Brevet FR2494271A1 — publié le 19820521

La présente invention concerne la synthèse de chlorolactones à partir d'acides carboxyliques insaturés. Les chlorolactones ainsi obtenues peuvent être utilisées d'une manière générale comme intermédiaires de synthèse en chimie organique ou, plus particulièrement pour la y-chlorométhyl y-butyrolactone ou la 5chlorométhyl 6-valérolactone,comme solvant par exemple de l'acetylene, des résines époxy, du chlorure de poly-vinyle,de ses copolymères,ou en- core d'autres résines. La réaction d'halolactonisation est connue depuis le début du siècle et continue d'avoir une utilité en chimie organique synthétique. Voir par exemple, M.D. DOWLE et D.I. DAVIES, Chem. Soc. Rev., 8 (2), 171 (1979). Si les bromo et iodolactones obtenues par action de l'halogène en milieu basique sur l'acide insaturé suivant le schéma ci-dessous ont été large- ment décrites, on ne connaît pas d'exemple de conversion directe et sélective d'acides insaturés en chlorolactones qui soit économiquement intéressant; la réaction de lactonisation est en effet concurrencée par la réaction de dichloration comme l'indiquent les références sui- vantes: E.E. VAN TAMELEN et M. SHAMMA, J. Am. Chem. Soc., 76, 2315 (1953); G. BERTI, Gazzeta, 81, 305 (1951); G. BERTI, Tetrahedron, 4, 393 (1958); W. REPPE, O. SCHLICHLING, K. KLAGER et T. TOEPEL, Annalen, 560, 1 (1948); R. ODA, S. MUNEIMIYA et M. OKANO, J. Org. Chem., 26 (5), 1341 (1961); G.F. BLOOMFIELD et E.H. FARMER, J. Chem. Soc., 2062 (1932); V. KURKOV, brevet U.S. 4 031 115 du 21 juin 1977. XCH2-CH-(CH2)n-1 c =CCH2 CH2 = CHN(cH2)COOH + X2 base XI% X CH2-CH (CH2) n-COOH Dans ces formules X représente un atome d'halogène et n est un nombre entier par exemple de 1 à 12.. Il a été récemment décrit par B. DAMIN, J. GARAPON et B. SILLION, Tetr. Letters 21, 1709 (1980), une réaction de chloroxy-carboxy- lation des oléfines par action de la "chloramine T" (le N-chloro-para- toluènesulfonamidate de sodium) en présence d'acide carboxylique,selon le schéma suivant: R-CH-CH-R' R-CH=CH-R' + R"-C-OH + CH3-/- S0O-N-ClNa C1 O-C-R" 0 \ (1) 0 R-CH-CH-R' ! I Cl NH-S02- a CH3 (II) dans lequel R et R' peuvent être un hydrogène ou des restes carbonés aromatiques ou aliphatiques de 1 à 8 atomes de carbone et R" est un reste aliphatique comprenant de 1 à 5 atomes de carbone. Cependant, comme on le voit la réaction de chloroxy-carboxyla- tion est accompagnée de la formation de produit de chlorotosylation (II) avec des rendements qui peuvent atteindre 15 %. La demanderesse a maintenant découvert qu'il était possible de former des chlorolactones avec de hauts rendements, et sans réactions secondaires de clchlorotosylation ou de dichloration. D'une manière générale, le procédé de préparation des chloro- lactones de l'invention comprend la réaction d'un N-chlorosulfonamidate métallique sur un acide carboxylique insaturé dont l'insaturation est séparée de la fonction carboxylique par au moins un atome carbone, en présence d'un acide fort dont la base conjuguée est un composé nucléo- phile faible, ledit acide fort servant à déplacer du N-chlorosulfonami- date métallique, l'acide correspondant qui constitue l'entité réactive. Dans le procédé de l'invention, le N-chlorosulfonamidate métal- une lique est utilisé en général en/proportion d'environ 1 mole par mole d'acide carboxylique insaturé d'une part et on utilise en général 1 mole d'acide fort par mole de N-chlorosulfonamidate métallique,d'autre part. Les acides carboxyliques insaturés qui peuvent être utilisés dans le procédé de l'invention pour conduire aux chlorolactones répon- dent plus particulièrement aux formules générales: R1 R3 R3 Ri R1C=C/ R4, C=C -(CH2 (CH2)n C=,-c R2 R2 (CH2)n-CH-(CH2)m-COOH HOOC-(CH2)m (CH2)mrCOOH dans laquelle R1, R2, R3 et R4 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle linéaire ou ramifié de 1 à 30 atomes de carbones et peuvent être reliés entre eux pour former des ponts carbonés, n et m sont deux nombresentiers de O à 12 dont la somme est de 1 à 12, n' et m' deux nombres entiers de O à 12 dont la somme est de 1 à 12. Comme exemple d'acides carboxyliques insaturés utilisables dans le procédé de l'invention, on peut citer: l'acide allylacétique (ou pentène-4 olque), l'acide hexène-5 olque, l'acide cyclohexène-3 carboxylique, l'acide bicyclo-(2,2,2) octène-5 carboxylique-2 et l'acide di-allyl di-carboxylique. Les N-chlorosulfonamidates utilisables dans le procédé de l'in- vention répondent plus