Brevet FR2521994A1 — publié le 19830826

La présente invention concerne un procédé de préparation de benzoxazolone- 2 et dérivés par réaction, an présence d'une base hétéroaromatique azotée, d'orthonitrophénols avec du monoxyde de carbone sous pression élevée et en présence de catalyseurs supportés constitués d'un métal noble et d'un autre métal de transition déposés sous forme de particules ou d'oxydes métalliques. La benzoxazolone-2 cet un intermédiaire utilisé en chimie fine, notamment dans l'élaboration de certains colorants La synthèse classique, à partir de l'orthonitrophénol nécessite deux étapes, la première, d'hydrogénation en orthoaminophénol, la deuxième, de phos- génation Les inconvénients liés à l'utilisation du phosgène sont multiples: nécessité de synthétiser et de manipuler ce produit dange- reux et sous-production de quantités importantes d'acide chlorhydrique qu'il faut, soit engager dans une réaction en consommant, soit élec- trolyser, ce qui exige l'implantation et l'entretien coûteux d'un atelier supplémentaire. La mise au point d'un procédé permettant d'éviter l'utilisa- tion du phosgène et de synthétiser la benzoxazolone-2 en une seule étape présente donc un réel intérêt. Parmi les synthèses possibles, la réaction du monoxyde de carbone sur l'orthonitrophénol selon le schéma réactionnel suivant OH NO 2 + 3 Co + 2 Co 2 H a déjà été décrite dans le brevet japonais 34 875/73 Cette synthèse est effectuée en présence d'halogénure d'un métal du groupe de la mine du platine associé à un oxyde métallique des groupes V b' V Ib ou VIII de la classification périodique, sans précision sur la récupération et le recyclage du catalyseur Cependant, de tels systèmes dont la composition et la structure exacte-sont mal définies, nécessitent des concentrations élevées en catalyseur pour obtenir des vitesses de réaction correctes. La demanderesse a découvert que des systèmes catalytiques constituée d'un métal noble et d'un deuxième métal de transition pré- sent sous forme de cristallites métalliques ou d'oxydes déposés sur support, associées une base hétéroaromatique azotée s'avéraient particulièrement sélectifs et présentaient une activité accrue dans la carbonylation des orthonitrophénols en benzoxszolones-2. Le procédé selon l'invention, est applicable aux molécules d'orthonitrophdnols de formule: OH R c NO 2 dans laquelle R représente un atome d'hydrogène ou d'halogène, un groupe alkyl contenant de 1 à 10 atomes de carbone, un groupe alkoxy OR' dans lequel R' représents un groupe alkyle ayant de 1 à 10 atomes de carbone. La technique selon l'invention consiste à associer sur le support un métal noble du groupe VIII de la classification périodique b un deuxibme métal de transition choisi dans les groupes Vb, V Ib ou VIII et présent sous forme de particules métalliques ou d'oxydes. Parmi les couples favorablement associés on peut citer, de façon non limitative, les systèmes suivants: palladium-molybdbne, palladium-fer, palladium-vanadium, platine-molybdène, platine-fer. Les métaux ou oxydes peuvent Stre déposés sur différents supports, b partir de divers composés minéraux ou organométalliques, selon des techniques connues d'imprégnation pour conduire, après traite- ment approprié, aux catalyseurs utilisés dans l'invention Les composés métalliques peuvent être introduits l'un aprbs l'autre mais il est préférable de les imprégner conjointement. Ainsi, le support, sous atmosphère d'azote, peut 8 itre recou- vert d'une solution dès dérivés métalliques dans un solvant organique 2521 994 ou dans l'eau, puis l'ensemble est dégazé sous vide et le solvant distillé. Selon un autre mode opératoire, on place le support dans un ballon d'évaporateur rotatif constamment et régulièrement agité et l'asperge d'une solution des dérivés métalliques, dans des conditions de température et de pression telles que le solvant est évaporé au fur et à mesure de son introduction. Parmi les précurseurs métalliques qui peuvent être utilisés, on trouve notamment les acétates, nitrates, halogénures ou complexes organo-métalliques de métaux nobles; les acétates, nitrates, halogé- nures, oxalates des autres métaux de transition, mais aussi des elsa mixtes, tels que, par exemple, le molybdate d'ammonium, ou encore des complexes moléculaires hétéropolymétalliques associant directement les couples cités ci-dessus; les clusters mixtes sont de bons exemples de telles espèces moléculaires. Le support imprégné est, après séchage, porté à au moins 300 C sous azote à l'aide d'une programmation linéaire de température, 4 raison de 2 C/mn afin de décomposer les précurseurs en cristallites métalliques ou oxydes actifs dans la réaction étudiée. Les supporte pouvant être utilisés sont divers; d'uns façon non limitative, on peut citer les alumines, silices, silice-alumines, 1 I magnésie, les