Brevet FR2487334A1 — publié le 19820129

PROCEDE DE TRANSFORMATION D'UN ALDEHYDE EN UN ALCENE, EN PARTICULIER DE FURFURAL EN FURFURYLIDENES L'invention concerne un procédé de transforma- tion d'un aldéhyde en un alcène correspondant. Elle s'applique en particulier pour la transformation de furfural en furfuryli- dènes diversement substitué Par aldéhyde, on entend de façon générale tout corps ayant une ou plusieurs fonctions aldéhydes. La réaction de WITTIG découverte en 1954 est actuellement très utilisée pour préparer des alcènes à partir des aldéhydes correspondants; en particulier cette réaction permet d'obtenir des alcènes fonctionnarisés ou non en CY oula d'un carbone de la double liaison éthylénique par un cycle ou une chaine aliphatique, et non fonctionnalisé à partir du mê- me carbone par un hétéroatome ou un groupe fonctionnel hétéro- atomique; on sait que ce type d'alcènes intervient dans de nombreuses synthèses ou sont eux-mêmes directement actifs dans de nombreux domaines notamment dans l'industrie chimique (poly- mères, intermédiaires de synthèse...), pharmaceutique (antibac- tériens, analgésiques...), agrochimique et agroalimentaire (phé- romones, parfums, insecticides... Les furfurylidènes sont par- ticulièrement actifs dans ce dernier domaine, essentiellement par leurs propriétés antibactériennes et antifongiques. La réaction de WITTIG consiste en une conden- sation entre un sel de phosphonium et un composé carbonylé en présence de certaines bases fortes et en milieu strictement anhydre; les bases utilisées sont des bases fortes du type butyl-lithium, hydrures... qui décomposent l'eau (force basique supérieure à celle de l'ion hydroxyde). L'obtention d'alcènes par cette réaction pose des problèmes techniques très diffici- les à résoudre à échelle industrielle. En premier lieu, l'état strictement anhydre du milieu réactionnel est difficile à atteindre dans les instrallations industrielles et exige des traitements et contôles spéciaux de mise en oeuvre très onéreu- se (étuvage, séchage par courant d'azote...). En outre, les bases fortes utilisées ont une réactivité violente et explosi- ve avec l'eau, qui rend leur stockage dangereux; deplus, ces produits sont chers et grèvent considérablement le coût de la synthèse. Au surplus, la réaction est généralement mise en oeuvre dans des solvants lourds (tels que diméthylsulfoxyde DMSO, diméthyl formamide DMF, hexaméthy.l phosphorotriamide (HMPT)..., qui sont difficiles à séparer des produits réaction- nels et à recycler. Enfin, cette réaction qui est opérante avec un rendement satisfaisant avec les aldéhydes aromatiques, devient peu intéressante avec les aldéhydes aliphatiques en rai- son de leur faible rendement. En vue d'éliminer ou de réduire ces défauts, la réaction de WITTIG a fait l'objet de nombreuses études et deux types essentiels de techniques de mise en oeuvre ont été déve- loppés. L'une des techniques appliquée vers 1975 à la réaction de WITTIG est celle de la catalyse par tranfert de phase; cet- te technique permet d'éviter les difficultés liées à l'état anhydre imposé au milieu, mais implique la présence d'une phase aqueuse importante et corrosive qui limite l'intérêt de cette technique; de plus, le rendement en alcène est médiocre et la réaction n'est pas stéréosélective (rapport Z/E de l'ordre de 1). Enfin, cette technique n'est pas applicable aux aldéhyjdes aliphatiques en raison de réactions secondaires d'aldolisation qui apparaissent; cette limitation est un inconvénient grave en pratique car les alcènes aliphatiques sont des substrats extrêmement utiles, qui sont indispensables pour la synthèse de produits actifs, essentiels dans le domaine de la chimie biologique, tels par exemple que les phéromones et prostaglan- dines. Un autre