Brevet FR2371455A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne un procédé pour préparer des phosphates de bromo-aryle et plus particulièrement pour préparer des phosphates d'aryle ayant un faible degré de bromation, c'est-à-dire comportant par exemple jusqu'à 6 atomes de brome par atome de phosphore dans leur molécule. tes phosphates de bromo-aryle constituent une catégorie très connue de composés utiles pour ignifuger les substances inflammables, en particulier les matières plastiques et les fibres (voir par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 896 010). Des expériences ont montré qu'à cet égard les phosphates de bromo-aryle présentent l'avantage par rapport aux phosphates de bromosikyle, qui sont également bien connus, d'accrottre la stabilité thermique. On connaît de nombreux procédés pour préparer les phosphates de bromo-aryle On peut faire réagir des oxyhalogénures de phos phone, de préférence ltoxytrichlorure ou l'oxytribromure de phosphore, avec des bromophénols.Malheureusementace procédé a pour inconvénient que les bromophénols sont des composés difficiles à obtenir et toxiques et que fondamentalement leurs réactions sont bien plus difficiles que celles des phénols non halogénés (voir par exemple Houben Weyl, Methoden der Organ. Chemise, Vol 12/2, page 323). Un autre procédé possible de préparation des phosphates de bromo-aryle repose sur la bromation de phosphates de triaryle avec du brome élémentaire. Cependant, on ne peut effectuer la réaction qu'en pre- sence de catalyseurs tels que par exemple des halogénures ferriques ou l'iode (voir par exemple le brevet britannique ne 874 906). Comme cette réaction nécessite des températures de réaction de 80 à 100du, elle est pratiquement limite aux phosphates de triaryle non substitués ou non alkyl-substitués, car dans le cas de phosphates de triaryle alkyl-substitués la substitution sur le radical alkyle peut également s'effectuer comme réaction secondaire dans les conditions précitées. En raison de leur sensibilité à l'hydrolyse et de leur stabilité thermique médiocre, les produits obtenus ne conviennent pas comme agents d'ignifugation.Un autre inconvénient est que pour récupérer le brome coûteux il est nécessaire d'oxyder dans un appareil sdpard l'acide bromhydrique formé comme produit secondaire. L'invention concerne un procédé simple et économique pour préparer des phosphates de triaryle brome. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé pour préparer des phosphates de triaryle bromé éventuellement alkylsubstitués correspondant à la formule générale où X > Y et Z indépendamment l'un de l'autre, représentent des radicaux aroma tiques mononucléaires ou polynucléaires identiques ou différents, comportant jusqu'a 18 atomes de carbone, éventuellement substitués par des radicaux alkyles comportant jusqu'8 6 atomes de carbone, et a, b et c ont des valeurs de O à 3, la somme de a + b r c étant d'au moins 0,5 et d'au plus 6, par bromation des phosphates de triaryle correspondants, selon lequel on émulsionne les phosphates de triaryle dans l'eau, puis on les fait réagir avec un mélange pratiquement équimoléculaire de brome et de chlore, en particulier du chlorure de brome, à des températures comprises dans la gamme d'environ -100C à +800C. La demanderesse a découvert que de façon surprenante on peut effectuer de façon particulièrement avantageuse la bromation des phosphates de triaryle avec des mélanges de chlore et de brome et en particulier avec du chlorure de brome. Il est particulièrement inattendu que l'on puisse effectuer sélectivement la réaction de bromation à des températures relativement basses. Alors qu'à ce jour on effectuait les réactions de bromation de ce type entre 80 et 1QOOC, on peut maintenant selon le procédé de l'invention les effectuer à des températures bien plus basses, sans qu'il se produise pratiquement de substitution du chlore et sans que la présence de catalyseurs soit nécessaire. L'absence de catalyseurs permet de simplifier considérablement le traitement nécessaire du mélange réactionnel après achèvement de la réaction. Il est également surprenant qu'il ne se produise pas de décomposition de l'ester lorsquton effectue la réaction dans un milieu aqueux acide, clest- -dire en présence de l'acide chlorhydrique formé lors de la réaction et que l'on puisse utiliser