Brevet FR2482587A1 — publié le 19811120

PROCEDE DE SYNTHESE DE CHLOROFORMIATES e -CHLORES ET NOUVEAUX CHLOROFORMIATES K -CHLORES L'invention concerne la fabrication des chloroformiates M -chlorés et, à titre de produits industriels, de nouveaux chloroformia- tes C -chlorés. La synthèse de chloroformiates atome de chlore supplémentaire sur le radical R, au cours de ladite syn- thèse. M1ller dans les Liebig's Annalen der Chemie de 1890, volume 257, page 50 et suivantes, a proposé un procédé qui est encore utilisé de nos jours. Ce'procédé consiste à chlorer le chloroformiate correspondant, non subs- titué en K. On obtient malheureusement, à côté du produit recherché, de nombreux sous produits chlorés plus que nécessaire. Mûller en a ainsi dénombré pas moins de cinq dans le cas du chloroformiate d'éthyle qu'il a étudié. Or la présence de ces sous produits est extrêmement gênante en raison de l'application principale qui est faite desdits chloroformiates à savoir leur transformation en carbonates notamment utiles en synthèse pharmaceu- tique fine. Une distillation du produit de la réaction est donc indispensable bien que délicate en raison de la présence de nombreux sous-produits. Il existe une autre publication ancienne, le brevet allemand 121 223 de 1901, décrivant la synthèse de chloroformiate de tétrachloro-1,2,2,2éthyle I et du chloroformiate d X -chloro benzyle, par phosgénation respectivement du chloral et du benzaldéhyde, en présence d'une quantité stoechiométrique d'une amine tertiaire n'appartenant pas & la série pyridinique. On conçoit bien que le risque de réaction parasite est très réduit dans le cas de ces deux molécules particulières. S'il vient à l'idée de tenter dans les mêmes conditions la phosgénation d'autres aldéhydes que les précédents, par exemple l'acétaldéhyde, on observe la formation de nombreux sous produits à côté du chloroformiate d' % -chloréthyle qui n'est obtenu qu'avec un rendement médiocre, ce qui rend le procédé inintéressant à l'échelle industrielle. Par ailleurs s'il vient à l'idée de tenter la phosgénation avec une amine tertiaire aliphatique, par exemple la triéthylamine,on constate essentiel- lement la destruction de cette amine avec seulement formation d'une très faible quantité du chloroformiate dérivé. Il existe donc un besoin non satisfait en un procédé de fabrication de chlo- roformiates " -chlorés purs, si possible avec un bon rendement, qui per- mette enfin d'assurer à ces produits de structure relativement très simple le développement qu'ils méritent. La demanderesse a maintenant trouvé un tel procédé de fabrication de chlo- roformi'ates ainsi que par les produits de réaction de ces catalyseurs avec le phosgène.,- L'invention concerne également, à titre de produits industriels nouveaux, les nouveaux chloroformiates " -chlorés que permet d'obtenir le procédé se- ion l'invention, et qui sont particulièrement utiles comme agents de synthèse. Selon l'invention on fait donc réagir le phosgène, en général en présence d'un solvant, sur l'aldéhyde R-fCHO) en présence d'un catalyseur. Le procédé selon l'invention permet la phosgénation d'un grand nombre d'al- déhydes. Le radical R peut ainsi être un reste aliphatique ou cycloaliphatique, satu- ré ou non saturé, substitué ou non substitué. On peut ainsi phosgéner selon l'invention des aldéhydes comme l'aldéhyde acétique, le valéraldéhyde, le chloral, l'acroléine, le cyclohexane carboxaldéhyde. Le radical R peut également être un reste aromatique substitué ou non subs- titué. c On peut ainsi phosgéner selon l'invention le benzaldéhyde, 1E -chloroben- zaldéhyde, l'aldéhyde téréphtalique. Comme il a déjà été dit plus haut le procédé selon l'invention