Brevet FR2483426A1 — publié le 19811204

La présente invention concerne des phospholes, et phospholes comportant des substituants fonctionnels sur le phosphore, ces composés répondant à la formule générale: RI,,.. t. i4 S dans laquelle - R1 et R2 sont identiques ou différents et représentent de l'hydrogène ou un groupe alkyle inférieur en C1 a C4 tel qu'un groupe méthyle, et R3 représente un groupe -C6H5, -CH2-C6H5, -CH3, -C2H5, -C3H7 à C12C25 ou (CH2)nZ o Z désigne une fonction telle que -COOC2H5, -CN, -CO-C6H5, -CO- CH3, ou -OH et n 1. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ces composés. On sait déjà préparer des phosphores par réaction d'une dihalogénoalkyle ou aryl-phosphine avec un butadiène dont les carbones en position 2 et/ou 3 portent éventuelle- ment un substituant méthyle pour obtenir un produit d'addition cyclique (dit ci-après "adduit cyclique") (voir les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 2 663 736 et N 2 663 737 et Chem. Abstracts, 497601a-7602c (1955)), puis à soumettre ledit adduit à l'action du diazobicycloundécène (DBU) (voir: Fc MATHEY et al. Org. Magn. Resonance, 4, 171 (1972) et L.D. QUIN et al. J. Org. Chem., 38, 1858 (1973). Or, ce procédé de fabrication, n'est pas sans présenter des inconvénients résultant de l'utilisation du DBU qui est un produit coûteux (que l'on prépare en trois étapes et qui est difficile à purifier et à sécher), de l'appari- tion de réactions secondaires compétitives de la réaction principale, des difficultés pratiques de traitement des adduits dues au caractère de solvant du DBU et enfin des rendements très moyens et de la plus ou moins grande pureté des produits obtenus. Or la présente invention a pour but notamment de remédier à ces inconvénients et plus spécialement de fournir des phospholes pouvant être obtenus avec de bons rendements et une grande pureté. Cet objectif atteint est d'autant plus intéressant si les besoins de l'industrie en nécessitent de grandes quantités ayant la pureté requise et à un faible prix. Par ailleurs, à l'heure actuelle, très peu de phospholes P-fonctionnels simples ont été préparés. Or, -l'invention vise des phospholes nouveaux et le procédé permettant de les obtenir. Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on fait réagir au moins une alkyl- ou arylhalogéno-phosphine avec un butadiène dont les carbones en positions 2 et/ou 3 portent éventuellement un substituant alkyle inférieur puis à soumettre l'adduit cyclique résultant de cette réaction à l'action d'une amine tertiaire choisie de préférence parmi celles ayant un pKa compris entre 5 et 11 puis à fonctionnaliser le produit obtenu si l'on désire le produit correspondant P-fonctionnel. Suivant un mode de réalisation avantageux, on fait réagir un mélange de deux halogéno-phosphines diffé- rentes. Dans le -cas o on -utilise comme arylhalogéno- phosphines les phénylhalogéno-phosphines celles-ci sont avantageusement choisies parmi les phényldichloro- phosphines, et les phényldibromo-phosphines. Lorsqu'on a recours à des mélanges de deux phénylhalogéno-phosphines différentes, ces dernières sont utilisées en proportions égales. Les amines avantageusement utilisées selon l'invention-et conduisant, de façon imprévisible à de bons rendements, sont choisies parmi les: picolines, triéthyl- amine, tétraméthyléthylène diamine, éthyl-2-pyridine, méthyl-morpholine, N-méthyl-imidazole, pyridine, N-méthyl- pyrrolidine, éthyl-4-pyridine. Suivant un mode de réalisation approprié, la réaction entre le ou les halogéno-phosphines et un butadiène est effectué vers 0 C en récipient clos sous atmosphère inerte et en l'absence de tout solvant organique et la réaction du produit résultant avec l'amine choisie est conduite au sein d'un mélange de diluants organiques inertes dont au moins un est un hydrocarbure saturé. Les