charbons actifs, les carbures de silicium. L'imprégnation peut être menée de façon à conduire à des teneurs en métal noble sur le support de 0,1 à 20 % en poids et préfé- rentiellement de I à 15 % Le rapport du nombre d'atomes-grammes du deuxième métal par rapport à celui du métal noble varie de 10 '2 à 102 et de préférence de 0,1 à 10. Selon le procédé de l'invention, le nitrophénol est mis en contact avec l'oxyde de carbone à température et pression élevées en présence du catalyseur déposé sur support et d'une base hétéroaromati- que azotée telle que la pyridine ou la quinoléine. La présence d'une base hétéroaromatique azotée dans le milieu réactionnel permet d'améliorer l'activité et la sélectivité du catalyseur Elle est ajoutée au milieu réactionnel dans des quanti- tdà allant de 102 b 30 moles par mole de dérivé nitrd et de préférence de 0,1 b 10 moles par mole. La concentration du catalyseur dans le milieu réactionnel, exprimée par le rapport du nombre d'atomes-grammes du métal noble sur le nombre de groupements nitrdés à transformer varie de 10 " 4 à 1 et préfdrentiellement de 5 10 " 3 à 10 '. La roéaction peut gtre conduite en l'absence de solvant, en travaillant dans les o nitrophénols tfondu,, mais la dilution dans un solvant peut favoriser la sélectivité Les solvants utilisés de prfdé- ronce sont les hydrocarbures saturés ou aromatiques tels que l'hexane, l'heptane, le n-décane, la décaline, la benzène, le toluène ou le xylène, les halogénures aromatiques tale que le chlorobenzène et les dichlorobenzènes; ou des hétérocycles azotés comme la pyridinm, la bipyridine; on peut également utiliser des solvants fluorès tels que la méthyldécaline perfluorde, le trichlorotrifluoroéthane. Quand on opère an présence de solvant, la proportion n'est pas critique, mais on travaille en général avec des solutions de 5 à % en poids du dérivaé nitré dans le solvant. Les tenpératures de réaction sont comprises entre 100 et 5000 C et plus particulièrement entre 150 C et 250 C. Les pressions sont comprises entre 20 et 500 bars et de préférence entre 100 et 350 bars. Il est possible d'opérer par une technique discontinue dans un appareillage du type autoclave ou par une technique continue qui permet d'éliminer dès sareef tomion la bnzoxazolone produite. Du fait de leur insolubilité dans le milieu réactionnel, les catalyseurs sont facilement récupérés après réaction par simple filtra- tion et leur stabilité permet de les recycler sans perte d'activité. Les essais décrits dans les exemples ci-dessous ont été réalisés an discontinu dans un autoclasve an Hastelloy C de 500 ml, 252199 à muni d'un dispositif d'agitation magnétique, pouvant opérer sous des pressions allant Jusqu'à 500 bars et des températures de 300 C. L'autoclave, chargé avec un orthonitroph nol, une base hétérosroma- tique, le solvant éventuel et le catalyseur, est ensuite balayé g l'azote avant d'itre mis sous pression d'oxyde de carbone à tempéra- ture ordinaire; on le chauffa à la température choisis et l'avan- cement de la réaction est contrôlé par l'enregistrement de la pres- sion Aprbeès réaction, les teneurs en nitrophénol éventuellement résiduaire et en benzoxazolons formée ont été dosées par chromatogra- phie liquide sous pression. Les résultats indiqués s'entendent pour les définitions suivantes: T.T G, taux de transformation globale nombre de moles de nitrophénol transformé 100 nombre de moles de nitrophénol introduit Sélectivité en benzsxazolone: nombre de moles de benzoxazolone formée x 100 nombre de moles de nitrophénol transformé Rendement en benzoxazolone: nombre de moles de benzoxazolone formée x 100 nombre de moles de nitrophénol introduit EXEPPLE 1 Dans un ballon de 50 ml monté sur un évaporateur, on place g d'une alumine pure commercialisée par CONDEA CHERIE, de surface spécifique 250 m 2/g et broyée an particules de 200 à 600 pm On laisse dégazer le support pendant quinze minutes sous une pression partielle de 100 me de mercure On introduit ensuite, goutte b goutte, sur la support agité, 170 ml de solution aqueuse ammoniacals contenant 1,05 g d'acétate de palladium et 0,92 9 de molybdate d'amonium, en ajustant la température du bain d'huile de l'évaporateur de façon que le dis- tillation du solvant soit instantanée Aprbs introduction de la tota- lit 6 de la solution, le support imprégné et séché est transféré dans un tube de cuisson balayé b l'azote dont on élève progressivement la température b raison de 2 C/mn Jusqu'à 300 e C Après un palier de heures à cette température, on fait passer un courant d'hydrogène pendant 20 minutes puis refroidit sous azote L'analyse indique une teneur de 4,8 % en palladium et de 5,8 % en molybdène. On place, dans l'autoclave de 500 ml en Hastelloy C, 2,22 g du catalyseur précédemment préparé, 13,9 g d'orthonitrophénol ( 0,1 mole), I 