ce procédé pour bromer des phosphates d'aryle alkyl-substitués. En aucun cas l'agent d'halogénation n'attaque les radicaux alkyles. On peut, pour mettre en pratique- le procédé de l'invention, introduire du chlorure de brome ou du brome et du chlore en agitant et en refroidissant dans un mélange d'eau et du phosphate de triaryle à la pression normale ou sous une surpression, en l'absence de catalyseurs On effectue la réaction de bromation à des températures comprises dans la gamme d'environ -100C à +80 C, de préférence à la température ordinaire, pendant une durée comprise entre environ 0,5 et 7 heures.On sépare la phase organiqueplus dense, on la débarrasse éventuellement sous vide des constituants volatils tels que par exemple l'acide chlorhydrique, le chlorure de brome ou le brome et le chlore et on lave tout d'abord avec de l'eau qui peut renfermer éventuellement un agent réducteur tel que par exemple l'hydrazine7 le dioxyde de soufre ou un sulfite, puis avec un alcali aqueux, par exemple de l'hydroxyde de sodium et de l'eau. On peut mettre le procédé en pratique en présence de solvants appropriés tels que par exemple des hydrocarbures chlorés, l'acide acétique glacial et autres. Ce mode de réalisation est recommandé dans le cas des phosphates de triaryle ayant un point de fusion relativement élevé, tandis que,dans le cas de phosphates de triaryle liquides ou à bas point de fusion, on opère de préférence en l'absence de solvants. On peut ajouter le solvant au chlorure de brome ou au chlore ou au brome ou même l'introduire au départ avec le phosphate de triaryle et l'eau. La quantité de brome utilisée par molécule de phosphate de triaryle doit être comprise entre environ 0,05 et 3,0 et de préférence entre 0,25 et 1,5 mole, selon le degré désiré de bromation. On peut mettre en pratique le procédé de l'invention de façon continue (généralement en plusieurs stades dans une cascade réac- tionnelle) ou également de façon discontinue soit sous la pression ordinaire, soit sous une surpression (dans un réacteur sous pression). Lorsqu'on opère de façon discontinue, on introduit de préférence le chlorure de brome ou le brome et le chlore dans le mélange de phosphate de triaryle et d'eau, soit à la pression ordinaire, soit sous surpression. On peut citer comme exemples de phosphates convenant comme matières premières dans le procédé de l'invention, le phosphate de triphényle, le phosphate de diphényle et de crésyle, le phosphate de phényle et de dicrésyle, le phosphate de tricrésyle, les phosphates d'éthyle et de phényle, les phosphates de propyle et de phényle, les phosphates de butyle et de phényle, les phosphates de xylényle et les phosphates de naphtyle. Le fait que l'on effectue la réaction de bromation en phase aqueuse présente l'avantage particulier que 11 eau dissout l'acide chlorhydrique formé, ce qui empêche dans une grande mesure tout entrai- nement du chlorure de brome ou du brome et du chlore. Par conséquent, un système élaboré de récupération du chlorure de brome ou du brome et du chlore est inutile. Lorsqu'on effectue la réaction sous pression, de préférence sous des pressions d'environ 1 à 4 bars, l'utilisation du chlorure de brome ou du brome et du chlore est optimale. Le procédé en phase aqueuse présente de plus l'avantage que l'acide chlorhydrique dissous dans la phase organique est extrait lors de la réaction, ce qui facilite considérablement les opérations ultérieures de lavage. Le procédé de l'invention convient principalement à la préparation de phosphates d'aryle ayant un faible degré de bromation. On ne peut produire de façon économique ces phosphates d'aryle ayant un faible degré de bromation, c' est-à-dire un degré de bromation d'au plus 6 et de préférence d'au plus 3 atomes de brome par atome de phosphore à partir de mélanges de bromophénols, de bromophénols et de crésol et d'oxychlorure de phosphore, selon les procédés classiques. L'invention permet de préparer de façon extremement avantageuse ces phosphates de triaryle ayant un faible degré de bromation qui sont remarquables par leurs propiétés, telles qu'un bas point de fusion et llabsence d'odeur. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 1 On introduit au départ dans un ballon de 6 litres à trois cals, muni d'un agitateur, d'un thermomètre interne, d'un réfrigérant à reflux et d'une ampoule à robinet réfrigérable ayant une tubulure d'entrée s'arrentant juste au-dessus du fond, 2722 g (8 moles) de phosphate de diphényle et de crésyle et 1000 g d'eau.Pendant l'introduction de 1480 g (12,8 moles) de chlorure de brome préalablement refroidis à environ -300C, on refroidit le mélange réactionnel par l'extérieur pour le maintenir à une température de 20 à 30 C. Après l'addition du chlorure de brome et environ une heure de réaction ultérieure, on sépare la phase organique de la phase aqueuse et on en élimine sous vide la majeure partie de placide chlorhydrique dissous et du chlorure de brome ou du brome et du chlore. On lave ensuite la phase organique avec de l'eau renfermant du sulfite de sodium pour éliminer le chlorure de brome ou le brome et le chlore résiduels, avec une solution à environ 1 % d'hydroxyde de sodium ayant un pH de 7 à 7,2 et plusieurs portions d'eau désionisée. On sèche sous vide entre 60 et 7000 pour obtenir 3486 g d'un liquide limpide jaune pile (viscosité : 201 cPo ; masse volumique : 1,4859 g/l) constitué d'un mélange ayant la composition moyenne suivante a + b + c = 1,48 EXEMPLE 2 Dans un ballon à trois cols de 6 litres, muni d'un thermomètre interne, d'un agitateur} d'un réfrigérant à reflux et de deux ampoules à robinet dont les canalisations d'entrée s'arrêtent juste au-dessus du fond, on introduit 1361 g (4 moles) de phosphate de diphényle et de crésyle et 750 g d'eau.Une des ampoules à robinet est destinée à contenir le chlore et comporte une enveloppe réfrigérante. On ajoute simultanément goutta à goutte en agitant et en refroidissant 588 g (3,68 moles) de brome et 261 g (3,68 moles) de chlore à des débits tels que l'on introduise dans le même temps des quantités pratiquement équimoléculaires des deux halogènes. Après addition du brome et du chlore, on agite le mélange pendant une heure, puis on sépare la phase organique et on traite comme dans l'exemple 1 pour obtenir 1765 g d'un produit ayant la composition moyenne suivante EXEMPLE 3 On dissout 979 g (3 moles) de phosphate de triphényle dans 200 ml de chlorure d'éthylène, puis on ajoute 500 g d'eau. On introduit avec le dispositif expérimental de l'exemple 1, 519 g (4,5 moles) de chlorure de brome. Lorsque la réaction est achevée, on sépare la phase organique contenant le chlorure d'éthylène, on la dégaze rapidement sous vide (3 mmHg) et on la lave comme dans l'exemple 1. On chasse le solvant par distillation et on sèche sous vide entre 60 et 700C pour obtenir 1240 g d'un composé ayant la composition moyenne suivante EXEMPLE 4 On obtient 670 g d'un composé ayant la composition moyenne suivante en opérant comme dans l'exemple 1 avec 553 g (1,5 mole) de phosphate de tricrésyle, 250 g d'eau et 268 g (2,33 moles) de chlorure de brome Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'tre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in Invention, R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé pour préparer des phosphates de triaryle bromé éventuellement alkyl-substitués correspondant à la formule générale où X, Y et Z représentent indépendamment l'un de l'autre des radicaux aromatiques mononucléaires ou polynucléaires identiques ou différents comportant jusqulà 18 atomes de carbone, éventuellement substitués par au moins un radical alkyle comportant jusqu'à 6 atomes de carbone, et a, b et c ont des valeurs de O à 3, la somme de a + b + c étant d'au moins 0,5 et d'au plus 6, caractérisé en ce qu'il consiste à émulsionner le phosphate de triaryle correspondant dans de l'eau et à bromer le phosphate de triaryle avec un mélange pratiquement équimoléculaire de brome ou de chlore ou avec du chlorure de brome, à une température comprise dans la gamme de -100C à +800C. -2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la réaction de bromation en présence d'un solvant organique. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue la réaction de bromation sous une surpression. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérise en ce qu'on effectue la réaction de bromation sous une pression de 1 à 4 bars. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise 0,05 à 3,0 moles de brome par mole de phosphate de triaryle. 6-- Phosphatesde triaryle brome, caractérisés en ce qu'on les a préparés selon le procédé de l'une quelconque des revendications pré cédentes.