type de technique utilisé à partir de 1979 dans la réaction de WITTIG HORNER est celle de réactions solide/liquide, mettant en jeu un agent de transfert et une base comme la potasse ou le fluorure de potassium, dans un solvant organique. Cette technique a été utilisée avec succès avec des phosphonates; la présence de l'agent de transfert est essen- tielle pour accélérer la réaction entre le sel et l'aldéhyde et leur conférer une vitesse satisfaisante. Comme la technique précédente et pour les mêmes raisons, cette technique n'est pas applicable aux aldéhydes aliphatiques, ce qui représente une grave limitation comme déjà mentionné. De plus, cette technique permet d'obtenir essentiellement des alcènes fonctionnarisés en " ou i du carbone de la double liaison éthylénique provenant des phosphonates, par un hétéroatome ou un groupe fonctionnel hétéroatomique. Ces alcènes sont très différents sur le plan de leur activité des alcènes évoqués précédemment. La présente invention se propose d'indiquer un nouveau procédé de transformation d'un aldéhyde en alcène du type dans lequel l'aldéhyde est mis en présence d'un réactif phosphorique et d'une base, en solution dans un solvant organi- que aprotique; l'invention vise un procédé permettant d'obte- nir un alcène fonctionnarisé ou non en d ou S du carbone de la double liaison éthylénique, provenant du réactif phosphori- que, par un cycle ou une chaine aliphatique et non fonctiorinali- sé à partir de ce même carbone par un hétéroatome ou un groupe fonctionnel hétéroatomique. Un objectif de l'invention est en particulier d'indiquerun procédé de ce type, susceptible d'être mis en oeuvre avec des rendements satisfaisants aussi bien avec des aldéhydes aromatiques ou hétéroaromatiques qu'avec des aldéhy- des aliphatiques, pour obtenir le type d'alcènes sus-évoqués. Un autre objectif est de supprimer l'exigen- ce stricte du caractère anhydre de la réaction de WITTIG en fournissant un procédé apte à être mis en oeuvre en présence d'eau dans des conditions très performantes. Un autre objectif est de permettre l'utilisa- tion de bases classiques ne présentant.. aucun risque et béné- ficiant de coûts réduits. Un autre objectif de l'invention est d'indi- quer un procédé apte à opérer avec un solvant léger, peu oné- reux, susceptible d'être régénéré et duquel les produits de synthèse sont faciles à séparer. Un autre objectif est d'indiquer un procédé mettant en oeuvre une réaction non exothermique, ne présentant aucun danger, même avec de grandes quantités de produits en présence, et se déroulant dans des conditions douces de tempéra- ture et de pression. Un autre objectif est d'indiquer un procédé conduisant à une bonne stéréosélectivité. A cet effet, le procédé de transformation vi- sé par l'invention est du type dans lequel l'aldéhyde est mis en présence d'un réactif phosphorique et d'une base,. en solution dans un solvant organique aprotique; selon la présente inven- tion, pour obtenir un alcène fonctionnarisé ou non en C ou P du carbone de la double liaison éthylénique, provenant du réac- tif phosphorique, par un cycle ou une chaine aliphatique, et non fonctionnarisé à partir de ce même carbone par un hétéroatome ou un groupe fonctionnel hétéroatomique, on réalise la réaction dans les conditions suivantes: 5. on utilise une base minérale ayant en milieu aqueux une force basique inférieure ou égale à celle de l'ion hydroxyde ou une base organique fortement basique de la famille des composés azotés, notamment pyridine et triethylami- ne, 10. on ajuste le taux d'hydratation du milieu réactionnel de façon à avoir dans ce milieu entre environ 0,5 et 5 moles d'eau par mole d'aldéhyde. Les expérimentations ont montré que la maîtri- se du taux d'hydratation dans la plage ci-dessus