9 de pyridine et complète b 100 ml le volume total à l'aide d'orthodichlorobenzène Après balayage b l'azote, on comprime du mono- xyde de carbone Jusqu'à ce que la pression atteigne 200 bars b 20 OC. On isole l'autoclave et le chauffe, sous agitation, b 200 e C pendant I heure 40 On laisse refroidir et recueille le mélange réactionnel. Après récupération du catalyseur par flitration, le solvant est évapo- ré à sec et on obtient 13,5 g de résidu gris foncé dont le spectre infra-rouge correspond à celui de la benzoxazolone 2 L'analyse chroma- tographique montra que le T T G du nitrophénol est de 100 % et la sélectivité en benzoxazolone-2 brute (pt fusion = 138 e C) de 100 %. Après recristallisation dans l'eau chaude, le point de fusion est de 1400 C et l'analyse centésimale du produit est la suivantes Théorique 62,22 3, 70 10,37 Trouvé 62,02 3,71 10,11 Essai comaratif e 3 ESSAI A L'autoclave de 500 ml en Hastelloy C est chargé avec 13,9 9 d'orthonitrophénol, 2,22 g du catalyseur précédemment préparé et le volume total s*t porté à 100 m avec de l'orthodichlorobenzène Après belayage b l'azote, on introduit du monoxyde de carbone Jusqu'à une pression de 200 bars et la température est portée b 200 "C Après 1 heure d'induction la pression baisse lentement et se stabilise au bout de 5 heures de réaction Après refroidissenent et distillation b sec du mélange réactionnel, celui-ci est analysé Le T T G est de 97 % et la sélectivité en benzoxazolone-2 brute de 91 %. % S'OE OP Ise * 5 * 1 * 1 91 * 19 uu O Tq DBPZ 95 UUTPW 91 OU Alutm 19 PUB 49 P 4 q Tp Toijoi s Tnd toúq S quepued a T 59 pa ses Tel uo 3,00 Z 1 ejjn* 40 e Tnd 49 aeq Dot lnbont sucqjea op op Axouo" np e 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complbte le volume à 100 ml avec de l'orthodichlorobenzène En opérant comme dans les exemples précédents, on amèns la pression totale b 200 bars b température ordinaire b l'aide de monoxyds de carbone, puis chauffe b 2000 C On laisse réagir pendant 2 h 15 puis refroidit le réac- teur et analyse le mélange Le T T G du nitrophdnol est de 92 % et la sélectivité en bonzoxazolone-2 de 95,6 %. R E V E ND I C A T I ON S 1 Procédé de préparation de benzoxazolone-2 et dérives par réaction, en phase liquide, b une température de 100 à 500 C et a pression de 20 à 500 bars, d'un orthonitrophénol de foraia s S ODH R Q No 2 dans laquelle R représente un atone d'hydrogéne ou d'halogne ua gro alkyl contenant de 1 à 10 atomes de carbone, un groupe alkoxy dam lequel le groupe alkyl contient de I b 10 atomes de carbone, et du monoxyde de carbone sous pression, caractérisé an ce que 1 ',o opère en présence a) d'un catalyseur supporté constitué par l'association se foe métallique ou d'oxyde d'un métal noble du groupe VIII et d'un deuxième emétal de transition choisi parmi les groupes Vb, 11 E eu VIII de la classification périodique, et b) d'une base hdtéroaronmetique azotése. 2 Procédé selon la revendication I dans lequel la concentra- tion on poids du métal noble sur le support varie de 0,1 à 20 % un poide et de préférence de I h 15 %. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le rapport -2 2 atomique du deuxième métal sur le métal noble varie de 102 b 102 et de préférence de 0,1 à 10. 4 Procédé selon l'une des revendications I b 3 dans lequel la concentration du catalyseur dans le milieu réactionnel exprinmée par le rapport du nombre d'atomes grams du métal noble sur le nombre de groupements nitrés à transformer varis de 10 4 b 1 et de préférence de 2521 994 5.10-3 à 10 '1 5. la de 10 Procédé selon l'une des revendications I à 4 dans lequel base hétéroaromatique azotée est introduite à des concentrations '2 à-30 moles par mole de dérivé nitré et de préférence de 0,1 b moles. 6 Procédé selon l'une des revendications I à 5 la base hétéroaromatique azotée est la pyridine. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 le Imétal noble est le palladium et le deuxième métal de le molybdène. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 on opère an présence d'un solvant. dans lequel dans lequel transition dans lequel 9 Procédé selon la revendication 8 dans lequel le solvant est un hydrocarbure saturé ou aromatique tel que l'hexane, l'heptane, le n décane, la décaline, le benzène, le toluène, le xylène; un halogénure aromatique tel que le chlorobenzène ou ses dérivés dichlo- rés; un hétérocycle azoté tel que la pyridine, la bipyridine; un solvant fluord tel que la méthylddcaline, le trichlorotrifluoroéthane. Procédé selon la revendication 8 ou 9 dans lequel on utilise des solutions contenant 5 b 50 % en poids du dérivé nitré dans le solvant. il, Procédé selon l'une des revendications I à 9 dans lequel les supports du catalyseur sont les alumines, les silices, les silice- alumines, la magnbsie, les charbons actifs ou les carbures de silicium.