Brevet FR2342276A1 — publié le 19770923

la présente invention se rapporte à un procédé pour pré- parer des hydrocarbylnitriles aliphatiques, alicycliques ou aralkyliques halogénés, tels que le 4-chlorobutyronitrile, par réaction d'un cyanure métallique ou du cyanure d'ammonium avec un composé hydrocarbylé aliphatiquet alicyclique ou aralkylique dihalogéné, en présence d'eau et d'un catalyseur de transfert de phase, tel qu'un sel quaternaire ammonium ou de phosphonium. les haloalkylnitriles ont couramment été préparés par réaction de dihaloalcanes avec un cyanure métallique dans un mi- lieu capable de solvater les deux produits réagissants dans la même phase. Zfn milieu couramment utilisé a-été un mélange d'éthanol-eau 50-50. L'éthanol met le dihalogénure en solution, et liteau dissout le cyanure métallique. L'utilisation d'éthanol dans le système réactionnel exige de prendre des précautions durant la réaction afin d'éviter-un risque d'incendie. Le rendement en halohydrocarbylnitrile désiré, préparé par le procédé indiqué ci-dessus, est ordinairement dans la gamme de 55 à 75 %, en se basant sur le dihaloalcane en tant que produit réagissant.Une des principales réactions secondaires qui réduit le rendement en produit est la formation du dinitrile. Si un procédé pour préparer des halohydrocarbylnitriles pouvait Qtre inventé, procédé qui éliminerait la nécessité d'avoir un solvant organique tout en améliorant simultanément le rendement en halohydrocarbylnitrile produit, ceci représenterait un progrès important dans la technique. Prévoir un tel procédé cons titue un des principaux objets de la présente invention. fa présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'un hydrocarbylnitrîle aliphatique, alicyclique ou aralkylique halogéné, consistant à faire réagir un cyanure métallique ou du cyanure d'ammonium, avec un hydrocarbure aliphatique, alicyclique ou aralkylique dihalogéné ayant la formule x-xl où X et X1 représentent le chlore, le brome ou l'iode et R est un groupe hydrocarboné bivalent aliphatique, alicyclique ou aralkylique, dans un milieu aqueux, en présence d'un catalyseur de trans fert de phase. le cyanure, en tant que produit réagissant, est un cyanure métallique ou le cyanure d'ammonium. Des métaux préférés, par suite de leur faible prix de revient et de leur aptitude à s'ioniser facilement dans l'eau, sont des métaux alcalins tels que le sodium et le potassium. les métaux alcalino-terreux, le magnésium, le calcium, le strontium, le baryum et analogues, sont également utiles ici, tout comme le sont les autres métaux des groupes 3 à 8 du tableau de classification périodique des éléments. Le groupe ammonium peut etre le groupe NH4+ non substitué ou un groupe ammonium substitué, tel qu'un groupe d'ammonium quaternaire. On comprend également dans le domaine de protection de la présente invention les groupes ammonium où un, deux ou trois des atomes d'hydrogène sont remplacés par un groupe hydrocarboné.Des exemples comprennent le groupe mé thylammonium, d ibe nzylammon ium, butyldibe nzylammonium, méthyldiéthylammonium, diéthylammonium, benzylammonium et analogues. L'hydrocarbure dihalogéné a la formule X-RH-X1 où X et X1 sont le chlore, le brome ou l'iode et R est un groupe hydrocarboné divalent aliphatique, alicyclique ou aralkylique. les deux groupes X peuvent être les mêmes groupes halogénés ou des groupes halogénés différents. Une classe de composés préférés est formée par ceux où X est un groupe chlore et X1 est un groupe brome. D'autres combinaisons de groupes X et X1 comprennent le chlore et le chlore, le brome et le brome, l'iode et l'iode, le chlore et l'iode, le brome et le chlore, l'iode et le brome, l'iode et le chlore, et le brome et l'iode. Le groupe R peut être n'importe quel groupe hydrocarboné divalent aliphatique ou alicyclique, tel qu'un groupe alkylène, alkénylène, alkynylène, cycloalkylène et analogues. Un autre groupe représenté par R est un groupe aralkyle où les parties alkyle et aryle sont agencées dans l'hydrocarbure dihalogéné à la manière suivante X-alkyl-aryl-CH2-Xl De ce fait, l'atome d'halogène doit gtre fixé à la partie alkyle du groupe aralkyle et non pas à la partie aromatique.Des exemples de groupes aralkyles convenables utiles ici comprennent le groupe tolylène, c' est-à-dire -CH2C6H4-, le groupe