définie rap- portée à la quantité d'aldéhyde permet en utilisant une base du groupe indiqué, une transformation sélective de l'aldéhyde en alcène avec de très hauts rendements; Ce taux d'hydratation est facile à contrôler et les conditions difficiles de la réaction de WITTIG sont ainsi éliminées. Ce taux d'hydratation peut être préférentiellement ajusté aux environs de 2 moles d'eau par mo- le d'aldéhyde, ce taux conduisant de façon nette à un rendement maximum. De plus, la base utilisée peut être une base classique notamment un composé ionique du potassium o l'anion présente un caractère basique (hydroxyde de potassium, carbona- te de potassium, phosphate de potassium,perchlorate de potas- sium,...); ce type de base n'entraîne aucun risque sur le plan industriel et son prix de revient" est faible. En outre, on a pu constater que cette réaction est également opérante avec de bons rendements avec les aldéhy- des aliphatiques, fonctionnarisés ou non. Les conditions du procédé permettent l'inhibition des réactions secondaires d'al- dolisation, ce qui explique que les rendements obtenus avec ce type d'aldéhyde présentent également des valeurs élevées. Il est à noter que, dans le cas des aldéhydes aromatiques, il se produits parfois dans les procédés classiques une réaction secondaire (dite de CANNIZZARO) qui limite le ren- dement en alcène. Dans le cas du procédé de l'invention, cette réaction est extrêment peu sensible; elle est totalement inhi- bée lorsqu'on utilise comme base le carbonate de potassium. La réaction se produisant dans le procédé de l'invention est légèrement endothermique et ne suscite aucun risque de développement brutal. Le rendement est amélioré par un léger chauffage; en pratique, le milieu réactionnel est de préférence porté à une température approximativement comprise entre 40'C et 1100 C. Les solvants utilisés sont avantageusement des solvants organiques, non basiquesou peu basiques tels par exem- ple que dioxanne, diméthoxyéthane (DME), chlorure de méthylène. Ces solvants améliorent généralement le rendement de la réaction et permettent une séparation facile des alcènes par distilla- tion. Ils sont peu onéreux et sont très faciles à régénérer. Certains solvants tels que les solvants oxygé- nés ou aromatiques conduisent à une réaction très stéréosélec- tive, l'alcène Z étant obtenu majoritairement. D'autres solvants tels que le chlorure de méthylène, conduisent à une réaction non stéréosélective de sorte que-le procédé de l'invention per- met d'orienter la stéréochimie de la réaction selon l'applica- tion envisagée par un choix approprié du solvant. En outre, on a pu constater qu'il était inté- ressant pour accroître le rendement d'ajuster la quantité de solvant de façon à avoir une dilution de l'aldéhyde comprise entre environ 0,2 et 2 moles par litre de solvant. De plus, sur le plan des quantités relatives de produits, on opère avantageusement dans les conditions sui- vantes: base utilisée en léger excès stoechiométri- que par rapport à l'aldéhyde. 30. réactif phosphorique utilisé en léger excès stoechiométrique par rapport à l'aldéhyde. De la même façon que dans la réaction de WITTIG, le réactif phosphorique utilisé peut être un sel de phosphonium. Dans le cas fréquent o l'on désire obtenir un alcène non fonc- tionnalisé en Y ou i de la double liaison éthylèn ique à par- tir du carbone de celle-ci provenant du sel de phosphonium, on utilisera un sel de phosphonium obtenu à partir de triphényl- phosphine et d'un halogénure R CH 2X o X est un ion halogénure (Cl, Br, I) et R peut être une chaine aliphatique fonctionnali- 2487x34 séeou non ou un cycle saturé ou insaturé fonctionnalisé ou non. Ces alcènes ont un intérêt pratique, large et varié en agrochi- mie, dans les industries pharmaceutiques