particulièrement à la formule générale: R-Ar-S02-NM C1 dans laquelle R représente un atome d'hydrogène, un radical alcoyle, de préférence linéaire,renfermant par exemple de 1 à 10 atomes de carbone, ou un atome d'halogéne,de préférence le chlore; Ar représente un radi- cal aromatique divalent, renfermant un ou plusieurs cycles, de préférence un radical phénylène, dont les substituants sont situés en ortho, méta ou para; et M représente un métal alcalin, de préférence le sodium. Comme N-chlorosulfonamidates métalliques, on utilisera avanta- geusement dans le cadre de l'invention des produits industriels tels que le N-chlorobenzènesulfonamidate de sodium (ou "chloramine B"), le N-chlo- roparatoluènesulfonamidate de sodium (ou "chloramine T") et le N-chloro- parachlorobenzènesulfonamidate de sodium ( ou "chloramine C"). parmi Par ailleurs, les acides forts à base conjuguée faiblement nucléophiles de l'invention, on peut citer l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, les acides sulfoniques comme les acides arylsulfoniques ou alcoylsulfoniques. En ce qui concerne la mise en oeuvre du procédé de l'invention, il est important d'utiliser les N-chlorosulfonamidates en milieu anhydre, et l'on opérera avantageusement dans un solvant organique aromatique, aliphatique, alkylaromatique ou dans un solvant halogéné usuel. On uti- lise avantageusement le benzène ou le chlorobenzène. Dans la pratique, le N-chlorosulfonamidate métallique est mis en suspension dans le solvant organique anhydre choisi. Puis l'on ajoute 2 4 94271 simultanément l'acide carboxylique et l'acide fort, en réglant les débits de deux réactifs de telle manière que la température du milieu réaction- nel ne dépasse pas 50 C.L'ensemble est ensuite porté à une température comprise entre 50 C et 130 C pendant des durées de 0,5 à 10 heures, selon le cas. Apres refroidissement, lavage et filtration, on sépare la chlorolactone obtenue par distillation ou par chromatographie colonne par exemple de silice. Les chlorolactones sont obtenues avec des rendements élevés en produits purifiés. Les exemples suivant illustrent l'invention et ne doivent en aucune manière être considérés comme limitatifs. EXEMPLE 1 A une suspension de 23,9 g (0,105 mole) de "Chloramine T" anhy- dre dans 80 ml de benzene anhydre, on ajoute simultanément goutte à gout- te, 10,1 g (0,1 mole) d'acide allylacétique et 10,1 g (0,105 mole) d'acide méthanesulfonique. La réaction est très exothermique et on règle l'addition pour que la température ne dépasse pas 50 C. A la fin de l'addition, le mé- lange réactionnel est porté à 80 C pendant 5 heures. Apres retour à température ambiante et filtration de l'insoluble,qui est lavé par un peu de benzène, le solvant est évaporé. La y-chlorométhyl y-butyrolac- tone est séparée par distillation directe ou par passage sur une colonne de silice et élution au chlorure de méthylène suivie d'une distillation. TEb 0-2Torr = 65-66 C. Le rendement en produit purifié est de 63 %. EXEMPLE 2 Le mode opératoire est identique à celui de l'exemple 1. On utilise 23,9 g (0,105 mole) de "Chloramine T" anhydre, 80 ml de chloro- benzene anhydre, 14,85 g (0,1 mole) d'acide hexène-5 opque et 10,1 g (0, 105 mole) d'acide méthanesulfonique. Apres 2 heures à 110 C et un traitement identique à celui de l'exemple 1, la 8-chlorométhyl 6-valéro- lactone est distilée. TEb 10-l2Torr = 72-73 C. Le rendement en produit purifié est de 61%. EXEMPLE 3 En utilisant un mode opératoire identique, avec 22,8 g (0,1 mole) de "Chloramine T" anhydre, 80 ml de chlorobenzène anhydre, 12,6 g (0,1 mole) d'acide cyclohexène-3 carboxylique-1 et 9,6 9 (0,1 mole) d'a- cide méthanesulfonique. Apres 1 heure à 80 C et un traitement identique à celui décrit dans l'exemple 1, la chlorolactone est séparée par distil- lation; deux isomères sont isolés: le chloro-4 cyclohexane carbolac- tone-1 (3) et la chloro-3 cyclohexane carbolactone-1 (4). Les produits sont purifiés par recristallisation (fusion: 125 C et 86 C). Le ren- dement global en chlorolactones purifiées est de 58 %. EXEMPLE 4 En utilisant un mode opératoire identique à celui des exemples précédents avec 4,55 g (2.10-2 mole) de "Chloramine T" anhydre, 20 ml de chlorobenzène anhydre, 3,04 g (2.10-2 mole) d'acide bicyclo-(2,2,2) octène-5 carboxylique-2, et 19,2 g (2.10 2 mole) d'acide méthanesulfo- nique, à 80 C pendant 3 heures. Après filtration du mélange réactionnel et évaporation du solvant, la bicyclo-(2,2,2) chloro-3 octane carbolac- tone-6 (2) est séparée par distillation. TEb 10-2Torr= 115 C. Le ren- dement en produit purifié est de 77 %. EXEMPLE 5 De façon identique, par réaction de 11,4 g (5.10.