consiste à phosgéner, en général en milieu solvant, l'aldéhyde correspondant au chloro- formiate e -chloré désiré en présence d'un catalyseur présent dans le mi- lieu réactionnel à raison de 1 à 10 % en moles,et de préférence. à raison de à 10 % en moles, par rapport à la quantité molaire de fonctions aldéhy- de à transformer. Le terme "catalyseur" doit, dans la présente description, être pris dans une acceptation restrictive. Le composé ajouté en tant que catalyseur est indispensable au déroulement correct de la réaction, il ne participe par directement à la réaction et est utilisé en faibles quan- tités, en ce sens il est bien un catalyseur; mais, contrairement à ce qui est communément admis pour les catalyseurs, il n'est en général pas réuti- lisable pour une autre réaction une fois que l'on a arrêté l'arrivée de phosgène, et la demanderesse n'a pas d'explications théoriques à proposer pour ce phénomène. Ce point étant précisé, on peut notamment utiliser comme catalyseurs des amines tertiaires, y compris celles relevant de la série pyridinique ne comportant qu'un seul noyau aromatique expressément exclues par le brevet allemand 121 223, des amides substitués des urées substituées, des phosphines tertiaires ou des phosphoramides substitués ainsi que les produits de réaction de ces divers catalyseurs avec le phos- gène. On a observé que les résultats les plus intéressants sont obtenus avec les catalyseurs suivants: les amines tertiaires aromatiques comportant un seul noyau aromatique et plus particulièrement la pyridine, la N,N diméthylamino pyridine, la N,N diméthylaniline, l'imidazole, les amides substitués et plus particulièrement le diméthylformamide, les urées substituées et plus particulièrement la tétrabutylurée et les tétraalkylthiourées, les phos- phines tertiaires aliphatiques et plus particulièrement la trioctylphosphi- ne, les phosphoramides substitués et plus particulièrement l'hexaméthyl- phosphotriamide. Avec les catalyseurs du groupe des amides, des urées, des phosphines ter- tiaires ou avec la pyridine la phosgénation est préférentiellement condui- te entre 0 et 70 o C, c'est notamment le cas pour des catalyseurs comme les carboxamides tels que le diméthylformemide, les phosphoramides tels que l'hexaméthylphosphotriamide, les tétraalkylurées ou thiourées telles que la tétrabutylurée, les phosphines tertiaires telles que la trioctylphos- phine et bien sûr la pyridine. On choisira de préférence ces catalyseurs lorsque l'on souhaite pour certaines raisons, notamment la fragilité du chloroformiate o -chloré, conduire la phosgénation à température modérée. Avec les amines tertiaires comportant un seul noyau aromatique telles que la N,N diméthylaminopyridine, la N,N diméthylaniline ou encore avec l'imi- dazole la phosgénation est préférentiellement conduite au delà de 70 o C. La phosgénation est en général conduite sous pression atmosphérique, mais dans certains cas il peut être intéressant d'opérer sous pression supérieure ou inférieure à la pression normale; par exemple dans le cas d'une phos- génation d'un aldéhyde volatile il pourra être utile d'opérer sous une pression légèrement supérieure à la pression normale. 