éthylphénylène, c'està-dire -C2H4C6H4- et analogues. le groupe R peut être de n' importe quelle dimension allant Jusqu'à 20 atomes de carbone ou plus mais, de préférence, il a au maximum environ 8 atomes de carbone et, de préférence encore, environ 4 atomes de carbone. les groupes R préférés sont les groupes alkylène, alkénylène et cycloalkylène, et, de préférence encore, les groupes alkylènesayant au maximum environ 4 atomes de carbone. Des exemples de groupes R convenables comprennent le groupe triméthylène, l-méthylpropylène, diméthylène, vinylène, allylène, cyclohexylène et analogues. Des exemples de dîhalohydrocarbures utiles dans la mise en pratique de la présente invention comprennent le l-chloro-3-bromo- propane, le 1,3-dichloropropane, le 1,4-dichlorobutane, le 1,7-di- chlorobutane, le l-chloro-3-bromopropène-l, le l-bromométhyl-4- chlorocyclohexane, l' ssx'-dibromo-p-xylène, l'a-bromo-'-chloro-p- xylène, le 4- (2-bromoéthyl )-toluène, le l-chloro-4-iodobutène-2, le l-iodo-2-chloroéthane, le 1-bromo-2-chloroéthane, le 1,2-dibromobutane, le I- iod o-4-br omobu tène - 1, le 1-chlor o-3-bromopr opène et le l-chloro-3-bromooctadécane.Dans ce qui précède, les a, w dihaloalcanes sont les produits réagissants très préférés pour l'utilisation dans la mise en pratique de la présente invention. -La préparation des W -haloalkylnitriles à partir des --, 3 -dihaloalcanes avec un bon rendement est une caractéristique exceptionnellement inespérée de la présente invention, puisqu'une personne expérimentée dans la technique s'attendrait à ce que la réaction d'un dihaloalcane avec un cyanure produise une grande quantité de dinitrile aux dépens du produit désiré constitué par le monohalomononitrile. La réaction est conduite dans un milieu aqueux. Par suite de la simplicité et de la disponibilité de l'eau, il est préférable que l'eau soit le seul solvant et le seul milieu de dispersion pour les produits réagissants. Pour certaines variations, il peut être souhaitable d'utiliser d'autres liquides comme produits de co-dispersion, tels que le benzène, le chloroforme, le cyclohexane et analogues. Le catalyseur de transfert de phase est un composant essentiel exigé dans la mise en pratique de la présente invention. Le concept de la catalyse de transfert de phase a été indiqué dans la littérature pour un certain nombre de réactions et un grand nombre de composés catalytiques bien connus comme étant utiles pour la production d'alkylnitriles peuvent eAtre utilisés ici.Des exemples comprennent des sels quaternaires d'ammonium, de phosphonium et d 'arsonium, tels que le chlorure de tétraméthylammonium, le bromure de cétyltriméthylammonium, le bromure de benzyltriméthylammo nium, le chlorure de tricaprylylméthylammonium, le chlorure de benzyltriéthylammonium, le nitrate de dibenzyldiéthylammonium, le sulfate de diéthyldipropylammonium, 1'indure de dihexyldiméthylammonium, le sulfate acide de tétrabutylammonium, le bromure de tétrabutylphosphonium, le chlorure de tétraéthylphosphonium, le fluorure d'éthyl tribenzylphosphonium, l'acétate de cétyltriméthylphosphonium, le nitrate de tricaprylyléthylphosphonium, le bromure de tributylhexadécylphosphonium, le bromure de tétratutylphosphonium et le nitrate de diéthyldibe nzylarsonium. La quantité du catalyseur de transfert de phase qui peut etre utilisée peut varier d'une faible quantité, telle que 0,01 mole ou moins par mole de produit réagissant formé de dihalogénure, jusqu a une quantité dépassant la quantité stoechiométrique exigée pour déplacer le composant halogéné X1 du produit réagissant formé de dihalogénure. La quantité de catalyseur de préférence utilisée, par suite de considérations économiques, est environ 0,01 à 0,5, et de préférence d'environ 0,02 à environ 0,15 mole par mole de pro duit réagissant constitué de dihalogénure.Si le produit réagissant formé de cyanure est totalement ou partiellement un cyanure d'ammonium quaternaire, la quantité de catalyseur de transfert de phase peut être réduite ou nÊme éliminée, selon le poids équivalent de l'ion ammonium quaternaire présent. les conditions dans lesquelles la réaction des produits réagissants indiqués ci-dessus peut être conduite peuvent varier selon les produits réagissants employés. les températures de réaction peuvent aller du point de congélation du milieu aqueux jus qu 'à une