Brevet FR2519980A1 — publié le 19830722

O S II 1 PROCEDE DE SULFONYLATION D'RALOGENO OU TRIHALOGENOMETHYLBENZENES La présente invention a pour objet un procédé de sulfonylation d'halogéno ou trihalogénométhylbenzènes. On entend au sens de la présente invention par halogéno ou trihalogénométhylbenzène, un benzène dont le radical phényle com- porte un substituant Cn X 1 (X 2)n (X 3) o N égal à O ou 1 et o X 1, X 2 et X 3 représentent un atome d'halogène. L'invention concerne plus particulièrement la préparation de sulfones par réaction de sulfonylation c'est-à-dire par réaction de l'halogéno ou'trihalogénométhyl benzène correspondant et d'un acide sulfonique, un précurseur ou un dérivé de cet acide. On connait dans l'art antérieur (OLAH "Friedel-Crafts and Rela- ted Reactions III 1964 Part I Interscience Publishers" p 1319 et suivantes) des réactions de sulfonylation en présence de cataly- seurs comme A 1 C 13, Fe C 13, Sb C 15 en milieu solvant organique, le substrat pouvant être également le solvant. Ces procédés présentent des inconvénients qui tiennent essen- tiellement à la nature du catalyseur En effet, il est nécessaire d'utiliser une quantité importante de catalyseur: il faut utiliser plus d'une mole de catalyseur comme le chlorure d'aluminium par mole de substrat car le groupement sulfonyle du réactif ou de la sulfone formée complexe mole à mole le chlorure d'aluminium d'o la néces- sité de mettre en oeuvre plus d'une mole de ce dernier. Cette quantité importante d'Al C 13 entraine la mise en oeuvre d'une grande quantité d'eau pour son élimination De plus, sa récu- pération est impossible industriellement. La présente invention concerne un procédé de sulfonylation d'halogéno ou trihalogénométhylbenzènes caractérisé enrce que l'on fait réagir l'halogéno ou trihalogénométhylbenzène avec un acide sulfonique, un précurseur ou un dérivé de cet acide en présence de trifluorure de bore en quantité telle que la pression absolue de trifluorure de bore dans l'enceinte réactionnelle soit supérieure à 1 bar et en présence d'acide fluorhydrique comme solvant. Le procédé de l'invention est d'autant plus surprenant qu'il est précisé dans l'art antérieur (OLAH précité page 1338) que le trifluorure de bore est inactif comme catalyseur dans les réactions S.II 2 de sulfonylation. On entend au sens de la présente invention par halogénobenzène ou trihalogénométhylbenzène, d'une part, ces produits proprement dits et, d'autre part, leurs homologues correspondant à la présence d'un ou plusieurs radicaux substituant le noyau benzénique. Plus particulièrement encore, l'invention concerne la réaction des composés de formule: Cn Xl(X 2)n (X 3)n R. -o: N est un nombre entier égal à O ou 1. X 1 X 2 et X 3 identiques ou différents représentent le chlore, le brome, l'iode ou le fluor et R 1 représente au moins un élément choisi parmi le groupe comprenant l'hydrogène et les radicaux alkyle et alkoxy ayant de 1 à 6 atomes de carbone, les radicaux phényle et phénoxy substitués par au moins un groupement, plus désactivant que le groupement Cn Xi(X 2)n(X 3)n, OH, ci Br, I et F. Les radicaux R 1 phényle et phénoxy doivent être substitués par des groupement plus désactivants que le groupement Cn Xl(X 2)n(X 3)n pour que la réaction de sulfonylation intervienne sur le noyau benzénique porteur du groupement Cn Xi(X 2)(X 3)n Dans le cas contraire, la réaction d'acylation se -ferait sur le radical phényle ou phanoxy On peut citer comme exemples de groupements plus dé- sactivants que le groupement Cn Xl(X 2) (X 3)n, -les groupements NO 2, COOR, CU et cétones Quand N = 1, on préfère mettre en oeuvre des composés de for- mule I pour lesquels X 1 X 2 et X 3 sont identiques Parmi ces derniers on prtfère ceux pour lesquels X 1 X 2 et X 3 représentent le fluor. On peut citer comme exemples de composés (I): le chloroben- zène, le fluorobenzène, le bromobenzène, l'iodobenzène, le trifluoro- m 4thyl benzène, le difluorobromométhylbenzène, le trichlorométhyl- benzène, le dichlorofluorométhylbenzène, le tribromométhylbenzène, le dibromofluorométhylbenzène, le triodométhylbenzène, l'o-,m et p-fluorotoluène, l'o-,m et p-dichlorobenzène, l'o-,m et p-fluoro- ú 519980 S II 3 phénol, l'o-,m et p-fluorochlorobenzène, l'o-,m