Brevet FR2376111A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne un procédé amélioré de préparation de cétones supérieures os,lS-insaturées et a-substituées par condensation aldolique en présence d'acide borique ou d'anhydride borique. La littérature décrit de nombreux procédés de préparation de cétones supérieures a"ss-insaturées par condensation aldolique en présence de catalyseurs acides ou basiques. I1 est de plus connu que, dans la synthèse de la 1,3-diphényl 2-propène-l-one, les catalyseurs alcalins sont supérieurs aux aci- des (Org. Synth. Col. Vol. 1 (1941) p. 80). Mais les catalyseurs alcalins présentant l'inconvénient que leur présence conduit à la formation non seulement du produit utile, mais aussi des produits plus fortement condensés, ce qui entraîne une réduction du rendement (voir Ber. 29, 1492 (1896) ainsi que J. Chem. Soc. 79, 929). Un autre inconvénient de l'utilisation des catalyseurs alcalins est que le produit doit être neutralisé et lavé, ce qui conduit à l'échelle industrielle à une pollution de 1 'environnement. Une catalyse par des acides de Lewis tels que BF3 ou AlCl3 conduit à la formation d'une forte proportion de matières non distillables (70 % rapportés au produit utile : J. Amer. Chem. Soc. 62, 2385 (1940)). I1 est en outre connu que la réaction de Knoevenagel, dans laquelle on fait réagir un aldéhyde avec les groupes méthylène très réactifs d'un composé ,-dicarbonyle, se produit dans un milieu tamponné. On utilise la pyridine, la pipéridine ou d'autres amines dans l'acide acétique glacial (Organikum, VEB-Verlag, Berlin 1970, p. 510) ou encore la pipéridine avec addition d'acide borique @ (Chem. Pharm. Bull. 18, 1530 (1970)). On a décrit aussi la condensation de l'éther 1-acétyl-2,6-di hydroxy-4- (-néohespéridoxylique) avec le 3-méthoxy-4-hydroxy- benzaldéhyde dans le système pyrrolidine/ester acétique/éthanol Mais on utilise dans le cas présent un excès de 3 moles de base par mole d'ingrédient de départ (demandé de brevet allemand 2 455 373). Dans ces réactions, le composé azoté basique est l'élé ment essentiel du catalyseur. Son élimination est compliquée si N l'on a besoin d'un produit sans amine pour les réactions ultérieures. On a utilisé de l'acide borique seul, sans autres additifs, comme catalyseur pour une réaction de cyclisation semblable à une réaction aldolique; mais on n'obtient dans ce cas que des rendements médiocres [3. Chem. Soc. 1959, 2022] Le J. of Org. Chem., Vol. 33, N 2 (1968) p. 775 et suivantes décrit la condensation aldolique de l'heptanal et de l'acétophénone avec elle-m8me, ainsi que de l'acétophénone avec le benzaldéhyde et un benzaldéhyde substitué en présence d'acide borique ou d'anhydride borique en phase liquide. I1 faut toutefois noter qu'avec ce procédé, on ne peut faire réagir avec les aldéhydes que les cétones qui possèdent un groupe méthyle comme centre de réaction.Par contre, la cyclohexanone, qui comporte 2 groupes méthylène au voisinage immédiat d'un groupe carbonyle, ne réagit pas du toùt avec les aldéhydes, mais elle forme un mélange compliqué de produits d'autocondensation. A cet égard, on rappelle l'action sélective du catalyseur qui, même dans une faible mesure, ne catalyse pas la réaction de l'aldéhyde avec une cétone qui ne possède que des groupes méthylène. Pour la réaction de la propiophénone - par conséquent d'une cétone qui ne contient qu'un groupe méthylène placé en a -- avec le benzaldéhyde, qui donne de la 1,3-diphényl-2-méthyl-2-propène-1- one, on connaît un procédé dans lequel on utilise comme catalyseur du chlorure d'hydrogène gazeux (voir J. Chem. Soc. 1953, p. 2384). Ce procédé donne certes un bon-.rendement, mais est compliqué car on obtient tout d'abord un produit contenant du chlore qui ne peut en être débarrassé que par un traitement chimique supplémentaire. De plus, l'utilisation de chlorure d'hydrogène gazeux à 1'échelle industrielle nécessite des appareils compliqués pour eviter des dommages provoqués par la corrosion. On a recommandé récemment pour la condensation aldolique des cétones à un groupe méthylène en position a, comme la propiophénone, la butyrophénone ou les cétones cycliques, avec elles-memes, ou avec d'autres composés carbonyle, des composés organoboriques compliqués (carboxylates de dialkylboryle), voir demande de brevet allemand 2 417 357). Un inconvénient de ce procédé est l'utilisation ca catalyseurs de composés organoboriques délicats et compliqués en quantités au moins stoechiométriques, qui doivent en outre être séparés par distillation et par conséquent en consommant de l'énergie. Le traitement du mélange réactionnel est en outre rendu plus difficile par l'addition nécessaire de méthanol. Etant donné que les cétones supérieures oe"ss-insaturées, xx-subs- tituées sont d'un grand intérêt, par exemple pour la fabrication de produits phytosanitaires, le but de l'invention est de trouver des conditions d'aldolisation dans lesquelles on peut aussi condenser avec des aldéhydes, des cétones qui ne contiennent aucun groupe méthyle placé en a de manière simple et avec de bons rendements, en vue d'obtenir les cétones supérieures a-substituées correspondantes. On a trouvé de façon surprenante qu'on peut également condenser avec des aldéhydes des cétones ne comportant pas de groupe m*- thyle en position a telles que la propiophénone en présence d'acide borique ou de trioxyde de bore en phase liquide, à température élevée, pour obtenir avec de bons rendements des cétones &alpha;-ss-insatu- rées, a-substituées, sans auto-condensation des composants cétone. L'invention a par conséquent pour objet un procédé de prdpa- ration de cétones insaturées supérieures par condensation aldelique d'une cétone avec un aldéhyde de formule générale I dans laquelle R1 signifie un radical d'hydrocarbure aliphatique secondaire ou tertiaire, éventuellement lié à des noyaur à 5 à 7 éléments, un radical phényle ou un radical hdtdrocyclique à 5 ou 6 éléments éventuellement substitué par des substituants inertes dans les conditions de la réaction, en présence d'acide borique ou d'anhydride borique en phase liquide à température élevée, procédé caractérisé par le fait qu'on fait réagir une cétone de formule II R2 - CH2 - CO - R3 (II), dans laquelle R2 représente un groupe alkyle avec I à 4 atomes de carbone, un groupe cycloalkyle ou un groupe phényle et R signifie un radical d'hydrocarbure aliphatique secondaire ou tertiaire, éventuellement lié à des noyaux à 5 à 7 éléments, un radical phényle on un radical hétérocyclique à 5 Ou 6 éléments éventuellement substitué par des substituants inertes dans les conditions de la réaction, avec un aldéhyde de formule I de manière à obtenir une cétone de formule générale III dans laquelle R1 à R ont la signification indiquée ci-dessus. Conformément à leur définition, les aldéhydes de formule I sont caractérisés par le fait que 1-' atome de carbone en position ol par rapport au groupe carbonyle porte au maximum un atome d'hydrogène. En conséquence, R1 peut être un radical aliphatique secondaire ou tertiaire de formule générale Ia ou Ib. dans laquelle les radicaux R' à R' représentent des groupes alkyle ou alcényle à 1 à 5 atomes