température supérieure au point d'ébullition du milieu. Puisque les pressions de réaction peuvent être supérieures à la pression atmosphérique ou inférieures à la pression atmosphérique, les températures de réaction peuvent Etre sensiblement supérieures à 100 C ou mSme inférieures à OOC. Un choix soigné des températures et des pressions de réaction peut minimiser la formation de sous-produits indésirables et ce choix de températures, de pression et d'autres conditions opératoires optima pour la réaction constitue, en conséquence, une réalisation préférée de la présente invention. les températures de réaction préférées pour les dihaloalcanes et les cyanures de métaux alcalins vont d'environ 40 à environ 110 C et, de préférence, d'environ 50 à environ 100 00. Pour les produits réagissants formés de 1-chloro-3-bromopropane et de cyanure de sodium, une température de réaction environ 65 à environ 850C est particulièrement préférée. les pressions de réaction sont très convenablement maintenues à la pression atmosphérique, mais des pressions allant de 0,1 (ou moins) jusqu'à 10 (ou plus) atmosphères sont comprises dans le domaine de protection de la présente invention. Une autre variable qui a un effet- sur la production du sous-produit forme de dinitrile est le rapport molaire entre le produit réagissant constitué de dShalogénure-et le produit réagissant constitué de-cyanure. M2me si des rapports molaires dihalogénure/cyanure inférieurs à 1/1, tels que 0,7 ou 0,8 mole de dihalogénure pour une mole de cyanure, sont compris dans le domaine de protection de la présente invention, des rapports molaires dihalogé- nure/cyanure d'au moins 1/1, de préférence au moins 1,05/1, et de préférence encore au moins 2/1, sont particulièrement utiles puisque la production du dinitrile est minimisée, en facilitant ainsi la récupération et la purification du produit constitué dlhalohydro- carbyînitrile désiré. Une technique de réaction qui s'est révélée capable de réduire la formation du dinitrile a été l'addition graduelle du cyanure au milieu réactionnel contenant le dihalogénure. Au lieu d'ajouter le cyanure en une seule étape, ltaddition du cyanure peut être faite pendant un certain nombre dtétåpes, ou msme en continu durant toute la période de réaction. Si la production de lthalohy- drocarbylnitrile est réalisée dans une réaction en continu, à la fois le dihalogénure et le cyanure peuvent etre aJoutés en continu ou par intermittence, de manière telle que le rapport molaire dihalogénure/cyanure soit toujours supérieur à 2/1, et de préférence beaucoup plus important, de l'ordre de 5/1 ou mssme 10/1. Une technique qui peut être employée pour réduire la formation de-sous-produits indésirables est l'application de vide quand lthalohydrocarbylnitrile est retiré du système par distillation. Avec une certaine réduction de pression, les températures nécessaires pour la distillation de nombreux halonitriles compris dans le domaine de la présente invention sont si élevées qu une décomposition du produit se déroule. Des pressions réduites durant la distillation des produits, de l'ordre de 0,5 à 250 mm Hg, ont été employées avantageusement dans le procédé de la présente invention. Dans un exemple de réalisation préféré de la présente invention, un cyanure de métal alcalin est mis à réagir avec un dihaloalcane où les deux atomes d'halogène sur l'alcane sont différents. le chlore et le brome sont des exemples d'atomes d'halogène différents qui sont couramment utilisés en combinaison l'un avec l'autre pour former des chlorobromoalcanes. Quand le chlorobromoalcane est le l-chioro-3-bromopropane, le principal produit réactionnel sera le 4-chlorobutyronitrile. Un autre produit réactionnel qui sera également formé est, cependant, le 4-bromobutyro- nitrile.S'il est souhaitable de minimiser la formation du bromonitrile, le système réactionnel contenant lthaloalkylnitrile peut être lavé avec un chlorure métallique, tel que du chlorure de sodium, avant l'étape de distillation. le contrôle de température, déjà décrit comme étant important pour contrôler la formation du dinitrile, est également important pour contrer le rapport chloro-alkyInitrile/bromoalkylni- trile. En général, la formation d'une proportion élevée du chloroalkylnitrile peut entre obtenue en conduisant la réaction à une température inférieure