phospholes P-fonctionnels sont obtenus en soumettant les phospholes résultant des réactions ci-dessus à une réaction consistant à couper la liaison P-phényle et obtenir un organo métallique puis à faire réagir ce dernier avec un composé X -(CH2)nZ o X est un halogène et Z a la signification précédemment donnée. Suivant un mode de réalisation particulier, la coupure de la liaison Pphényle est effectuée par l'action du naphtalène sodé dans du tétrahydrofuranne (THF)- à température de préférence comprise entre 0 et 25 C. Suivant un autre mode de réalisation, la coupure de la liaison P-phényle est effectuée par le lithium dans le THF à une température comprise entre 109 et 40 C. De façon avantageuse, le phospholyl-sodium-ou le phospholyl-lithium est transformé en composé magnésien par action de bromure de magnésium. Suivant une variante, le dérivé phospholyl- lithium est transformé en composé cadmien par réaction avec CdCl2À Les schémas réactionnels suivants illustrent ces différentes réactions: RlR Naphtalène sodé A. THF J, x-(CH2)nZ 2Tn THF Li THF leR.I 1 + \ >),L puis comme dans schéma A, réaction avec MgBr2 puis X'(CH2)nZ. C. Remplacement de MgBr2 par CdC12 dans schéma B. Dans ces schémas, les symboles R1, -R2,Xet n ont la signification donnée précédemment. -Les exemples suivants sont donnés à titre illus- tratif et nullement limitatif de l'invention. "P,;J >. - 2) I"'f i_L 11-IR9- B. 1 C 14!; EXEMPLE 1 Obtention de l'adduit. a). Dans un réacteur à trois tubulures de 1000 cm3 préalablement purgé à l'azote, on introduit 53,6 g de phényl- dibromo-phosphine (0,2 mole) et 35,8 g de phényldichloro- phosphine (0,2 mole) dissous dans 10 cm3 de chlorure de méthylène sec puis, trente minutes après, on ajoute 34,5 g de diméthyl-2,3-butadiène (0,4 mole + 5 %). - Le mélange est abandonné à l'abri de la lumière. Il en résulte un produit solide hygroscopique. b). On procède comme sous a) mais en n'utilisant que de la phényldibromo-phosphine. c). On procède comme sous a) mais en n'utilisant que de la phényldichlorophosphine et deux équivalents de diméthyl-2,3-butadiène.- d). Préparation du phényl-1 diméthyl-3,4 phosphole Le réacteur décrit sous a) est muni d'un réfrigé- rant, lié à un vibro-mixeur d'une ampoule isobare puis placé sous atmosphère d'azote. On introduit 400 cm3 d'hexane et 300 cm3 de chlorure de méthylène secs et dégazés; l'adduit est cassé en plusieurs morceaux. Sous agitation, on introduit goutte à goutte 82 g d'alpha-picoline (0,8 mole + 10 %) dissoute dans 100 cm3 de chlorure de méthylène en maintenant la températue à 20 C. On maintient l'agitation jusqu'à dispa- rition de l'adduit; on a une phase supérieure jaune clair et une phase inférieure orange brun. On introduit une solution aqueuse d'acide chlorhydrique 3N jusqu'à obtention d'un test acide au papier pH (environ 60 cm3). On décante sous atmosphère d'azote et lave la solution organique à l'eau (60 cm3), puis par une solution saturée de carbonate de potassium (2 x 60 cm3) jusqu'à obtention d'un test neutre au papier pH, on sèche sur sulfate de sodium et concentre. On obtient 66,8 g de produit pur vérifié en RMN du proton et du phosphore; il peut être distillé sous bon vide et sous atmosphère inerte; Eb/0,1 = 89-91 C. Rendement global: 83,5 %. EXEMPLES 2 à t6 En traitant comme sous d) de l'exemple 1 les adduits obtenus comme décrit sous a), b) et c) suivant la nature de l'amine utilisée, on prépare le phényl-1 diméthyl- 3,4 phosphole avec les rendements répertoriés dans le tableau ci-après. C145 Amine tertiaire Préparation adduit Rendement (%) a-picoline y-picoline Triéthylamine Tétraméthylènediamine (TMEDA) lb lb lb lb Ethyl-2-pyridine lb 69 Méthyl-morpholine lb 76 Nméthylimidazole lb 73,5 Pyridine lb 74,5 a-picoline la 72 N-méthyl pyrrolidine lb 78 Ethyl-4-pyridine lb 75 N-méthyl pyrrolidine la 78 TMEDA la 