de carbone pouvant comporter au total jusqu'à 10 atomes de carbone. De plus R' et R" peuvent être réunis l'un à l'autre en formant avec l'atome de carbone qui les porte des radicaux cycloaliphatiques à 5 à 7 éléments qui peuvent aussi contenir le cas échéant des groupes endoalkylène pouvant avoir jusqu'à cinq atomes de carbone éventuellement substitués par un radical méthyle. De plus R1 peut représenter un groupe phényle substitué. On peut citer comme exemples de substituants inertes dans les conditions de la réaction : les halogènes, en particulier -C1; les groupes alkyle à 1 à 4 atomes de carbone, tels que méthyle, isopropyle et tert-butyle; les groupes -N02 amino et alkylamino, comme -N(CtI3)2. Concernant les radicaux hétérocycliques à 5 ou 6 éléments, on peut citer en particulier le radical thiényle-(2), le radical furyle- (2) et le radical pyrrolyle-(3). Parmi les aldéhydes de formule I utilisables, on peut citer en particulier les suivants :benzaldéhyde, 4-isopropyl-benzaldéhyde. 4-tert-butylbezaldéhyde, 2-chlorbenzaldéhyde, 4-nitro-benzaldéhyde, formylcyclohexane, 4-diméthylamino-benzaldéhyde, thiényl- (2) - aldéhyde, furyl-(2)-aldéhyde, 2-éthyl-hexanal, thiényl-(3)-aldéhyde, furyl- (3)-aldéhyde, pyridinaldéhyde et pinane-(3)-aldéhyde. I1 est essentiel pour les cétones de départ de formule II R2 - CH2 - CO - P3 (II) que R2 ne soit pas un atome d'hydrogène, c'est-à-dire que la cétone ne contienne pas de groupe méthyle, mais seulement un groupe méthylène en position &alpha; par rapport au groupe carbonyle. Le groupe R3 est défini essentiellement de la même manière que le groupe R1 des aldéhydes. Parmi les cétones données par la formule II, on peut citer en particulier les suivantes : phényléthylcétone (propiophénone), phényl-n-propylcétone, phényl-n-butylcétone, phénylisopropylcétone, éthylcyclohexylcétone, benzylisopropylcétone, p-méthoxyphényl éthylcétone, benzyl-phénylcétone, éthyl- [2,5-endométhylènecyclo- hexyl] -cétone, 2-chloro-phényl-éthylcétone, 4-nitrophényl-éthylcétone, 4-isopropyl-phényl-éthylcétone, 4-tert.-butylphényl-éthylcétone. Les composés de départ des formules I et II sont utilisés avantageusement en quantités équimoléculaires; cependant, il peut être judicieux, pour des raisons techniques, d'utiliser un des partenaires à la réaction, de préférence le moins cher, avec un excès molaire-pouvant atteindre 5:1. On peut mentionner aussi l'utilisation d'un excès d'un partenaire de réaction comme produit d'entra nement pour l'eau ou comme solvant pour les produits de la réaction ayant un point de fusion élevé (par exemple supérieur à 1500C). La quantité d'anhydride borique ou d'acide borique est en général comprise entre 0,1 et 30 % du poids des composés de départ. On peut utiliser les catalyseurs en substance ou sous la forme de catalyseurs sur support, à savoir sur A1203, sur SiO2, sur de la pierre ponce ou sur du charbon actif. Les catalyseurs sur support sont nécessaires en particulier lorsqu'on utilise un système réactionnel à catalyseur en lit fixe. I1 est avantageux d'exécuter la réaction dans un solvant inertes plus particulièrement dans un solvant avec lequel 11 eau formée lors de la réaction peut être éliminée par distillation azéotrope, mais on peut renoncer à un solvant si l'un des composés de départ est capable d'éliminer l'eau produite par la réaction. Les solvants qui conviennent sont, par conséquent, de préférence le cyclohexane, le toluène, le xylène, lé eumène et le chlorobenzène. On utilise en général le solvant dans une proportion comprise entre environ 50 % et 100 % en poids, rapporté