à 10000. Si l'atome d'halogène X est fixé à un atome de carbone dans le groupe R qui n'est pas un groupe -CZtl-, le remplacement de l'atome d'halogène X au lieu de l'atome d'halogène X1 par un groupe cyanure peut être minimisé. Si, par exemple, le produit réagissant constitué de dihalogénure est le bromure de 2-chloropropyle, l'atome de chlore est moins disponible pour la réaction avec le composé de cyanure que l'atome de brome, et du cyanure de chlorohydrocarbyle à un degré élevé de pureté est ainsi formé. les halohydrocarbylnitriles produits par le procédé de la présente invention sont des intermédiaires utiles dans la synthèse de produits pharmaceutiques, de produits chimiques pour la photographie et de polymères. Spécifiquement, les 4-halobutyronitriles peuvent votre utilisés comme produits réagissants dans la fabrication de lysine, qui est un amino-acide utile dans des buts médicinaux et de nutrition. les halohydrocarbylnitriles, en tant que classe générique, sont également utiles comme produits réagissants dans des synthèses organiques pour introduire des groupes cyanohydrocarbyles dans des composés, en rendant ainsi ces compo sés utiles dans la préparation de matières à activité biologique. En outre, les 4-halobutyronitriles peuvent être employés comme produits réagissants dans la fabrication de produits chimiques herbicides enseignés dans le brevet américain n 3.56.295. D'autres halohydrocarbylnitriles peuvent être employés dans la fabrication de produits chimiques organiques en tant qu'agents d'alkylation pour l'introduction de groupes cyanohydrocarbyles. Ainsi, par exemple, l'utilisation de j - bromopropionitrile pour la réaction de cyanoéthylation, industriellement importante, de plusieurs composés a été indiquée en détail par R. F. Butskus dans J. Gen. Chem., U.S.S.R., 30, 1799 (1960).L'acide i-aminocaproSque, en tant que produit pharmaceutique anti-fibrinolytique, peut eAtre préparé à partir de 6 chîcrocapronitrile par une variation du mode opératoire décrit dans Organic Jyntheses, Collective Volume II, 25 (1943). EXEMPIE 1 A 315 grammes (2 moles) de l-chloro-3-bromopropane, on a ajouté 49 grammes (1 mole) de cyanure de sodium, 25 ml d'eau et 18,2 grammes de bromure de cétyltriméthylammonium. le mélange a été chauffé avec agitation jusqu'à 100 C lorsqu'un exotherme de réaction s'est produit. L'agitation du mélange réactionnel a été poursuivie durant le restant de la période de 5 heures et demie, après quoi le mélange réactionnel a été soumis à une distillation fractionnée sous pression réduite. le rendement combiné en chloro- et bromobutyronitrile était 74 %, en se basant sur l'analyse chromatographique en phase vapeur. XEMPDE 2 le mode opératoire de exemple 1 a été répété, sauf que la température a été maintenue à 95 C pendant une période de 10 heures. L'analyse par chromatographie en phase vapeur montrait un rendement en chloro- et bromobutyronitrile égal à une valeur de 71 v fCXEPI% 3 L'exemple 1 a été répété, sauf que le rapport molaire entre le chlorobromopropane et le cyanure a été réglé à 1,6/1 au lieu de 2/1. ensuite, la température de réaction a été maintenue à 75-80 C pendant a première heure et à environ 700C pendant deux heures de plus, au lieu d'employeur les conditions réactionnelles de l'exemple 1.Enfin, après que la réaction a été terminée, la couche organique a été séparée de la couche aqueuse et lavée avec 175 grammes de chlorure de sodium dans 300 ml d'eau. Le rendement en chloro- et bromobutyronitrile était 72 ,b, en se basant sur l'analyse par chromatographie en phase vapeur. le pourcentage de glutaronitrile était 7,1 %. EXEMPLE 4 Le mode de l'exemple 1 a été répété, saur que le rapport molaire entre le chlorobromcpropane et le cyanure a été réglé à 1, 1/1 au lieu de 2/1. En outre, la température de réaction a été maintenue à 75/800C pendant 2 heures et demie et, durant ce temps, le cyanure a été ajouté peu à peu, au lieu de l'ajouter en une seule fois au début de la réaction. Après la période de 2 heures et demie, la température de réaction a été maintenue à 75-800C pendant une heure de plus, et, durant ce temps, on n'a pas ajouté de cyanure. le rendement en chloro- et bromobutyronitrile, en se basant sur l'analyse par chromatographie en phase vapeur, était 82 ; le rendement en glutaronitrile était 9,6 %. EXEMPIE 5 le