Brevet FR2436768A1 — publié le 19800418

La préparation de dérivé monochloré de l'heptane en position 2, a été décrite dans J. Chem. Soc (B) 1968 p. 325 par R. BEREARnIs R. GALLI et P. MINISCI. Bes auteurs déclarent n'avoir jamais obtenu d'autres composés que le dérivé monochloré. Si l'on reprend les conditions de la réaction décrite et qu'on la répète, on ntobtient effectivement qu'un dérivé monochloré avec un taux de chloration de 1,4 %. Il est nécessaire de rappeler ces conditions : à 10 g de n-heptane on ajoute une solution de N-chlorodiméthylamine (4 g 0,05 mole) dans 30 ml d'acide sulfurique concentré et 15 ml d'acide trifluoroacétique. On fait passer dans le récipient un courant d'azote sec pour chasser l'air, on refroidit à 0 C et tout en agitant on ajoute 10 g de YeS04,7yNo en una seule fois.La température stélève à 32 en 3 minutes et lton agite le mélange pendant 30 minutes. Be mélange est versé sur de la glace, extrait à ltéther. La solution dans ltéther est neutralisée à la soude 10 %, le solvant est distillé, le dérivé chloré est purifié-par chromatographie préparative en phase gazeuse. D'une manière surprenante on constate, que lorsqu'on répète cette réaction en présence d'une agitation très vive et en l'absence de solvant tel que l'acide kinuoroacétique on obtient un rendement en produits chlorés qui passe de 1,4 % à 70 %, dont une forte proportion de produits dichlorés essentiellement constituée par le dichloro 2.6 heptane. B'objet de l'invention consiste donc en un procédé de préparation sélective de ' dEchloroalcanes par réaction sur lesdits alcanes de radicaux aminés-protonés résultant de l'action d'un sel réducteur sur une chloroamine, à une température de - 15 à 600 C en présence d'une agitation très vigoureuse de 5.000 à 30.000 tours/minute. Le procédé9 objet de l'invention, fait appel à la propriété des radicaux aminés protonés du type (dans lequel R et Rt peuvent être choisis parmi les groupes méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, isobutyle, tertiobutyle, R pouvant être égal ou différent de R') d'arracher radicalairement un hydrogène à une paraffine CnE2n + 2 n variant de 5 n Ln à10. Ces radicaux sont obtenus par action d'un sel réducteur sur une N-chloroamine Ce procédé fait appel à un nouveau mode d'agitation capable dthomogénéiser le milieu réactionnel constitué la N-chloro amine (R défini comme précédemment), d'acide sulfurique concentré, de la paraffine C + et du sel de métal réducteur qui peut être, par exemple, mais sans limitation : FeSO4, GuC1, Thiol3, ou des sels de cobalt et de manganèse. Le rôle du sel réducteur est d'initier la réaction, c'est-à-dire de former des radicaux à partir de la N chloroamine Des quantités catalytiques de sel de métal réducteur sont seulement nécessaires I à 25 % en mole par rapport à la N-chloroamine, de préférence 5 à 15 %, la réaction étant une réaction en chaine. Le rapport molaire chloroamine/alcane peut varier de 0,3/1 à 3/1 et de préférence de 0,8/1 à 2,5/1. L'appareil servant à l'agitation est un disperseur fonctionnant selon le principe d'une turbine (Rotor-stator). La vitesse de rotation peut varier de 5.000 à 30.000 tours/minute (de préférence 10.000 à 20.000 tr/mn). A titre d'exemple, on peut utiliser l'appareil vendu par I.E. sous le nom d' "Ultra Turrax1,. Le mode expérimental de la chloration d'un alcane consiste à - Additionner dans un volume d'acide sulfurique (25 à 500 cm3) 0,1 mole de N chloroamine (préparée par agitation d'une amine secondaire avec de l'eau de Javel). - Additionner ensuite 0,1 mole d'alcane et 0,01 mole de sulfate de Fer. - Homogénéiser en agitant une seconde avec le disperseur Ultra Turrax, faire alterner des périodes de 5 minutes de repos et 1 seconde d'agitation. Le temps total peut varier de 5 à 20 minutes. - Verser le mélange réactionnel sur de la glace. - Extraire la phase aqueuse avec de l'éther ou tout autre solvant polaire. - Analyser le mélange en chromatographie en phase vapeur. A titre d'exemples non limitatifs les résultats de chloration de l'heptane d'après les conditions ci-dessus sont donnés dans le Tableau I. Le tableau I donne la nature et le pourcentage chromatographique des différents produits ainsi obtenus. Tableau I Monochlorés Dichlorés D CH2-CH2-CH,-CH,-CH,-CH2-CH9 12 % E CH3-CH2-GH2-CH-CH2-CH2-CH3 C1 C1 C1 711% G GH3-CH-CH2-CH2-CH2-GH2-CH3 l F CH,-CH3-CH-C H,-CH-CH,-CH3 Gl s31 C11 -CH- -CII-CII -CH -CH -CH B CH3-GH2-CH-CH2-GH2-CH2-CH3 6 CH3-CIH-CH2-CH2-CH-CH2-CH3 2Q-35 % Cl Cl Cl A CH3CH2"CH2'CH-CH2CH2CH3 5 % H - CH3-Cf-CHz-CH2-CH2-CH-CH3 456 2 I Cl Cl Cl X Cn34 CH2 -CII-CH2-CII2-CII2-CH2-CH2 8;i4; ;b Cl 1C1 Le rapport monochlorés/dichlorés est égal au rapport des rendements figurant dans le tableau II ci-après. Tous les produits peuvent être isolés en-chromatographie en phase vapeur ou liquide sous pression (Silice 60/3 Bar) et sont identifiés par résonance magnétique nucléaire du proton et du carbone 13. Pour les eomposes E, F et G les deux diastéréoisomères peuvent être isolés. Dans tous les exemples on traite 0,1 mole d'heptane et la chloroamine est le di-isopropyl N-chloroamine. Tableau II Rdt (en mole) vs N - Cl Rdt total Pourcentage dichiere, (b) mole Monochloré Dichloré vs N - Cl E + F G H I Exemple 1 H2S04 100 ml - FeSO4 0,01 chloramine 0,1 mole - t = 0-10 C 16,3 4 24,3 11 27,1 54,2 7,7 Exemple 2 comme ex. 1 mais t ambiante 22,8 11,9 46,6 8,1 26 52,4 13,5 Exemple 3 comme ex. 1 mais le sulfate de fer est ajouté en 10 portions de 0,001 mole à 5 mn d'intervalle 16 6,4 28,8 8,1 25,8 55,6 10,5 Exemple 4 comme ex. 2 mais 0,025 mole de FeSO4 23,3 3,8 30,9 10 26 55,2 8,8 Exemple 5 comme ex. 2 mais H2S04 = 50 ml 7,2 1,2 9,6 9 20,8 58 12,2 Exemple 6 comme ex. 4 mais H2S04 = 200 ml 24 17 58 8,8 34,5 46 10,7 Exemple 7 comme ex. 6 mais chloroamine = 0,2 mole 22,4 27,4 49,82 10,8 35,5 43,1 10,6 Exemple 8 comme ex. 6 mais chloroamine = 0,3 m 2,14 38 40,1*(a) 18,4 41,6 30,8 9,2 Exemple 9 comme ex. 6 mais chloroamine = 0,033 31,7 8,14 48 7 28,4 54,1 10,5 Exemple 10 comme ex. 6 mais hexane 23,2 7,4 37,2 70 (c) Exemple 11 comme ex. 10 mais nonane 6,2 2,4 10,7 * Rdt versus heptane (a) dans ce cas on a 8,4 % de produits trichlorés (b) déterminé par chromatographie gazeuse (c) 2-5 dichloro-hexane Dans tous les exemples 1 à 9, tout l'heptane est consommé. Le rendement matière ne dépassant pas 60 %, il faut conclure qu'une partie des produits chlorés se décompose en milieu acide sulfurique comme cela a été observé en milieu super acide. Etant donné que la réaction utilisée dans ce procédé est une réaction en chaîne (voir mécanisme ci-dessous) et que lton ajoute 1 à 25 % de sulfate de fer, 1 à 25 % de N-chloro amine sont consommés pour initier la réaction donc 1 à 25 % d'atome de chlore sont perdus sous forme de FeSO4Cl. D'où l'intérêt du procédé qui utilise de faibles quantités de sel de métal réducteur contrairement à l'art antérieur qui utilise des quantités voisines de la stoechiométrie. Bye procédé selon l'invention présente de plus l'avantage d'utiliser seulement de-l'acide sulfurique, alors que le procédé cité ci-dessus nécessite l'emploi d'un co-acide acétique ou trifluoroacétique qui joue le rôle de tiers solvant. Mécanisme (initiation) REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation sélectivede=J9' dichîcroalcanes, par chloration d'alcanes On H(2n + 2) n allant de 5 à 10, sur les deux carbones en g des groupes terminaux par réaction sur lesdits alcanes de radicaux aminés protonés, obtenus par action d'un sel réducteur sur une chloroamine, du type dans lequel R et R' sont identiques ou différents mais choisis parmi les groupes : méthyle, éthyle, propyle, isobutyle, tertiobutyle, caractérisé en ce que l'alcane est mis en milieu sulfurique en-présence de chloroamine et de sel réducteur et que le mélange est soumis à une agitation vigoureuse de 5.000 à 30.000 tours/minute, sous une température de - 150 C à + 600 C pendant 5 à 20 minutes, puis versé sur de la glace d'où lton extrait le dérivé dichloré par un solvant polaire. 2 - Procédé selon revendication 1 caractérisé en ce que on met en présence des proportions d'alcane; et de N-chloroamine telles que le rapport chloramine/paraffine varie de 0,3/I- à 3/1 et de préférence de 0,8/1 à 2,5/1. 3 - Procédé selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le sel de métal réducteur est choisi dans le groupe du sulfate ferreux, du chlorure cuivreux et du chlorure de titane. 4 - Procédé selon les revendications 1 et 3 prises dans leur ensemble caractérisé en ce qu'on emploie des proportions catalytiques de métal réducteur soit de 1 à 25 % en mole par rapport à la N-chloroamine et de préférence de 5 à 15 %. 5 - Procédé selon revendication i caractérisé en ce que l'agitation est produite par un disperseur fonctionnant selon le principe d'une turbine.