57 a-picoline lc 83 EXEMPLE 17 a). Dans un réacteur à trois tubulures de 1000 cm préalablement purgé à l'azote, on place 22,8 g de phényl- dibromo-phosphine (0,085 mole) et 15,2 g de phényldichloro- phosphine (0,085 mole) dissous dans 10 cm3 de chlorure de méthylène sec puis, trente minutes après, on ajoute 12 g d'isoprène (0,17 mole + 5 %). Le mélange est abandonné à l'abri de la lumière; le produit obtenu est un solide hygroscopique. b). Préparation identique à la précédente mais n'utilisant que de la phényldibromo-phosphine. c). Phényl-1 méthyl-3 phosphole Le réacteur est muni d'un réfrigérant, d'un agitateur lié à un vibro-mixeur, d'une ampoule isobare puis- placé-sous atmosphère d'azote. On introduit 200 cm3 d'hexane et 100 cm de chlorure de méthylène secs; l'adduit préparé comme sous a) est cassé en plusieurs morceaux. Sous agita- tion, on introduit goutte à goutte 32 g de N-méthyl pyrrolidine (0,34 mole + 10 %) dissoute dans -100 cm3 de chlorure de méthylène. On maintient l'agitation jusqu'à dis- parition de l'adduit. Après avoir traité comme sous d) de l'exemple 1, on obtient 23 g de produit brut que l'on distille. Eb/0,1 = 78-80 C; Rendement 60 %. EXEMPLES 18 à 21 En traitant comme sous c) de l'exemple 17 les adduits décrits comme sous a) et b) suivant la nature de l'amine tertiaire, on prépare le phényl-1 méthyl-3 phosphole avec les rendements suivants: Amine tertiaire Préparation Rendement adduit (%) N-méthyl pyrrolidine 17b 72 y-picoline 17b 50 a-picoline 17b 40 N-méthyl imidazole 17b 22 EXEMPLE 22 a) Dans un réacteur clos de 1000 cm3 prévu pour résister à une pression de5 bars, on place 80,4 g de phényl- dibromo-phosphine (0,3 mole) et 30 cm3 de butadiène (0,3 mole + 5 %). Le mélange est abandonné à l'abri de la lumière; le produit obtenu apres dépressurisation du réacteur est un produit hygroscopique.- - b) Phényl-1-phosphole Le réacteur est muni d'un réfrigérant, d'un agitateur lié à un vibromixeur, d'une ampoule isobare puis placé sous atmosphère d'azote. On introduit 250 cm3 d'hexane et 125 cm3 de chlorure de méthylène secs; l'adduit préparé comme sous a) est casséen plusieurs morceaux. Sous agitation, on introduit goutte à goutte 61,5 g d'alphapicoline (0,6 mole + 10 %) dissoute dans 125 cm3 de chlorure de méthylène. On maintient l'agitation jusqu'à disparition de l'adduit et on traite comme sous- d) de l'exemple 1. On obtient 32 g de produit brut que l'on distille. Eb/0,1 = 60- C. Rendement: 54 %. EXEMPLE 23 En traitant comme sous b) de l'exemple 22, l'adduit obtenu comme sous a), on prépare le phényl-1- phosphole avec un rendement de 50 % en utilisant la N-méthyl- pyrrolidine. Les exemples suivants illustrent la préparation de phospholes P-fonctionnels selon l'invention dont les caractéristiques ont été facilement déterminées sur les formes sulfures (voir tableau ci-dessous). Les spectres RMN ont été enregistrés à 60 MHz sur Perkin-Elmer R24A pour le proton à 36,447 MHz sur Bruker WP90 pour le phosphore. Les spectres I. R. ont été enregistrés sur Perkin-Elmer 297 et 457, les spectres de masse sur un appareil AEI MS-30 à 70 eV. Toutes les réactions ont été conduites sous argon avec du THF fraîchement distillé. Méthode A - Naphtalène sodé-MgBr Dans un Erlenmeyer rodé bien à sec, on dissout 6 g de naphtalène (0,047 mole) dans 100 cm3 de THF. On ajoute 1 g de sodium (0,043 at-g) coupé en petits morceaux. Quand tout le sodium a réagi (1 heure environ), on ajoute 4 cm3 de phényl-1-diméthyl-3,4phosphole (0,0213 mole). On laisse réagir 5 heures à température ambiante. On ajoute alors 4 g de MgBr2 anhydre ('0,0218 mole) et on laisse réagir encore 1 -heure. On transvase sous argon dans une ampoule de coulée et 24.83426 on ajoute, goutte à goutte, à une solution de 0,025 mole de X-(CH2)nZ dans 50 cm3 de THF. On laisse agiter la nuit. Le lendemain, on ajoute 