248 2 8 7 Comme il a été dit plus haut, la réaction est préférentiellement conduite dans un solvant. Ce solvant est choisi parmi les solvants non polaires ou faiblement polaires et aprotiques tels que, par exemple, le têtrachlorure de carbone, le chloroforme, le dichlorométhane, le toluène, le chlorobenzè- ne, l'hexane. La demanderesse n'a pas observé de corrélation précise entre le solvant et le catalyseur. Néanmoins dans la mesure ou l'on veut phosgé- ner un aldéhyde très réactif tel que par exemple l'acétaldéhyde, on choi- sira de préférence un solvant légèrement plus polaire que le tétrachlorure de carbone de manière à éviter le risque de formation de carbonate dichloré, on préférera ainsi par exemple le dichlorométhane; dans ce cas il peut également être intéressant de conduire la phosgénation à température rela- tivement basse (35-400C). La réaction proprement dite de phosgénation se fait selon les techniques classiques connues de l'homme de métier. On peut ainsi soit mélanger le phosgène en solution dans une partie du solvant à une solution d'aldéhyde contenant le catalyseur ou encore faire barboter le phosgène gazeux dans une solution d'aldéhyde contenant le catalyseur. La phosgénation propre- ment dite dure plusieurs heures et est en général conduite en milieu agi- té. Après phosgénation le chloroformiate " -chloré est en général isolé du milieu réactionnel par distillation. La demanderesse a observé à ce sujet que dans le cas de la synthèse de chloroformiates i -chlorés de la série benzylique on préférera utiliser comme catalyseur la pyridine avec le tétra- chlorure de carbone comme solvant car, dans ces conditions, après phosgé- nation le catalyseur ou son produit de réaction avec le phosgène précipite ce qui permet d'isoler le chloroformiate % -chloré par simple filtration sans distillation. Les chloroformiates o chés, notamment pour la synthèse pharmaceutique fine. L'invention concerne également, à titre de produits industriels les nouveaux chloroformiates ( C1 O sente un nombre entier pouvant prendre la valeur un ou deux et R1 repré- sente *. /-.. e - un reste aliphatique saturé, substitué ou non substitué, comportant au moins deux atomes de carbone, - un reste aliphatique insaturé substitué ou non substitué, - un reste cycloaliphatique substitué ou non substitué- - un reste aromatique substitué. L'invention concerne plus particulièrement les chloroformiates a -chlorés obtenus à partir des aldéhydes suivants: - valéraldéhyde, - acroléine, - M -chlorobenzaldéhyde, - aldéhyde téréphtalique, - cyclohexanecarboxaldêhyde. C'est en effet un des avantages de la présente invention que de permettre l'obtention de chloroformiates o chloroformiates K -chlorés obtenus à partir d'aldéhydes insaturés. Les exemples donnés ci-dessous à titre non limitatif illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLE 1 Dans un réacteur de 500 ml équipé d'un agitateur, d'un thermomètre, d'un réfrigérant à carboglace et d'une ampoule de coulée on place 44 g (1 mole) d'acétaldéhyde fraîchement distillé, 200 ml de tétrachlorure de carbone anhydre et 120 g (1,2 moles) de phosgène. Le mélange étant maintenu à 0 C on additionne en 15 minutes 28,4 g (0,1 mole) de tétra n-butylurée. La température est amenée à 40 C et la réaction est poursuivie durant 2h30. Apres élimination du phosgène en excès par dégazage et du solvant par évaporation on obtient 72 g de chloroformiate de chloro-l éthyle distillant à 117 C (la littérature indique 115-116 C), ce qui correspond à un rende- ment de 50 % en masse. La formule du produit étant Ci ! CH - C - O - C - Ci, (a) E O (b) le spectre infra-rouge fait apparaitre une bande à 1780 cm-1l correspondant à la double liaison C = O tandis que le spectre RMN fait dans le chlorofor- me deutéré avec comme référence le tétraméthylsilane fait apparaître un doublet à 1,85 ppm correspondant aux protons (a) et un quadruplet à 6,44 ppm correspondant au proton (b). EXEMPLE 2 Cet exemple concerne la synthèse de chloroformiate d' -chloréthyle à par- tir d'acétaldéhyde en présence d'hexaméthylphosphotriamide. Dans un réacteur en verre de 3 1 muni d'un agitateur à ancre, d'un thermo- mètre, d'un réfrigérant à -35 C et d'un tube plongeant, on