Brevet FR2135195A1 — publié le 19721215

i. 2135195 La présente invention concerne la préparation de 11éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique de formule CF^CE^-O-GEF^ et elle concerne, plus particulièrement, un procédé pour l'obtention de cet éther fluoré par réaction de trifluoroéthanol et de 5 chlorodifluorométhane en présence d'un hydroxyde de métal alcalin. Dans le procédé selon l'invention, on obtient une amélioration du rendement en éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhyli-que grâce à l'utilisation dans le mélange de réaction d'un système de co-solvants comprenant de l'eau et un ou plusieurs des com-10 posés choisis parmi la N-méthylpyrrolidone, le diméthylsulfoxyde, la tétraméthylène-sulfone et 1'éther diméthyligue de diéthylène-glycol. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3»535*388 et 3•353»1&5 décrivent la préparation de 1*éther l-chloro-2,2,2-tri-15 fluoroéthyl-difluorométhylique, CïjCHCl-O-CHFg, qui est utile comme anesthésique. Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N"° 14-.716 déposée le 20 Février 1970 au som de Louise S. Croix, on étudie la préparation de 1*éther l-chloro-2,2,2-triflu-oroéthyl-difluorométhylique par la réaction de trifluoroéthanol 20 avec du chlorodifluorométhane en présence d'un hydroxyde de métal alcalin, ce qui donne 1'éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique. On peut ensuite chlorer cet éther et obtenir finalement 1* éther l-chloro-2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique. Bien que la préparation de 1'éther 2,2,2-trifluoroéthyl-25 difluorométhylique par la réaction de trifluoroéthanol avec du chlorodifluorométhane en présence d'un hydroxyde de métal alcalin soit un procédé très avantageux, il serait particulièrement souhaitable de pouvoir augmenter le rendement en éther produit. Selon la présente invention, on a établi qu'on peut exécuter cette 30 réaction en présence de co-solvants, qui comprennent l'eau et un ou plusieurs des composés suivants : N-méthyl-pyrrolidone, diméthylsulf oxyde , tétraméthylène-sulfone (sulfolane) et éther dimé-thylique de diéthylène-glycol. On préfère l'utilisation de la N-méthyl-pyrrolidone, car on obtient ainsi un rendement avantageux 35 en éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique. En effectuant la réaction, on peut combiner de plusieurs façons le trifluoroéthanol (2,2,2-trifluoroéthanol), le chlorodifluorométhane et 1'hydroxyde de métal alcalin, mais les co-solvants selon l'invention doivent être présents pendant pratique-40 ment toute la durée de la réaction. Ainsi, les co-solvants sont 72 15272 2. 2135195 présents quand le trifluoroéthanol et le chlorodifluorométhane sont en contact avec l1hydroxyde de métal alcalin. De préférence, on commence par introduire le trifluoroéthanol dans le solvant qui, à ce stade, peut contenir ou ne pas contenir d'eau. On com-5 bine ensuite le chlorodifluorométhane avec le mélange de réaction, puis on ajoute l'hydroxyde de métal alcalin qui peut contenir une partie ou la totalité de l'eau pour le système des co-'solvants. Après le degré désiré de réaction entre le trifluoroéthanol et le chlorodifluorométhane, on peut séparer par distilla-10 tion l1éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique du mélange de réaction. Selon la stoechiométrie de la réaction de l'invention, on combine le trifluoroéthanol et le chlorodifluorométhane en des proportions essentiellement équimolaires, mais l'un ou l'autre 15 réactif peut être présent en excès pendant la réaction. Si le chlorodifluorométhane est à l'état gazeux à la pression de la réaction, on a intérêt à utiliser -un excès de ce composant, alors qu'un excès de trifluoroéthanol peut jouer le rôle d'un solvant, bien qu'il soit relativement coûteux, de sorte que son utilisation 20 comme solvant n'est pas rentable. La quantité d'hydroxyde de métal alcalin dans le système doit être suffisante pour promouvoir la réaction désirée et la proportion (en poids non aqueux) fréquemment utilisée est d'environ 25 à 200 % ou plus encore, par rapport au poids du trifluoroéthanol introduit dans la zone de 25 réaction. De préférence, cette proportion est comprise entre environ 90 et 150 % en poids. Les co-solvants contiennent en général au moins 40 % d'eau et, le plus souvent, une proportion prépondérante d'eau et une plus faible proportion d'un composant solvant organique. Il semble