1 g de soufre en fleur (0,03 at-g), chauffe pendant 2 heures avec un bain d'huile à 70 C. On laisse refroidir, hydrolyse, neutralise éventuellement avec HCl dilué, chasse le THF, extrait le résidu au chlorure de méthylène, sèche sur SO4Na2 et évapore à sec. On se débarrasse de l'essentiel du naphtalène par sublimation à. C sous 1 torr. Le résidu est chromatographié sur gel de silice passant au tamis à mailles de 0,210 à 0,062 mm. Méthodes B'et C - Coupure au lithium. - On met 0,15 g de'lithium (0,09216 at-g) en grains en suspension dans 100 cm3 de THF. On ajoute 2 cm3 de phényl- 1-diméthyl-3,4-phosphole (0,01 mole) et on laisse réagir à C pendant 4 à 5- heures.-On contrôle que la coupure est complète sur plaque de silicagel (Et20 50, Hexane 50). On ajoute alors, soit 2 g de MgBr2 anhydre (0,011 mole) soit 2 g de CdCl2 anhydre (0,01 mole) et on laisse agiter 1 h à tempé- rature ambiante. Ensuite, on procède comme pour la méthode A. Produit N 60. Réactif: BrCH2COEt Eluant: Hexane 50/Et20 50 Analyse élémentaire: C10H1502PS - CMc(%) H(%) Calculé: 52,16 6,57 Trouvé: 51,92 6i50 Spectre de masse: m/e 230 (M, 32%); 143 (M-CH2COOEt, 100%) Produit N 80. Réactif BrCH2CH2CN Eluant: Hexane 40, AcOEt 60 Analyse élémentaire: C9H12NPS C(%) H(%>) N(%) Calculé: 54,80 6,13 7,10 Trouvé: 55,06 6,07 -6,91 Spectre de masse: m/e 197 (M, 44%); 143 (M-CH2CH2CN, 100%) Produit N 90. Réactif: BrCH2C C6H5 Eluant: Hexane 50 Et20 50 Analyse élémentaire: C14H150PS C(%) H(%) Calculé: 64,10 5,76 Trouvé: 64,22 5,74 Spectre de masse: m/e 262 (M, 26%); 143 (M-CH2COPh, 100%) Produit N 100. Réactif: ClCH2C CH3 0 Eluant: Hexane 30 Et20 70 Analyse élémentaire: C9H13OPS C(%) H(%) Calculé: 53,98 6,54 Trouvé: 54,80 6,46 Spectre de masse: m/e 200 (M, 45%); 143 (M-CH2COMe, -100%) Produit N 110. Réactif: CH2-CH2. \ o Dans ce cas précis, on verse la solution de réactif dans la solution de magnésiem ou de cadmien. Eluant: AcOEt Analyse élémentaire: C9H13OPS C(%) H(%) Calculé: 51,05 6,96 Trouvé: - 50,78 6,87 Spectre de masse: m/e (M, 46%); 144 (M-CH2CH2O, 100%). TABLEAU Prooriétés des sulfures des phospholes P-fon:ctionnels CI13 Cii3 S (CI12),Z Rendement X F'C RHN du Proton (CDCl3) r{CllP)nZ N*C12n P(Cilit),z N'.6 rp I, R. Cycle (CI12)nZ A B C Kofler (CDCl3) (KRr) " (113P10) C113 Ci1 (JllP)PCI2 (Jil-P) Z PC1IQÄCOEet 60 35. 9 41,2 -CO 1728 cm1 2,13 6,1 (31) 3,2 (14) C113: 1,37 V pS 648 cm-1 C1i2: 4,23 J: 711z FCII(Ci2CN 80 76 65 70 95-6 46,5 V CN: 22h5 cm-1 2,15 6,03 (31) PCI112CI12t massif complexe _ -',vps 635 cm-) 2,2 -3,0 Y CO: 1670 cm-1 FCI12CC611S 90 22 18 131 40,7 9co 1670cm1 2,1 6,05 (31) 3,9 (15) C6115: 7,25-7,95 _o _ _ _ vPS 632 cm- rc c CII 100 45 33 45 122 38,8 VCO: 1710 cm 2,03 6,00 (15) 3,17 (15). C113: 2,3 o. Vr: 635 cm-1 0It: 2,92 Cl2: 2,20(J1.-H: 5,5 11iz) rci12CI12011 lIC ,5 v 011 vps: 3380 cm- 615 cm1 2,03 ,93 (30) 3,97 (20) Ni CX) LI4 J.- 1 rla CY% De façon plus particulière, l'exemple suivant donne la préparation et les propriétés du cyanométhyl-1- diméthyl-3,4-phosphole de formule - CI4 Toute l'opération est conduite sous gaz inerte (argon ou azote). Dans un Erlenmeyer muni d'un agitateur magnétique on place: 4 cm3 de phényl-1 diméthyl-3,4 phosphole et 0,3 g de lithium en-granulés dans 200 cm3 de THF (tétrahydrofuranne) anhydre. La solution, incolore au début vire au rouge foncé. On agite en tout 5 heures entre 25 et 30 C. On ajoute ensuite 4 g de bromure de magnésium anhydre et on poursuit l'agitation pendant 1 heure (décoloration partielle). Après élimination de l'excès de lithium non transformé, la solution ainsi obtenue est transférée, à l'abri de l'humidité et de-l'air, dans une ampoule de coulée montée sur un réacteur de 500 cm contenant 4 g de chiora- cétonitrile dans 50 cm3 de THF anhydre. La solution magné- sienne est ajoutée goutte à goutte dans le nitrile avec agitation. On laisse