et chimiques, tant par leurs activités biologiques propres que comme intermédiai- res de synthèse; c'est un avantage important de l'invention que de permettre d'orienter la réaction vers la production de ce type de composé. L'invention exposée de façon générale ci-des- sus est illustrée ci-après par des exemples non limitatifs de mise en oeuvre. EXEMPLE 1 Synthèse de vinyl-2 furanne à partir du furan- ne-csrboxaldéhyde-2 en présence de carbonate de potassium de de bromure de méthyltriphényl phosphonium dans le nitrobenzè- ne. Dans un réacteur de 250 ml équipé d'un réfri- gérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition, on place 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole de car- bonate de potassium, 0,02 mole d'aldéhyde et 0,04 mole d'eau dans 20 cm3 de nitrobenzène. On chauffe progressivement la solution jusqu'à C pendant 6 heures. Le mélange réactionnel est ensuite re- froidi à la température ambiante. La majeure partie de l'oxyde de triphénylphosphine formé précipite et est séparé par filtra- tion de la phase organique qui est ensuite analysée par chroma- tographie en phase vapeur sur colonne du type OVlOl. Après sé- chage de la phase liquide organique sur sulfate de magnésium, le vinyl-2 furanne formé est obtenu avec un rendement voisin de % après distillation. Le solvant est ensuite récupéré et recyclé. Le vinyl-2 furanne est caractérisé par ses spectres infra-rouge et de résonance magnétique nucléaire du proton et du carbone 13 (R.M.N.) dont les résultats sont con- firmés par microanalyse. Le composé de départ: le furanne-carboxaldé- hyde-2 (ou furfural) est fabriqué industriellement à partir de sousproduits agricoles riches en pentosanes (rafles de maïs, balles de riz et d'avoine, bagasses de canne à sucre, coques d'arachide et déchets de bois) . Ces déchets traités en milieu acide concentré conduisent à des aldopentoses obtenus par hy- drolyse de leurs pentosanes qui se déshydratent pour aboutir au furfural. EXEMPLE 2 Synthèse de pentène-l,yl-2 furanne à partir du furanne-carboxaldéhyde-2 en présence de carbonate de potas- sium et de bromure de butyl-triphényl phosphonium dans le di- méthoxy-l,2 éthane. Dans un réacteur identique de 250 ml, on pla- ce 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole de carbonate de potassium, 0,02 mole d'aldéhyde et 0,04 mole d'eau dans cm3 de diméthoxy-l,2 éthane. Le milieu est mis en agitation soit pendant: * 3 heures au reflux, 15. 6 heures à 80 C * 12 heures à 60 C. Ces conditions permettent la transformation complète du furfural en furfurylidène-2 butane qui est extrait après filtration, séchage et concentration du milieu réactionnel par chromatographie sur une courte colonne de silicagel en uti- lisant l'hexane comme éluant. EXEMPLE 3 Synthèse de l'hydroxy-l, méthoxy-2, pentène- 1,yl-4 bensène à partir de la vanilline en présence de carbo- nate de potassium et de bromure de butyl-triphényl phospho- nium dans le dioxanne-1,4. On place dans un réacteur de 1 litre 0,12 mo- le de sel de phosphonium, 0,12 mole de carbonate de potassium, 0,1 mole d'aldéhyde et 0,2 mole d'eau dans 100 cm3 de dioxan- ne-l,4. Après 16 heures de réaction au reflux du dio- xanne-l,4, le milieu réactionnel est filtré, séché et concen- tré.L'alcène formé est obtenu après distillation (p.eb: 90 / 0,5 mm Hg) avec un rendement voisin de 70% et caractérisé par ses spectres infra-rouge et R.M.N. La réaction est stéréosélective et l'isomère Z est obtenu majoritairement (% isomère Z/% isomère E: 85/15). Les aldéhydes phénoliques qui peuvent être ainsi valorisés sont pour la plupart extraits de la matière vé- gétale notamment par traitement biologique ou chimique de la li- gnine. EXEMPLE 4 Synthèse de l'anéthole à partir de l'anisaldé- hyde en présence de carbonate de potassium et de bromure d'éthyl- triphényl phosphonium dans le dioxanne-l,4. On mélange dans un réacteur 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole de carbonate de potassium, 0,02 mo- le d'aldéhyde et 0,04 mole d'eau dans 20 cm3 de dioxanne-l,4. Le mélange réactionnel est agité au reflux du dioxanne-l,4 pendant douze heures. L'anéthole (%-isomère Z/% isomère E: 87/12) est obtenu pur avec un rendement de l'ordre de 85 % et identifié par comparaison au produit commercial et analyse de ses spectres infra-rouge et R.