que l'incorporation d'une plus forte 30 proportion d'un solvant organique dans le système des co-solvants n'offre pas d'avantage particulier de nature à en justifier les frais supplémentaires. Dans tous les cas, la proportion de solvant organique et la quantité du système co-solvant doivent être suffisantes pour apporter une amélioration au rendement de 1'éther 55 qu'on désire produire. Fréquemment le système co-solvant contient d'environ 5 à 30 /c, et de préférence d'environ 10 à 20 % au total de N-méthyl-pyrrolidone, diméthylsuifoxyde, tétraméthylène-sulf0-ne et éther diméthylique de diéthylène-glycol, le complément é-tant essentiellement de l'eau. En général, au moins 50 % environ 40 du système co-solvant, par rapport au trifluoroéthanol introduit COFY 1 72 15272 3 2135195 dans la zone de réaction, assurent une amélioration notable du rendement en éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique, ladite proportion étant le plus avantageusement comprise entre 110 et 1^0 % en poids. Aucun avantage particulier ne découle d'une uti-5 lisation de plus de 200 % du système co-solvant, de nature à justifier le supplément de frais que cela représenterait. Quand on utilise les co-solvants selon l'invention pour la réaction du trifluoroéthanol avec le chlorodifluorométhane en présence d'hydroxyde d'un métal alcalin, on peut opérer à une 10 température plus faible pour une vitesse de réaction donnée et, par conséquent, on obtient ainsi un meilleur rendement en éther désiré. Les températures plus faibles permettent également l'utilisation de pressions plus basses et on réduit ainsi les frais i-nitiaux concernant les appareils exigés pour la mise en oeuvre de 15 la réaction. En général, on peut effectuer 1& réaction à une température allant jusqu'à 150°C environ ou un peu au-dessus, à la condition d'éviter la décomposition nuisible de 1'éther produit» On n'a pu constater aucun avantage associé à l'utilisation de températures plus basses que la température ambiante, bien qu'on 20 puisse descendre à environ 0°C sans éprouver de difficultés particulières. De préférence, la température de la réaction est comprise entre 20 et 75°C environ. Bien qu'on puisse effectuer la réaction à la pression atmosphérique, il est préférable d'opérer sous une pression éle-25 vée, surtout si l'on considère que le chlorodifluorométhane est à l'état gazeux dans les conditions normales de température et de pression. L'utilisation d'une pression supérieure à la pression atmosphérique peut accélérer la réaction et on peut avantageusement utiliser des pressions allant jusqu'à 35 bars ou plus enco-30 re. On préfère que la réaction se déroule sous une pression d'environ 7 à 21 bars. On peut utiliser les divers hydroxydes de métaux alcalins dans le procédé, mais on préfère les hydroxydes de sodium et de potassium, car ils sont bon marché et faciles à manipuler. 35 Bien que 1'hydroxyde de métal alcalin puisse être utilisé sous forme anhydre, il est plus commode de l'introduire dans la réaction en solution aqueuse. L'eau utilisée constitue une partie du système co-solvant; cependant une quantité excessive d'eau, que cette eau provienne de l'utilisation d'une solution aqueuse de 40 1'hydroxyde de métal alcalin ou qu'elle soit introduite d'une au- -Si> t 72 15272 4. 2135195 tre façon, dans le système de réaction, risque de réduire le rendement en produit désiré, c'est-à-dire l'éther 2,2,2-trifluoroé-thyl-difluorométhylique. Quand on ajoute l'hydroxyde de métal alcalin dans la réaction sous forme d'une solution aqueuse, on pré-5 fère que la concentration de cette solution soit d'environ 20 à 60 % en poids. Les exemples suivants servent à illustrer l'invention, sans aucunement en limiter la portée : EXEMPLE 1. 10 On enferme hermétiquement dans un autoclave d'une conte nance de 1 litre 100 g (1 mole) de trifluoroéthanol (TFE) et 40 g de H-méthylpyrrolidone. On ajoute dans l'autoclave 86,5 g (1 mole) de chlorodifluorométhane ("Fréon 22") sous forme liquide, à l'aide d'une burette. On ajoute au mélange de réaction à tempéra-15 ture ambiante une solution aqueuse à 50 % d'hydroxyde de sodium (184 g, 2,3 moles) par doses de 25 ml au cours d'une heure. On règle la réaction exothermique qui se produit à environ 25°C par refroidissement avec de l'eau. On agite le mélange pendant 3 heures après l'achèvement de l'addition. On fait dégager l'autoclave 20 à travers un piège à neige carbonique. On transfère le contenu de l'autoclave dans un ballon de distillation et on effectue une distillation fractionnée. L'éther (CHFg-O-CB^GF^) représente 82,22 g (0,548 mole, soit 54,8 % de conversion et 83»9 % de rendement par rapport au trifluoroéthanol). 