introduit: - 1000 ml de dichlorométhane lavé à l'eau et séché sur sulfate de magné- sium, - 440 g (10 moles) d'acétaldéhyde brut anhydre, - 179 g (1 mole) d'hexaméthylphosphorotriamide. On refroidit le mélange à -5 C et introduit sous agitation, en 6 h 30, 1107 g de phosgène gazeux. On porte ensuite la température du milieu réactionnel à 35-40 C et main- tient cette température pendant 3 heures. On laisse reposer une nuit à température ambiante puis élimine le phosgène en excès par balayage à l'azote pendant 2 h 30. On distille ensuite le mélange obtenu sous 150 mm de Hg dans une colonne en verre (hauteur 40 cm, diamètre 3 cm, garnissage hélices de Fenske de 0, 5 cm) et recueille la fraction passant à 68 C. -35 On obtient ainsi 1020,4 g de chloroformiate d' c -chloroéthyle, ce qui correspond à un rendement de 71 % par rapport à l'acétaldéhyde engage. Analyse: - Spectre infra-rouge Y (C = 0): 1780 cm-1 - n: 1,4220 D 15 - Densité d: 1,2946 EXEMPLE 3 Cet exemple concerne la synthèse de chloroformiate d' e -chloréthyle à par- tir d'acétaldéhyde en présence de pyridine. Dans un réacteur en verre de 500 ml équipé d'un agitateur à ancre, d'un thermomètre et d'un réfrigérant à reflux à acétone-carboglace, on intro- duit: - 100 ml de dichlorométhane lavé à l'eau et séché sur sulfate de magné- sium, - 44 g (1 mole) d'acétaldéhyde brut anhydre, - 7,9 g (0,1 mole) de pyridine fraîchement distillée. On refroidit le mélange entre -5 et -10 C et ajoute en 1 h environ 120 g de phosgène. On porte ensuite à léger reflux (température comprise entre 40 et 45 C) pendant 3 h 30. On sépare les insolubles par filtration sous azote et distille le filtrat sous pression réduite. On obtient ainsi 90 g (rendement 63 %) de chloro- formiate d' o -chloroéthyle (ébullition 68 C/150 mm Hg). EXEMPLE 4 Cet exemple concerne la synthèse du chloroformiate o -chloré obtenu à par- tir du valeraldéhyde. Dans un réacteur de 100 ml équipé comme précédemment on introduit 21,5 g (0,25 mole) de n-pentanal, 50 ml de tétrachlorure de carbone et 1,9 g (0, 025 mole) de pyridine. A ce mélange, refroidi à -5 C, on additionne g (0,3 mole) de phosgène en 30 minutes. La température est amenée pro- gressivement à 40 C. Après une heure à cette température le mélange réac- tionnel est dégazé à l'azote, filtré et distillé sous pression réduite. Le chloroformiate d' " -chloro-n-pentyle distille à 73 C sous 15 mm de mercure. masse obtenue: 28 gce qui correspond à un rendement de 60,5 % spectre infra-rouge: v C = O: 1790 cm-1 20 n 1,4377 densité (20 C): 1, 1523 D RMN (CDC13, TMS) C CH CH CH CH CHO C Ci 3 2 2 2 D o O (a) (b) (b) (c) (c (a) massif à 0,92 ppm (3i) (b) massif à 1,40 ppm (4H) (c) massif à 2,05 ppm (2H) (d)triplet à 6,30 ppm (1H) EXEMPLE 5 Cet exemple concerne la synthèse du chloroformiate A -chloré obtenu à par- tir de l'acroléine. L'appareillage et le mode opératoire étant identique à ceux de l'exemple 4 on utilise les matièrespremières suivantes: acroléine (propenal): 28 g (0,5 mole) pyridine: 3,95 g (0,05 mole) tétrachlorure de carbone: 50 ml phosgène: 60 g (0,6 mole) Le chloroformiate d' D -chloro allyle distille à 38 C sous 10 m de mercure. mercure. masse obtenue: 42 g ce qui correspond à un rendement de 54 % sepctre infra-rouge: V C = 0: 1780 cm-l n: 1,4462 densité (20 C): 1,2853 D spectre RMN: H (a) E (c) C = C l H/ CE (d) (b) 1 OC - Cl I o (a) (b) (c) : massif complexe de 5,2 à 6,5 ppm (3H) (d): doublet à 6,71 ppm (1UH) EXEMPLE 6 Cet exemple concerne la synthèse du chloroformiate O$ -chloré obtenu à par- tir du benzalddhyde. Les produits utilisés sont les suivants: benzaldéhyde pyridine phosgène tétrachlorure : 26,5 g (0,25 mole) : 1,95 g (0,025 mole) : 35 g (0,35 mole) de