aux matières de départ utilisées. Ce rapport n'est toutefois pas imposé et dépend des données techniques. la réaction est exécutée de préférence entre 50 et 2700C, en particulier entre 130 et 190 C, éventuellement sous une légère surpression. La réaction peut être suivie commodément sur la base de l'eau produite par la réaction. On poursuit en général la réaction jus qu'à ce que la quantité d'eau qui distille par unité de temps diminue nettement ou jusqu'à ce qu'il ne se forme plus d'eau. On obtient dans ces conditions des rendements compris entre environ 60 et 95 % de la valeur théorique. La réaction peut être exécutée de manière continue ou discontinue par les procédés habituels. Dans le premier cas on fait passer de préférence la solution du partenaire de réaction sur des catalyseurs sur supports disposés en lit fixe. Le traitement du mélange réactionnel séparé du catalyseur est réalisé en règle générale par distillation de la manière habituelle. Les composés dont le point d'ébullition sous pression réduite (environ 1 mm Hg) est supérieur à 2000C et dont la température de solidification est supérieure à 600C peuvent aussi, après élimination du solvant par distillation, être purifiés par recristallisation. Les cétones a,p-insaturées de formule III connues pour la plupart par la littérature, qui peuvent être obtenues selon le procédé de l'invention avec des taux de transformation pouvant atteindre jusqu'à 93 % et avec des rendements atteignant jusqu'à 99. 96 de la valeur théorique sont des produits intermédiaires précieux pour la préparation de matières actives, d'herbicides et de fongicides tels que ceux décrits dans le brevet EUA nO 3 925 408, ainsi que pour des composés hypoglycémiques (cf. brevet français nO 2 179 559). Exemples 1 à 14 On porte à ébullition 100 parties en poids d'un mélange constitué par un aldéhyde et une cétone figurant dans le tableau ciaprès, présents dans un rapport molaire de 1:1, ainsi que 100 parties en poids de culmine et 0,5 partie en poids d'anhydride borique en éliminant par distillation azéotropique 1 t eau formée par la réaction et en agitant bien, jusqu'à ce que la quantité d'eau éliminée par unité de temps par distillation diminue nettement. Une température comprise entre 1600 et 1650C s'établit dans le réacteur pendant la réaction. On laisse ensuite refroidir. Puis on sépare le catalyseur par filtration et on traite le filtrat par distillation. Après la séparation du cumène ainsi que celle des matières de départ n'ayant pas réagi, on sépare le produit utile du résidu sous une pression de 0,1 à I mm Hg. (Voir pages 9 à 12). Les produits caractérisés par le signe + ne sont pas isolés par distillation, mais sont obtenus, après séparation par distillation du solvant ainsi que de la matière de départ n'ayant pas réagi, par cristallisation. Les structures des produits obtenus ont été confirmées par des analyses spectroscopiques. Les rendements se rapportent à la somme des isomères Z et E se formant dans le mélange. Exemple 15 On chauffe en agitant dans une chaudière de 100 1, avec un séparateur d'eau posé dessus, un mélange de 24,8 kg de propiophénone, 19,6 kg de benzaldéhyde, 26,6 kg de toluène et 0,75 kg de trioxyde de bore, jusqu'à l'ébullition. La température de l'intérieur de la chaudière se fixe à 1400C, Après que 3 kg d'eau ont été éliminés, on arrête le chauffage et on laisse refroidir. Le catalyseur est séparé par filtration et le filtrat est traité dans une chaudière de 100 1 par distillation sous pression réduite. Fraction Pression Température d1ébulli- Quantité Composition (mm