25 On effectue tua essai analogue dans l'autoclave d'une contenance de 1 litre, mais en l'absence de N-méthylpyrrolidone (co-solvant) et avec 3,0 moles d'hydrosyde de sodium aqueux à 50% et on obtient seulement 52,18 g (0,348 mole) de 1'éther (CEOTg-O-CHgClï'j), ce qui correspond à 34,8 % de conversion et à un 30 rendement de 66,6 % par rapport au trifluoroéthanol. EXEMPLE 2. On répète le procédé de l'exemple 1, en utilisant un autoclave d'une contenance de 3j78 litres et en utilisant les rapports molaires 5:5J15 pour le trifluoroéthanol î le chlorodifluo-rométhane : le NaOH sous forme d'une solution aqueuse à 50 %, ainsi que 200 g de N-méthylpyrrolidone. La réaction donne 428 g (2,85 moles) de l'éther (CHE^-O-CH^CI1*), ce qui correspond à une conversion de 57 % et à un rendement ae 79,6 % par rapport au trifluoroéthanol. WrmVLES 3 à 5. On procède comme dans l'exemple 1, mais en utilisant des systèmes co-solvants différents et on obtient les résultats sui-40 vants : 5. Essai N° Solvant (g) Temp. (°C) Réactifs (moles) Produit chf2-o-ch2cf3 % en poids de conversion par rapport au TFE % en poids Vl de rende- ^ ment par ^ rapport au TFE ,rJ TFE "Fréon 22" Base 13 12 10 11 14 17 D1ÏS0^\ 10 DMSO, 10 DMSO..20 NMP^4). 20 90 90 90 90 90 90 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1.0 3,°(1) 3,°>3 3y°>4 M 0,240 0,301 0,293 0,411 0,338 ' 0.332 24.0 30.1 29,3 41.1 33,8 33.2 54,9 65,1 58,6 71,4 69,4 62.4 20 15 18 DMSO, 20 NMP. 20 60 60 60 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1.0 3,0^) 3,0(1) 3.0^ 0,323 0,371 0.445 32,3 37,1 44.5 60,4 67,4 70.9 32 19 29 28 30 31 NMP, 20 NMP, 40 NMP, 100, degdme(5), 20 Sulfolane. 20 25 25 25 25 25 25 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1.0 1,0 1,0 2,0 1,0 1,0 1.0 3,0(3) 1,°(3) 3.0^; 0,348 0,471 0,586 0,505 0,477 0.438 34,8 47,1 58.6 50,5 47.7 43.8 66,6 76.3 76.4 ^ 79,8 81,1 74.5 23 22 NMP, 20 BMP, 20 25 0 1,0 1,0 1,0 1,0 3,0(3) 3,0o; 0,399 0,330 39,9 33,0 64,1 55,4 (1) - Solution aqueuse à 25 % ©n poids de NaOH. (2) - Diméthylsuifoxyde. (3) - Solution aqueuse à 50 % en poids de NaOH. (4) - N-méthylpyrrolidone. (5) - Ether diméthylique du diéthylène-glycol. (6) - Solution aqueuse à 50 % en poids de KOH. rv> m LM Ul £_A vo LJ1 72 15272 6 2135195 gETEHJICAHCUrS. 1. Procédé pour l'obtention de l'éther 2,2,2-trifluoroéthyl-dif luorométhylique par réaction de 2,2,2-trifluoroéthanol a-vec du chlorodifluorométhane en présence d'un hydroxyde de métal 5 alcalin, caractérisé en ce qu'on effectue la réaction en présence d'une quantité suffisante pour améliorer le rendement en éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique d'un système co-solvant comprenant essentiellement de l'eau et un composé choisi parmi la N-méthylpyrrolidone, le diméthylsulfoxyde, la tétraméthylène-sul- 10 fone et l'éther diméthylique de diéthylène-glycol, la proportion du composé choisi dans ledit système co-solvant étant suffisante pour augmenter le rendement en éther 2,2,2-trifluoroéthyl-difluorométhylique . 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le composé choisi pour le co-solvant est la N-méthylpyrrolidone. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on introduit 1'hydroxyde de métal alcalin dans le mélange de réaction sous la forme d'une solution aqueuse. 20 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydroxyde de métal alcalin est l'hydroxyde de sodium. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le composé choisi pour le co-solvant est la N-méthylpyrrolidone et 1'hydroxyde de métal alcalin est 1'hydroxyde de sodium a- 25 queux. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion du co-solvant est d'environ 110 à 150 % par rapport au poids du trifluoroéthanol et la proportion du composé choisi dans le co-solvant représente d'environ 10 à 20 % du poids 30 dudit co-solvant. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'hydroxyde de métal alcalin est l'hydroxyde de sodium. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on introduit l'hydroxyde de sodium sous forme d'une solution 35 aqueuse. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le composé choisi est la N-méthylpyrrolidone.