-2 mole) de "Chloramine T" anhydre, 60 ml de chlorobenzène anhydre, 4,6 g (2,5.10-2 mole) d'acide diallyl-dicarboxylique et 4,8 g (5.10-2 mole) d'acide méthanesulfonique à 80 C pendant 3 heures, après filtration et évapora- tion du solvant, l'OE-spiro-bis-(y-chlorométhyl y-butyrolactone) est sé- parée sur colonne de silice par élution au chlorure de méthylène. Le produit est ensuite recristallisé (fusion 95 C). Le rendement en pro- duit purifié est de 74 %. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de chlorolactones caractérisé en ce qu'il comprend la réaction en milieu anhydre d'un N-chlorosulfonamidate métal- lique répondant à la formule générale R-Ar-S02-N-M C1 dans laquelle R représente un atome d'hydrogène, un radical alcoyle ou un atome d'halogène, Ar représente un radical aromatique divalent, ren- fermant un ou plusieurs cycles et M représente un métal alcalin, sur un acide carboxylique aliphatique ou alicyclique présentant au moins I in- saturation éthylénique séparée de la fonction carboxylique par au moins 1 atome de carbone, en présence d'un acide fort dont la base conju- guée est faiblement nucléophile. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le N-chloro- sulfonamidate métallique est mis en suspension dans un solvant organique anhydre, l'acide carboxylique insaturé et l'acide fort sont ajoutés cha- cun en proportion sensiblement stoechiométrique par rapport au N-chloro- sulfonamidate métallique, à une température inférieure à environ 50 C, le mélange réactionnel ainsi constitué est ensuite chauffé à une tempé- rature comprise entre 50 C et 130 C pendant un temps de 0,5 à 10 heures, la chlorolactone obtenue étant séparée du milieu réaction- nel et purifiée. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit acide carboxylique à insaturation éthylénique répond à l'une des formules generales R1 R3 R2 R1 R1 R3 C=/ C:C-(CH2)n., /C2_CC \C=C R4 et (C H2) CC R2 R2/ R (CH2)n-CH-(CH9)m-COOH HOOC-(CIt2)m (CH2)jCOOH dans lesquelles R1, R2, R3 et R4 représentent chacune un atome d'hydro- gène ou un radical alcoyle de 1 à 30 atomes de carbone et peuvent être reliés entre eux pour former des ponts carbonés, n et m sont deux nom- bres entiers de O à 12 dont la somme est comprise entre 1 et 12. n' et m' sont deux nombres entiers de O à 12 dont la somme est comprise entre 1 et 12. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit acide carboxylique à insaturation éthylénique est choisi parmi l'acide allylacétique, l'acide hexène-5 olque, l'acide cyclohexéne-3 carboxylique-1, l'acide bicyclo-(2,2,2) octène-5 carboxylique-2 et l'aci- de diallyl-dicarboxylique. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit N-chlorosulfonamidate métallique est choisi parmi le N-chloroben- zènesulfonamidate de sodium, le N-chloroparatoluènesulfonamidate de sodium et le N-chloroparachlorobenzénesulfonamidate de sodium. 6 - Procédé selon l'une des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce que ledit acide fort à base conjuguée faiblement nucléophile est choisi parmi l'acide sulfurique, l'acide phosphorique et les acides aryl- et alcoylsulfoniques. 7 - Procéde selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le solvant utilisé est choisi parmi le benzène et le chlorobenzène. 8 - Chlorolactones préparées par un procédé selon l'une des revendica- tions 1 à 7. 9 - Chlorolactone selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle consiste en la 8-chlorométhyl -valérolactone de formule CH^^, ClCH 2-c 2CHH2 ClCH2 212 Oc.,CH2 il - Chlorolactone selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle consiste en la chloro-3 cyclohexane carbolactone-1 (4), de formule C^^^CH^^^C cH C'2 / 2 - On 11 - Chlorolactone selon la revendication 8 caractérisée en ce qu'elle consiste en la chloro-4 cyclohexane carbolactone-1 (3), de formule OC H? Cl c, CH / CH N0. 12 - Chlorolactone selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'elle consiste en labicyclo -(2,2,2) chloro-3 octane carbolactone-6 (2), de formule CH CH /CH / 2 CH CH \O-C- "0 13 - Chlorolactone selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle consiste en 1' a-spiro-bis (Y-chlorométhyl Y-butyrolactone), de for- mule CICH2-CH -CH2 CH-CH -CH2Cl 2Ou / 2\ 2 0 C. o.-C -j Il Il 0 0 sous la forme d'un mélange équimoléculaire des deux stéréoisomères.