-M.N. EXEMPLE 5 Synthèse du pentène-lyl-l benzène à partir du benzaldéhyde en présence d'hydroxyde de sodium et de chlorure de butyl-triphényl phosphonium dans le chlorure de méthylène. On place dans un réacteur 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole d'hydroxyde de sodium, 0,02 mole d'al- déhyde et 0,04 mole d'eau dans 20 cm3 de chlorure de méthylène. Après 10 heures de réaction au reflux du sol- vant, l'alcène est obtenu pur avec un rendement de 90 % après extraction du milieu par chromatographie sur colonne. La réac- tion dans le chlorure de méthylène n'est plus stéréosélective (% isomère Z/% isomère E: 50/50). EXEMPLE 6 Synthèse du divinylbenzène à partir de l'al- déhyde téréphtalique en présence de carbonate de potassium et de bromure de méthyl-triphényl phosphonium dans le dioxanne -1,4. On mélange dans un réacteur 0,05 mole de sel de phosphonium, 0,05 mole de carbonate de potassium, 0,02 mole d'aldéhyde et 0,1 mole d'eau dans 30 cm3 de dioxanne-l,4. - Le milieu réactionnel est agité au reflux du dioxanne-l,4 pendant 12 heures. Le divinylbenzène est ob- tenu avec un rendement de 85 % et identifié par comparaison de ses caractéristiques physicochimique à celle du produit commer- cial. EXEMPLE 7 Synthèse du décène-5 à partir de l'hexanal en présence de carbonate de potassium et de bromure de butyl-tri- phényl phosphonium dans le dioxanne-l,4. On mélange dans un réacteur 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole de carbonate de potassium, 0,02 mo- le d'aldéhyde et 0,04 mole d'eau dans 20 cm3 de dioxanne-l,4. Le mélange réactionnel est porté au reflux et maintenu sous agitation pendant 4 heures. Le décène-5 est obtenu après chromatographie sur colonne avec un rendement de % et identifié et caractérisé par comparaison avec le pro- duit commercial. Il faut souligner que dans nos conditions expérimentales, la réaction secondaire d'aldolisation est inhi- bée. EXEMPLE 8 Synthèse d'une phéromone de l'insecte "Diptera- Musca domestica"l à partir d'octanal et de bromure de pentadéca- nyl-triphényl phosphonium en présence de carbonate de potassium dans le dioxanne-l,4. On mélange dans un réacteur 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole de carbonate de potassium, 0,02 mole d'aldéhyde et 0,04 mole d'eau dans 20 cm3 de dioxanne-l,4. Le milieu réactionnel est porté au reflux et maintenu sous agitation pendant 10 heures. L'alcène correspon- dant est obtenu après chromatographie sur colonne avec un rende- ment de 70 % et caractérisé par ses spectres infra-rouge et de résonance magnétique nucléaire et par microanalyse. On peut de cette façon obtenir un grand nom- bre de phéromones. A titre d'exemple, en utilisant l'aldéhyde myristique et le même sel de phosphonium, on obtient une phé- romone de l'insecte "Diptera-Musca automnalis". EXEMPLE 9 Synthèse du p-nitrostyrène à partir du for- maldéhyde polymérisé et du bromure de p-nitrophényltriphényl * phosphonium en présence de carbonate de potassium dans le dio- xanne-l,4. Dans un réacteur de 250 ml on place 0,025 mole de sel de phosphonium, 0,025 mole de carbonate de potassium, 0,02 mole de formaldéhyde (trioxane ou paraformaldéhyde) et 0,04 mole d'eau dans 20 ml de dioxanne-l,4. Après deux