mode opératoire de exemple 1 a été suivi, sauf qu'une température de réaction de 70 à 75"C a été utilisée, le produit réagissant constitué de cyanure étant ajouté au mélange réactionnel pendant une période de deux heures. Après l'addition de cyanure, le mélange réactionnel a été maintenu à la température de 70-75 C pendant deux heures de plus. le rendement en chloro- et bromobutyronitrile, basé sur l'analyse par chromatographie en phase vapeur, était 90 ,; le rendement en glutaronitrile était 1,1 . La comparaison des quatre premiers exemples avec l'exem- ple 5 montre que les variables du procédé décrit ci-dessus peuvent être réglées pour augmenter de manière appréciable le rendement en halobutyronitrile désiré, tout en réduisant simultanément la formation de sous-produits indésirables tels que le glutaronitrile. EXEMPLE 6 L'exemple suivant est présenté pour illustrer d'autres réalisations qui peuvent être mises en pratique en utilisant les exemples précédents comme information de base. Deux moles d'-bromo- '-chloro-p-xylène sont ajoutées à une solution contenant 0,25 mole de cyanure de potassium et 0,05 mole de bromure de tétrabutylphosphonium dans 25 ml d'eau. le mélange est chauffé avec agitation jusqu'à 750C et > à ce moment, on ajoute encore 0,75 mole de cyanure de potassium dissous dans 25 ml d'eau goutte à goutte, pendant une période de deux heures. Durant la période de deux heures, on doit bien prendre soin de maintenir la température de réaction à 75-80 C. Après que l'addition du cyanure a été achevée, le mélange réactionnel est maintenu à 75-80 C pendant 30 minutes de plus et, après ce temps, 1 'a-chloro-p-toluylnitri- le désiré est retiré par distillation sous pression réduite. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'tre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de 4-halobutyronitrile où le nitrile est le 4-chlorobutyronitrile, le 4-bromobutyronitrile ou leurs mélanges, caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un cyanure de métal ou le cyanure d'ammonium, ionisable dans liteau, avec le l-chloro-3-bromopropane, suivant un rapport molaire l-chloro-3-bromopropane : cyanure égal à environ 1 : 1 à environ 2 : 1, le mélange réactionnel étant l'eau, et en présence d'un catalyseur de transfert de phase, la température de réaction étant maintenue à environ 50-environ 100 C. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cyanure de métal ou d'ammonium est un cyanure de métal alcalin. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cyanure de métal alcalin est le cyanure de sodium. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur de transfert de phase est un composé d'ammonium ou de phosphonium quaternaire. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur de transfert de phase est un halogénure d'ammonium quaternaire. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'halogénure d'ammonium quaternaire est le bromure de cétyltriméthylammonium. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de réaction est d'environ 65 à environ 85 C. 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de réaction est d'environ 70 à environ 75 C. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport molaire est environ 1,5 : 1 à environ 2 : 1. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport molaire est 1,5 : 1. 11 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport molaire est 2 : 1. 12 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche aqueuse du mélange réactionnel est lavée avec une solution de chlorure métallique, avant ltenlèvement du 4-halo-butyronitrile. 13 - Procédé de préparation de 4-halobutyronitrile où le nitrile est choisi dans le groupe se composant de 4-chlorobutyronitrile, de 4-bromobutyronitrile ou de leurs mélanges. caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un cyanure de métal alcalin avec du l-chloro-3-bromopropane suivant un rapport molaire d'environ 1 : 5 à 2 : 1, le milieu de réactif étant l'eau, en présence d'un catalyseur de transfert de phase formé dthalogénure d'ammonium quaternaire ayant au moins 10 atomes de carbone, la température de réaction etant maintenue à environ 500-1000C. 14 - A titre de produits industriels nouveaux, 4-chloro- butyronitrile, 4-bromobutyronitrile ou leurs mélanges, obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1à13.