carbone: 50 ml En utilisant un mode opératoire identique à celui de l'exemple 4 on obtient 34,8 g (68 %) de chloroformiate d' o chlorobenzyle distillant à 70 C sous 0,4 mm de mercure. spectre infra-rouge: Y C = O: 1780 cm-1 n: 1,5367 D densité (20 ): 1,3016 spectre RMN: E H OCOC1 H CH / e k \Ci tous les protons ont un déplacement chimique compris entre 7 et 8 ppm. EXEMPLE 7 Cet exemple concerne la synthèse du chloroformiate ó% -chloré obtenu à partir de 1' " -chlorobenzaldéhyde. Par rapport à l'exemple 6 on remplace le benzaldéhyde par le chloro-l benzaldéhyde. On obtient 25,1 g (rendement: 42 %) de chloroformiate d' et -chloro (chloro-2) benzyle distillant à 85-88 C sous 0,2 mm de Hg. spectre infra-rouge: V C = O: 1780 cm-1 n: 1,5420 D densité (20 C): 1, 4294 spectre RMN: H Cli / 1 H CH H OCOCl tous les protons ont un déplacement EXEMPLE 8 Cet exemple concerne la synthèse du tir de l'aldéhyde téréphtalique. chimique compris entre 7 et 8 ppm. chloroformiate o -chloré obtenu à par- Dans un réacteur de 500 ml on place 67 g (0,5 mole) d'aldéhyde téréph- talique, 3,95 g (0,05 mole) de pyridine et 100 ml de tétrachlorure de carbone. On introduit ensuite à 0 C 120 g (1,2 mole) de phosgène. Le *./... mélange est alors porté progressivement à 40 C et maintenu à cette tempéra- ture durant 3 heures. Après dégazage, filtration et élimination du solvant on obtient 133 g (rendement: 80 %) d'une huile incolore. taux de chlore total: calculé: 42,7, trouvé: 40,02 spectre IR: C = O: 1780 cm-1 spectre RMN (CDCl3, TMS) (a) (a) Cl-C--O-CH -CH 0 C Cl Il. 1 \ 1 fi1 O Ci Cl O (b) (a) singulet à 7,29 ppm (2H) (b) singulet à 7,64 ppm (4H) EXEMPLE 9 Cet exemple concerne la synthèse de chloroformiate d' o -chloroéthyle à par- tir de l'acétaldéhyde en présence de trioctyl phosphine. Dans un réacteur de 100 ml on place 11 g (0,25 mole) d'acétaldéhyde, 9,25 g (0,025 mole) de trioctylphosphine et 50 ml de tétrachlorure de carbone. A ce mélange refroidi à 0 C on additionne 30 g (0,3 mole) de phosgène. Après 1 heure de chauffage à 35-40 C le mélange réactionnel est dégazé et distillé sous pression réduite (150 mm de Hg). On obtient ainsi 9,1 g (rendement: %) de chloroformiate d' t -chloroéthyle distillant à 67-68 C. EXEMPLE 10 Cet essai concerne la préparation du chloroformiate d' O -chloroéthyle par phosgénation de l'acétaldéhyde en présence de 5 % en mole de pyridine en milieu solvant. Le mode opératoire et l'appareillage sont identiques à ceux de l'exemple 4. Les quantités de produits utilisés sont les suivantes: acétaldéhydè: 11 g (0,25 mole) pyridine: 0,99 g (0,0125 mole) phosgène: 30 g (0,3 mole) chlorure de méthylène: 50 ml On obtient ainsi 25,6 g (rendement 71,6 %) de chloroformiate d' ( -chloro- éthyle distillant & 68 C sous 150 mm de mercure. EXEMPLE 11 Cet essai concerne la préparation du chloroformiate d' e -chloroéthyle par phosgénation de l'acétaldéhyde en présence de 5 % en mole de pyridine sans solvant. Dans un réacteur de 100 ml équipé comme dans les exemples précédents, on place à 0 C, 22 g (0,5 mole) d'acétaldéhyde et 1,98 g (0, 025 mole) de pyridine. On introduit à cette température 60 g (0,6 mole) de phosgène. On porte en quatre heures le mélange réactionnel à 30 C et maintient à cette température durant 1 heure. Apres élimination du phosgène on obtient 42,1 g (rendement 59 %) de chloroformiate d' " -chloroéthyle distillant à 68C sous 150 mm de mercure. EXEMPLE 12 Cet essai concerne la phosgénation du cyclohexyle carboxaldéhyde. Dans un réacteur de 100 ml on place 28 g (0,25 mole) de cyclohexyie car- boxaldéhyde, 1,98 g (0,025 mole) de pyridine et 50 ml de tétrachlorure de carbone. Ce mélange étant refroidi à 00C on introduit 30 g (0,3 