agiter une nuit à température ordinaire. Après 18 heures, on hydrolyse avec 50 cm3 d'eau distillée, on évapore le THF et on extrait le phosphore de la phase aqueuse résiduelle avec de l'hexane. La solution est séchée sur SO4Na2. Après filtration et évaporation de l'hexane, on obtient ainsi 1,14 g de'phosphole sous la forme d'un solide cristallisé incolore (rendement: 35 %). Schéma réactionnel: 1 + 2 Li t1Ä 1c faible) 6 - 23,4 ppm. Analyse: C8H10NP C( Calculé 63,57 6,62 9,27 Trouvé: 63,9 6,8 9,0 I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications ci- après. MgBr A L REVENDICATIONS 1. Phospholes et phospholes P-fonctionnels, caractérisés par le' fait qu'ils répondent à la formule générale i R dans laquelle R1 et R2 sont identiques ou différents et représentent de l'hydrogène ou un groupe alkyle inférieur en C1 à C4 tel qu'un groupe méthyle, et R3 représente un groupe C6H5, -CH2-C6H5, -CH3, -C2H5, -C3H7 à C12H25 ou -(CH2)nZ o Z désigne une fonction telle que -COOC2H5, -CN, -CO-C6H5, -CO- CH3, ou -OH et nÄ 1. 2. Procédé de fabrication des composés selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fait réagir au moins une alkyl- ou arylhalogéno phosphine avec un buta- diène dont les carbones en positions 2 et/ou 3 portent éven- tuellement un substituant alkyle inférieur puis à soumettre l'adduit cyclique résultant de cette réaction à l'action d'une amine tertiaire choisie parmi celles ayant un pKa compris entre 5 et 11 puis à fonctionnaliser le produit obtenu si l'on désire le produit correspondant P-fonctionnel. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on fait réagir un mélange de deux halogéno phosphines différentes. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que lorsque les arylhalogéno- phosphines sont des phénylhalogéno phosphines celles-ci sont avantageusement choisies parmi les phényldichloro- phosphines, et les phényldibromo-phosphines et lorsqu'on a recours à des mélanges de deux phénylhalogéno-phosphines différentes, ces dernières sont utilisées en proportions égales. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé par le fait que les amines sont choisies parmi les: picolines, triéthylamine, tétraméthyl- éthylène diamine, éthyl-2-pyridine, méthyl-morpholine, N- méthyl-imidazole, pyridine, N-méthyl-pyrrolidine, éthyl-4- pyridine. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 3 ou 4, caractérisé par le fait que la réaction entre le ou les halogéno-phosphines et un butadiène est-effectué vers 0 C en récipient clos sous atmosphère inerte et en l'absence de tout solvant organique et la réaction du produit résultant avec l'amine choisie est conduite au sein d'un mélange de diluants organiques inertes dont l'un est de préférence un hydrocarbure saturé. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 6, caractérisé par le fait que la fonctionnalité est obtenue en soumettant les phényl-phospholes à-une réaction consistant:à couper la liaison P-phényle et obtenir un dérivé organo métallique puis à faire réagir ce dernier avec un composé X -(CH2)nZ o X est un halogène et Z et n ont la signification précédemment donnée. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la coupure de la liaison P-phényle est effectuée par l'action du naphtalène sodé dans du tétra- hydrofuranne (THF) à température comprise entre 0 et 25 C. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la coupure de la liaison P-phényle est effectuée par le lithium dans le THF entre 10 et 40 C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 9, caractérisé par le fait que le phospholyl- sodium ou le phospholyl-lithium est transformé- en composé magnésien par action de bromure de magnésium. 11. Procédé selon la revendication 9, caracté- risé par le fait que le dérivé phiospholyl-lithium est trans- formé en composé cadmien par réaction avec CdCl2.