 10 Exemple 5 On met en suspension 172 g de chlorure de cuivre (I) dans 1100 g de diméthylformamide et on ajoute en agitant dans un système clos sous une pression d'oxygène de 30 atm à 60°G en 3 heures une solution de 106 g de 2,6-diméthylphénol dans 150 g 15 de diméthylformamide. On dilue alors le milieu réactionnel avec de l'eau et on isole comme il est décrit dans l'exemple 1. La 2,6-diméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/ 0,5 Torr. Rendement : 37,0 %. Exemple 6 20 On coule goutte à goutte dans une solution de 194-,9 g de bromure de cuivre (II) dans 400 g de diméthylformamide en agitant et sous un courant d'oxygène à 60°C en 3 heures une solution de 140 g de 2,6-diméthylphénol dans 150 g de diméthylformamide. On agite encore pendant une heure, on dilue avec de l'eau et 25 on isole comme il est décrit dans l'exemple 1. La 2,6-diméthylquinone bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 65,0 %. Exemple 7 On charge 149 g de chlorure de cuivre (II) -avec 2 moles 30 d'eau de cristallisation et 106 g de 3,5-diméthylphénol dans un mélange de 513 g d'acétone et 630 g d'eau et on agite dans un système clos sous une pression d'oxygène de 30 atm. pendant 2 heures à 6Q°C. On dilue avec de l'eau et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,6-diméthylquinone bout après rectification à 35 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 85,0 %. Exemple 8 On charge 149 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation et 106 g de 2,5-diméthylphénol 72 17643 -S- 2138030 dans un mélange de 513 g d'acétone et 630 g d'eau et on agite dans un système clos sous une pression d'oxygène de 30 atm. pendant 2,5 heures à 60°C. On dilue avec de l'eau et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,5-diméthylquinone "bout après recti-5 fication à 70-8C°C/0,5 Torr. Rendement : 82,0 %. Exemple 9 On coule goutte à goutte dans une solution de 149 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation dans 250 g de diméthylformamide en agitant et sous un courant 10 d'oxygène à 60°G en 2 heures une solution de 150 g de 2,3,6- triméthylphénol dans 150 g de diméthylformamide. On agite encore pendant 1 heure, on ajoute 600 ml d'eau et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 96,2 %. 15 Exemple 10 On coule goutte à goutte dans une solution de 194,8 g de bromure de cuivre (II) dans 250 g de diméthylformamide en agitant et sous un courant d'oxygène à 60°C en 3 heures une solution de 150 g de 2,3,6-triméthylphénol dans 150 g de diméthyl-20 formamide. On agite encore pendant 1 heure et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 86,7 %• Exemple 11 On coule dans une suspension de 50 g de bromure de 25 cuivre (I) dans 100 g de diméthylformamide en agitant et sous un courant d'oxygène à 60°C en 2 heures une solution de 60 g de 2,3,6-triméthylphénol dans 60 g de diméthylformamide. On agite encore pendant 1 heure et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone bout après rectification à 70-80°C/ 30 0,5 Torr. Rendement : 65,0 %. Exemple 12 On charge 57,8 g de chlorure de cuivre (I) et 80 g de 2,3,6-triméthylphénol dans un mélange de 1052 g d'acétone et 1760 g d'eau. On agite en vase clos sous une pression d'oxygène 35 de 30 atm pendant 3 heures à 60°C et on isole ensuite comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°0/0,5 Torr. Rendement : 77,4 %. 72 17643 -9- 2138030 Exemple 13 On charge 218,3 g de sulfate de cuivre avec 5 moles d'eau de cristallisation et 180 g de bromure de sodium dans 250 g de diméthylformamide. On coule dans le mélange goutte à 5 goutte en agitant sous un courant d'oxygène à 60° en 2 heures une solution de 150 g de 2,3,6-triméthylphénol dans 150 g de diméthylformamide. On agite encore pendant 2 heures et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 85,5 %• 10 Exemple 14 On charge 48,5 g de chlorure de cuivre (II) et 75,5 g de 2,3,5-triméthylphénol dans un mélange de 1052g d'acétone et 1760 g d'eau. On agite le mélange dans un autoclave sous une pression d'oxygène de 30 atm. pendant 2,5 heures à 60°C et on isole 15 ensuite comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 79,8 Exemple 15 On coule goutte à goutte dans une solution de 4-0 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation 20 dans 40 g de diméthylformamide et 40 g d'eau en agitant et sous un courant d'oxygène à 60°C pendant 2 heures 40,8 g de 4-chloro-2,3,6-triméthylphénol. On agite encore pendant 1 heure et on isole comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 99,0 %. 