mole) de phosgène. Le milieu réactionnel est ensuite porté à 35-40 C et main- tenu durant 1 heure à cette température. Apres dégazage, filtration et élimination sous pression réduite du solvant on obtient 46 g (rendement 87 %) de chloroformiate attendu distillant à -93 C sous 10 mm de mercure. n D 1,4738 densité (200C): 1,1934 D Spectre RMN (CDC13, TMS) Cl EXEMPLES 13 à 17 Ces essais, réalisés avec l'appareillage de l'exemple 4, ont pour but d'il- lustrer l'efficacité de divers catalyseurs en fonction de la température. Chacun de ces essais a été effectué sur les quantités suivantes: acétaldéhyde: 4,4 g (0,1 mole) toluene: 45 g catalyseur: 0,01 mole phosgène: 12 g (0,12 mole) Les résultats obtenus en fonction de la température après 3 heures de réac- tion sont portés dans le tableau ci-dessous, étant précisé que la notion de réaction ou d'absence de réaction est appréciée par spectro-photométrie infra-rouge. L'absence de réaction signifie que le rendement est infé- rieur à 5-%. EXEMPLE CATALYSEURS: 40 C : 70 C 100 C) ( N : : : :) 13 NN diméthylaminopyridine pas de pas de réaction réaction'réaction' imidazole pas de pas de réaction) réaction: réaction' (16 *produit de réaction de la tétra n-réaction:- - butylurée sur le phosgène C H Ci C H ( N - C = N *') :4 9 4:) 17( diméthylformamidee:réaction:) t(: : : ) 17: diméthylformamide:réaction:- -) (:a' ) (: __:: _:) REVENDICATIONS 1. Procédé de synthèse, par phosgénation catalytique, de chloroformiates K -chlorés de formule R+ CH - O - C - Cl) dans laquelle C1 O R représente un reste hydrocarboné aliphatique, cycloaliphatique ou aro- matique, substitué ou non substitué, m représente un nombre entier égal à un ou deux, caractérisé en ce que l'on fait réagir le phosgène sur l'aldéhyde corres- pondant R-4CHO)m, R ayant la même signification que précédemment, en présence d'un catalyseur choisi dans le groupe constitué par les amines tertiaires, les amides substitués, les phosphines tertiaires, les phos- phoramides substitués ainsi que les produits de réaction de ces cataly- seurs avec le phosgène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur est choisi dans le groupe constitué par les amines tertiaires aromati- ques comportant un seul noyau aromatique, les amides substitués, les urées substituées, les phosphines tertiaires aliphatiques, les phos- phoramides substitués. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le catalyseur est choisi dans le groupe constitué par la pyridine, la N,N diméthyla- mino pyridine, la N,N diméthylaniline, l'imidazole, le diméthylfor- mamide, la tétrabutylurée, la trioctylphosphine, lhexaméthylphosphotri- amide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la quantité de catalyseur présent dans le milieu réactionnel est comprise entre 1 et 10 % en moles par rapport à la quantité molaire de fonctions aldéhyde à transformer. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la réaction est conduite dans un solvant aprotique non polai- re ou faiblement polaire. 6. A titre de produits industriels nouveaux, les chloroformiates -chlorés de formule Rf CH - O - c - cl) -dans laquelle c1 0 m représente un nombre entier pouvant prendre la valeur un ou deux et R1 représente: un reste aliphatique sature, substitué ou non substitué, comportant au moins deux atomes de carbone, un reste aliphatique insaturé substitué ou non substitué, un reste cycloaliphatique substitué ou non substitué, un reste aromatique substitué. 7. Nouveaux chloroformiates î -chlorés selon la revendication 6, carac- térisés en ce qu'ils sont obtenus à partir des aldéhydes suivants: valéraldéhyde, - acroléine, -$ -chlorobenzaldéhyde, - aldéhyde téréphtalique, - cyclohexane carboxaldéhyde.