et p-fluoroanisole, l'o-,m et p-difluorobenzène, l'o-,m et p-chlorotoluène, l'o-,m- et p-chloroanisole, le trifluorométhyl-4 chloro-4 ' biphényle et le trifluorométhyl-4 dichloro-2,4 ' diphényle oxyde. On peut également citer les homologues chlorés, bromés et iodés des composés ci-dessus. On entend au sens de la présente invention par acide sulfonique le précurseur ou le dérivé de cet acide, tous les réactifs de sul- fonylation classiques décrits dans l'art antérieur. Selon un mode dé réalisation particulier de la présente inven- tion l'acide sulfonique, le précurseur ou le dérivé de cet acide répond à la formule générale: R 2-SO X (II) 2 2 4 (l dans laquelle: R 2 représente un radical aliphatique ou aromatique X 4 représente un halogène, OH, OR 3, NH 2, NHR NR R 6 o R 3, R 4, R 5, et R 6 sont un radical aromatique ou aliphatique. L'invention est particulièrement bien adaptée à la mise en oeuvre d'un composé de formule II dans laquelle R 2 représente un radical alkyle, phényle, alkylphényl, phénylalkyle ou phényle compor- tant au moins un substituant comme par exemple un halogène, NO 2, CN, NH 2, COOH. On peut citer comme exemples de tels composés: chlorure de paratoluènesulfonyle, chlorure de benzènesulfonyle, acide para- toluènesulfonique, acide benzènesulfonique, chlorure de méthane- sulfonyle, chlorure d'éthanesulfonyle, chlorure d'orthotoluène- sulfonyle, chlorure de 2,4-diméthylbenzènesulfonyle, chlorure de métanitrobenzenesulfonyle, chlorure de méthoxy-2 benzènesulfonyle, chlorure de parachlorobenzènesulfonyle, fluorure de parahydroxy- benzènesulfonyle, le chlorure de parabenzylbenzènesulfonyle. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre de préférence en utilisant une quantité d'acide fluorhydrique telle que le rapport molaire de l'acide fluorhydrique à l'halogéno ou trihalogénométhyl- benzène est compris entre 5 et 50 Plus particulièrement, ce rapport est compris entre 10 et 30. L'acide fluorhydrique mis en oeuvre est de préférence anhydre. La mise en oeuvre, d'acide fluorhydrique aqueux entrainerait une 251998 O S.II 4 consommation inutile de trifluorure de bore sous forme HF, BF 3, H 20 (H 3 o BF 4-). L'halogéno ou trihalogénométhylbenzène et l'acide sulfonique son précurseur ou son dérivé sont utilisés en quantité sensiblement équimolaire Un léger excès du premier peut cependant être souhai- table. On préfère plus particulièrement utiliser une quantité de trifluorure de bore telle que la pression absolue de BF 3 dans l'en- ceinte réactionnelle soit comprise entre 6 et 20 bars Une pression supérieure à 20 bars n'est pas exclue de l'invention mais n'apporte pas d'avantages particuliers Plus la pression sera élevée, plus la vitesse de réaction augmentera L'homme de l'art adaptera donc la pression à l'économie du procédé. Le procédé de l'invention est de préférence mis en oeuvre à une température comprise entre -20 C et 150 C. Les temps de réaction sont généralement compris entre quelques minutes et plusieurs heures. Les phénylsulfones obtenues selon le procédé de l'invention ont pour formule générale: CF 3 f 02 R 2 R quand N = 1 et X -.02 R 2 R 1 quand N = 0, X 1 R 1 et R 2 ayant la signification précédente. Les groupements CC 13, C Br 3, CI 3, CF 2 C Br, C 12 F, C Br 2 F etc se transforment en CF 3 lors de la réaction en milieu HF, les substi- tuants CI, Br et I, pour leur part, ne s'échangeant pas. La position du groupement -502 R 2 par rapport aux groupements A-CF 3, X 1 et R 1 obéit aux règles de substitution bien connues du chimiste organicien. 251998 O S.II 5 Les sulfones obtenues par le procédé de l'invention sont utiles comme intermédiaires de synthèse de composés ayant une activité pharmaceutique ou phytosanitaire. On peut citer comme exemples de composés pouvant ftre préparés par le procédé selon l'invention: fluoro-4 méthyl-4 ' diphénylsul- fone, fluoro-4 diphénylsulfone, fluoro-4 méthyl-3 diphénylsulfone, fluoro-4 diméthyl-3,4 ' diphénylsulfone, chloro-4 méthyl-4 ' diphényl- sulfone, fluoro-4 phénylméthylsulfone, nitro-4 bromo-4 ' diphényl- sulfone, fluoro-4 phényléthylsulfone, trifluorométhyl-3 nitro-3 ' diphénylsulfone, trifluorométhyl-3 chloro-4 ' diphénylsulfone, fluo- ro-4 méthyl-2 diphénylsulfone, fluoro-4 chloro-2 méthyl-4 ' diphényl- sulfone, fluoro-5 hydroxy-2 chloro-4 ' diphénylsulfone, chloro-3 méthoxy-4 diphénylsulfone, chloro-2 dihydroxy-4,4 ' diphénylsulfone. L'invention va être maintenant plus complètement décrite à l'aide des exemples qui vont suivre, exemples qui ne sauraient limiter l'invention. Exemple 1 Dans un réacteur inox de 250 ml muni d'un système d'agitation magnétique, on introduit aux environs de O C, 100 ml d'HF anhydre, 38,1 g ( 0,2 mole) de chlorure de p-toluène sulfonyle et 19,2 g ( 0,2 mole) de fluorobenzene On ferme le réacteur puis on introduit du trifluorure de bore (BF 3) gazeux jusqu'à la pression constante de 10 bars On laisse alors réagir sous agitation pendant 23 heures à la température ambiante Après réaction, on décomprime le réacteur Jusqu'à pression atmosphérique puis on coule le mélange réactionnel sur 200 g de glace pilée On extrait alors le mélange hétérogène ainsi obtenu par trois fois 200 cm 3 de chlorure de méthylène Les phases organiques sont lavées par trois fois 200 cm 3 d'eau, 1 fois cm 3 d'une solution aqueuse à 3 % de potasse et 2 fois 200 cm 3 d'eau La phase organique ainsi traitée est séchée sur sulfate de magnésium et le solvant est éliminé par distillation sous pression réduite On recueille ainsi 49,5 g (rendement: 99 %) de fluoro-4, méthyl-4 ' diphénylsulfone. Exemple 2 On procède comme à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivantes: Acide fluorhydrique anhydre: 100 g ain-4 t- zgduraj - a JO 4 op eanionli T Ii, -, enb Tuoglnsauanloi-d ep T W - euenjozozonll-o - aap Xquu anb Tapúiqaonlg ap Tuy - D,08 DOZ e sanq 01 alom Z 40 2 t,4 ú alom Z&O 2 ZZ 2 Ool suo T;Tpuo D za sqsodmou sel aa Au 1 alduiaxal k ammoz epi 2 Doxd uo ç a-LWexâ auoilnslúugqd Tp 411-1,Kqlpm lq-olon Ti op (Z 58::l Uemap Ua-1) el I Tenaai Uo sainaq 9 aganq - 0008 eanzeigdmal - o OOZ k, sauq 01 ajoq op ain;ton Tj T It - alom Z 10 2 'l"In anb Tuoglns au Qnloz-d ap Tzy - al Om Z&O 2 Z 461 auazu;oqoion TA - 2 001 aapúquu anb Tapúqzonlj ap T;)v - 804 ue Al:ns BUOTZTPUOZ za q 9 sodwoz sel Da Ae 1 aldmaxail V amoez api 2 aold U O il a-id 9 Za-Ind op Z L 6 'Q au O Jluslúu Rlqd Tp c-i, lq:lgm iloionli F op (Z Z 6:Iuama Pua-1) 8 9 l a TT Tanzax UO sainaq il a 9 ina DOOZ ain:lvapdmaj. 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X X 2 et X 3 identiques ou différents représentent le chlore, le brome, l'iode ou le fluor et R 1 représente au moins un élément choisi parmi le groupe comprenant l'hydrogène et les radicaux alkyle et alkoxy ayant de 1 à 6 atomes de carbone, les radicaux phényle et phénoxy substitués par au moins un groupement plus désactivant que le groupement Cn X 1 (X 2)n(X 3) n, OR, Cl, Br, I et F. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-. dentes caractérisé en ce que l'acide sulfonique, le précurseur ou le dérivé de cet acide a pour formule générale: R 2-502 X 4 (II) dans laquelle R 2 représente un radical aliphatique ou aromatique X 4 représente un halogène, OH, OR 3, NH 2, NHR 4, NR 5 R 6 o R 3, R 4, R 5 et R 6 sont un radical aromatique ou aliphatique. 4 Procédé selon la revendication 3 caractérise en ce que R 2 représente un radical alkyle, phényle, alkylphényle, phénylalkyle ou phényle comportant au moins un substituant halogène, NO 2, CN, NH 2, COOH. 251998 O S.II Il Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes caractérisé en ce que on utilise une quantité d'acide fluo- rhydrique telle que le rapport molaire de l'acide fluorhydrique à l'halogéno ou trihalogénométhylbenzène est compris entre 5 et 50. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes caractérisé en ce que l'acide fluorhydrique mis en oeuvre est de l'acide fluorhydrique anhydre. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes caractérisé en ce que l'halogéno ou trihalogénométhylbenzène et l'acide sulfonique, son précurseur ou son dérivé sont utilisés en quantité sensiblement équimolaire. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes caractérisé en ce que on utilise une quantité de trifluorure de bore telle que la pression absolue de BF 3 dans l'enceinte réactionnelle soit comprise entre 6 et 20 bars. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes caractérisé en ce que on opère à une température comprise entre -20 C et 150 C.