25 Exemple 16 On dissout 74,5 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation dans un mélange de 88,8 g de triéthylamine, 100 g d'eau et 750 g de diméthylformamide-. On charge la solution du catalyseur dans l'autoclave, on chauffe à 30 50°C et on ajoute sous une pression d'oxygène de 30 atm. en 2 heures avec une solution de 75 g de 2,3,6-triméthylphénol dans 75 g de diméthylformamide. On isole le produit comme dans l'exemple 1. La 2,3,5-triméthylquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 44,6 35 Exemple 17 On coule goutte à goutte dans une solution de 74,5 g de chlorure de cuivre (II) avec 2 moles d'eau de cristallisation 72 17643 -10- 2138030 dans 300 g de l'éther œonométhylique de l'éthylèneglycol en agitant et sous un courant d'oxygène une solution de 65,5 g de 2,3,5,6-tétraméthylphénol dans 300 g dé l'éther monométhylique de 1'éthylèneglycol. On agite encore pendant une heure et on isole comme dans l'exemple 1. La duroquinone obtenue bout après rectification à 70-80°C/0,5 Torr. Rendement : 99 %• 72 17643 2138030 - REVENDICATIONS - générale 1 - Procédé de préparation de quinones de la formule 0 R, R, 10 Jl 0 R: 5 *4- dans laquelle au moins un des substituants R^, R~î R2 et R,. re-0 4- présente un groupe méthyle et les autres représentent de l'hy-15 drogène ou des groupes méthyles, caractérisé en ce qu'on oxyde un phénol de la formule générale 20 25 30 II dans laquelle R^, R^, R^ et R^ ont les significations données ci-dessus, et X représente de l'hydrogène, du chlore, du brome ou de l'iode, dans un solvant en présence d'ions de cuivre et d'halogènes, éventuellement en présence d'agents complexants mais seulement en une quantité jusqu'à un rapport molaire de cuivre : agent = 1 : 2, avec de l'oxygène ou un gaz en contenant. 2 - Procédé selon la revendication 1 pour la préparation de quinones de la formule générale 72 17643 -12- 2138030 H,C 3 HZC 3 0 0 R' R' la dans laquelle R'^ représente de l'hydrogène et R'^ représente un 10 groupe méthyle, ou R'^ représente un groupe méthyle et R'^ représente de l'hydrogène, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre comme matière de départ un phénol de la formule générale 15 20 OH lia dans laquelle R'^ et R'^ ont les significations données ci-dessus et X représente de l'hydrogène, du chlore, du brome ou de 25 l'iode. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme solvants des solvants polaires miscibles à l'eau, seuls ou en combinaison avec l'eau. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en 30 ce qu'on utilise un éther, en particulier l'éther monométhylique de l'éthylèneglycol, une cétone, en particulier l'acétone, ou un amide, en particulier le diméthylformamide. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme ions cuivre les ions ^5 cuivre (I) ou de préférence les ions de cuivre (II). 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme ions halogènes les ions chlore, brome ou iode, de préférence les ions chlore. 72 17643 -13- 2138030 7 - Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on utilise un halogénure de cuivre (I) ou un halogénure de cuivre (II), en particulier chlorure de cuivre (I), chlorure de cuivre (II) ou bromure de cuivre (II). 5 8 - Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on utilise le sel de cuivre (I) ou de préférence le sel de cuivre (II) d'un acide minéral ou acide organique conjointement avec un sel d'un acide halogénohydrique so-luble dans le solvant utilisé. 10 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on utilise un sel alcalin ou alcalino-terreux d'un acide halogénohydrique, de préférence le bromure de sodium ou le chlorure de magnésium. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, 15 caractérisé en ce qu'on utilise comme agent complexant un dérivé alcoylé.ou phénylé d'un élément trivalent du cinquième groupe principal du système périodique. 11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise une aminé, de préférence la triéthylaminé, 20 une phosphine, de préférence la triphénylphosphine ou une arsine, de préférence la triphénylarsine. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation dans un domaine de températures entre la température ambiante et le point d'ébul- 25 lition du milieu réactionnel, de préférence dans le domaine entre 50 et 70°C. 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation en présence d'une haute concentration en oxygène, avantageusement avec de l'oxy- 30 gène pur bous une pression de 1 et 50 atm. 14- - Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation à une haute concentration en catalyseur, en particulier avec un rapport atome-gramme de cuivre à une mole de phénol entre 0,5 : 1 à 2 : 1. 35 15 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 et 12 à 14, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation en absence à*" agents complexants.