ng) tion du distillat (kg) - du distillat ("c) 1 760 111 20,1 toluène 2 12 170 9,6 toluène, ben zaldéhyde, propiophénone 3 5 propiophé none 12% Diphényl-mé- thylpropé none 88% 4 4 190 31,8 diphényl méthylpropé none Résidu 0,3 La l,3-diphényl-2-méthyl-2-propène-i-one est obtenue avec une sélectivité de 97,5 % rapportée au benzaldéhyde (pour un taux de transformation de 92,6 %) et de 99,2 % rapportée à la propiophénone (pour un taux de transformation de 90,8 %). Exemple 16 On chauffe à 1800C dans un appareil à circulation avec un séparateur d'eau et un lit fixe de catalyseur posés dessus, ce lit fixe étant constitué par 5 % d'anhydride borique sur de la ponce, un mélange constitué de 286 parties en poids de 2-Ethylhexanal et de 100 parties de propiophénone. Après élimination de 8,5 parties en poids d'eau, on interrompt la réaction et on traite le produit de la réaction par distillation. On recueille de la l-phényl-2 méthyl-4-6thyl-2-octène-1-one avec un rendement égal à 87 % de la valeur théorique, rapporté à la proplophénone, pour un taux de transformation de 76 %, On~n'a pas tenu compte, pour le calcul du rendement, de 4 % de 1-phényl-2-méthyl-4-éthyl-3-octène-1-one produits par ailleurs. Exemple 17 On porte à ébullition dans un petit autoclave équipé d'un agitateur et d'un séparateur d'eau un mélange de 100 parties en poids de propiophénone, 160 parties d'iso-butyraldéhyde et 1 partie en poids d'anhydride borique sous une pression de 8 bars, jusqu'à ce que 11,5 parties d'eau soient éliminées. Après avoir laissé refroidir, on sépare le catalyseur par filtration et on traite le filtrat par distillation. On isole, pour un taux de transformation de 86 %, de la 1-phényl-2,4-diméthyl-2-pentène-1-one avec un rendement de 91 % de la théorie, rapporté à la propiophénone. On n'a pas tenu compte dans ce calcul de 3,5 % de 1-phényl-2,4-diméthyl- 3-pentène- 1-one. Taux de trans No. Aldéhyde Cétone Produit formation Sélectivité 1 # # # 61 % 98,5 % 2 # # # 67 % 99 % 3 # # # 63 % 95 % 4 # # # 74 % 93 % Taux de trans No. Aldéhyde Cétone Produit formation Sélectivité 5 # # # 86 % 99 % 6 # # # 34 % 90 % 7 # # # 90 % 95 % 8 # # # 81 % 96 % Taux de trans No. Aldéhyde Cétone Produit formation Sélectivité 9 # # # 94 % 78,5 % 10 # # # 85 % 85,5 % 11 # # # 64 % 53 % Taux de trans No. Aldéhyde Cétone Produit transformation Sélectivité 12 # # # 93 % 94,5 % 13 # # # 81 % 92,5 % 14 # # # 82 % 91,5 % REVENDICATION Procédé de préparation de cétones insaturées supérieures par condensation aldolique d'une cétone avec un aldéhyde de formule générale I dans laquelle R1 signifie un radical d'hydrocarbure aliphatique secondaire on tertiaire, éventuellement lié à des noyaux à 5 à 7 éléments, un radical phényle ou un radical hétérocyclique à 5 ou 6 éléments éventuellement substitué par des substituants inertes dans les conditions de la réaction, en présence d'acide borique ou d'anhydride borique en phase liquide à température élevée, procédé caractérisé par le fait qu'on fait réagir une cétone de formule II R2 - CR2 - CO - 0 (II), dans laquelle R2 représente un groupe alkyle avec 1 à 4 atomes de carbone, un groupe cycloalkyle ou un groupe phényle et R3 signifie un radical d'hydrocarbure aliphatique secondaire ou tertiaire, éventuellement li à des noyaux à 5 à 7 éléments, un radical phényle ou un radical hétérocyclique à 5 ou 6 éléments éventuellement subsitué par des substituants inertes dans les conditions de la réaction, avec un aldéhyde de formule I de manière à obtenir une cétone de formule générale III dans laquelle RI à R ont la signification indiquée ci-dessus.