heures de réaction à 80 C le milieu réactionnel est refroidi à la température ambiante, filtré, sé- ché sur sulfate de magnésium. On fait ensuite percoler la solu- tion concentrée en présence d'hexane comme éluant sur une cour- te colonne de silicageL Le p-nitro-styrène (p.f. = 29 C) est obtenu pur avec un rendement de 90 %. I1 faut noter que pour tous ces exemples, l'augmentation de la quantité de base ne modifie pas sensible- ment la réactivité, ce qui semble indiquer que le rôle de l'eau serait de favoriser la décomposition de l'adduct intermédiaire. il REVENDICATIONS l/ - Procédé de transformation d'un aldéhyde en un alcène correspondant, dans lequel l'aldéhyde est mis en présen- ce d'un réactif phosphorique et d'une base, en solution dans un solvant organique aprotique, ledit procédé étant caractérisé en ce que, pour obtenir un alcène fonctionnarisé ou non en 0?ou C du carbone de la double liaison éthylénique, provenant du réac- tif phosphorique, par un cycle ou une chaine aliphatique, et non fonctionnarisé à partir de ce même carbone par un hétéroatome ou un groupe fonctionnel hétéroatomique, on réalise la réaction dans les conditions suivantes: on utilise une base minérale ayant en milieu aqueux une force basique inférieure ou égale à celle de l'ion hydroxyde ou Cine base organioue fortement basique de la famille des composés azotés, on ajuste le taux d'hydratation du milieu réactionnel de façon à avoir dans ce milieu entre environ 0,5 et 5 moles d'eau par mole d'aldéhyde. 2/ - Procédé de transformation selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que on ajuste le taux d'hydrata- tion du milieu réactionnel aux environs de 2 moles d'eau par mole d'aldéhyde. 3/ - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on dispose la ba- se dans le milieu réactionnel sous forme d'un composé ionique de potassium o l'anion présente un-caractère basique avec addition d'eau appropriée pour atteindre le taux d'hydratation ci-dessus évoqué. 4/ - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la base est mise en présence en léger excès stoechiométrique par rapport à l'aldéhyde. / - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la réaction est réalisée en solution dans un solvant organique, non basi- que ou peu basique. 6/ - Procédé de transformation selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que le solvant utilisé est du dioxanne ou du diméthoxyéthane (D.M.E.), ou du chlorure de mé- thylène ou du nitrobenzène. 7/ - Procédé de transformation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la quantité de sol- vant est ajustée de façon à réaliser une dilution de l'aldéhyde comprise entre environ 0,2 et 2 moles par litre de solvant. 8/ - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, permettant d'obtenir un alcène non fonctionnalisé en " ou ('de la double liaison éthy- lénique, caractérisé en ce que l'on utilise comme réactif phos- phorique un sel de phosphonium, obtenu à partir de triphényl- phosphine et d'un halogénure R CH2 X o X est un ion halogénu- re (Cl, Br, I) et R est une chaine aliphatique fonctionnalisée ou non ou un cycle saturé ou insaturé fonctionnalisé ou non. 9/ - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 5, 6 7 ou 8, dans lequel le réac- tif phosphorique est mis en présence en léger excès stoechiomé- trique par rapport à l'aldéhyde. / - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le milieu réactionnel est porté à une température approxi- mativement comprise entre 40 C et 110 C. 11/ - Procédé de transformation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, pour la transformation du furfural en furfurylidènes diversement subs- titués, caractérisé en ce que l'on utilise comme base du K2CO3 et comme solvant le dioxanne ou le nitrobenzène.