Brevet FR2518999A1 — publié le 19830701

PROCEDE DE PPEPARATION DE COMPOSES CE TONIQUES EN PARTICULIER DE COMPOSES FURANNIQUES OU COMPOSES CETONIQUES A LONGUES CHAINES, COMPOSES FURANNIQUES ET COMPOSES CETONIQUES A LONGUES CHAINES PREPARES PAR MISE EN OEUVRE DUDIT PROCEDE. L'invention concerne un procéde de préparation de composés cétoniques par transformation d'un composé hétéroaromatique correspondant , elle vise plus particulièrement à Permettre la préparation de composés cétoniaues de formule où X est un hétéroatome du groupe N, O, S, NH ou N - alkyle, où Z est un radical du groupe suivant : hydrogène, alkyle, alkènyle, et où R est un radical du groupe : alkyle, alkényle, aryle, furyle, thiényle, substitué ou non par un radical du même groupe ou du groupe suivant : halogène, cyano, amino, carbométoxy, carbo-éthoxy. L'invention s'applique en particulier à la transformation de composés furanniques en composés furyl cétoniques ou à l'obtention de composés cétoniques à longues chaines. Elle s'étend, en tant que produits nouveaux, à ces composés cétoniques à longues chaînes qui n'ont jamais été fabriqués jusqu'à présent. La réaction d'acylation qui usqu'à présent a permis d'obtenir des composés cétoniques à courtes chaînes, a fait l'objet de nombreux travaux notamment en utilisant les propriétés particulières de l'anhydride trifluoroacétique. Les composés cétoniques présentent en général des propriétés antibactériennes et sont d'un grand intérêt pour réaliser, notamment après bromation, des synthèses organiques conduisant aux époxydes correspondants (corps présents dans un grand nombre de corrbinaisons polymériques). La réaction d'acylation des composés t)é- téroaromatiques consiste en une réaction de condensation d'un acide organique sur la position, eno( de l'hétéroatome, sur l'hétérocycle. La condensation se déroule généralement en présence d'anhydride trifluoroacétique qui fcrme un anhydride mixte avec l'acide organique utilisé. Ce composé peut être isolé ou bien réagir in situ avec le cycle hétéroaromatique par l'intermédiaire de l'ion acylium créé par sa décomposition. Dans plusieurs articles de BOURNE et al (Journal of chemical Society (1949 p. 2976, 1951 p. 718 et 826, 1952 p. 1695 et 4014, 1953 p. 735, 1954 p. 4006...) il est montré que cette réaction est opérante sans catalyseur, avec des temps de réactions longs et un rendement et une sélectivité moyenne. Très récemment, un brevet U.S. de G.S. KUTA (American Cyanamid Company n 4 254 053, 3 Mars 1981) a fait appel à cette technique et précise les limites de la méthode quant à la structure de l'acide organique utilisé. De plus, dans un article de MARINO (Advances of Heterocyclic Chemistry, Tome 13 pages 235 1971), il est montré qu'un catalyseur acide pouvait être utilisé dans ce type de réactions, celles-ci étant assez peu sélectives en raison de la présence d'une quantité notable de produit résultant de la trifluoracétylation du cycle hétéroatomique.En outre, dans un article récent de GALLI (Synthesis p. 303, 1979), il est rapporté que l'acide phosphorique à 85 %, utilisé comme catalyseur, pouvait réduire le temps de réaction, mais que l'introduction d'eau dans le milieu avec un catalyseur très corrosif paraissait préjudiciable au développement industriel d'un tel procédé. Au surplus, ces auteurs précisent que les procédés d'acylation avec ou sanE catalyseur ci-dessus évoqués ne sont pas opérants pour préparer des composés cétoniques à longues chaînes, dans lesquels le radical R1 précité possède plus de 11 carbones. La présente invention se propose d'indiquer un procédé perfectionné de préparation de composés cétoniques ayant une formule générale du type sus-évoqué, procédé qui soit dépourvu des défauts ou limitations des procédés connus. Un des objectifs de l'invention est, en particulier, d'indiquer un procédé permettant l'obtention sélective de composés cétoniques à partir des composés hétéroaromatiques correspondants. Un autre objectif est d'indiquer un procédé susceptible d'être mis en oeuvre avec d'excellents rendements, quelle que soit la longueur de la chaîne du composé cé tonique à préparer. Un autre objectif est de supprimer les réactions secondaires de trifluoroacétylation du composé hétéroaromatique et d'obtenir une réaction totalement sélective en composé cétonique. Un autre objectif est de supprimer l'exigence du caractère anhydre du milieu, qui caractérise les procédés connus et en constitue un des défauts. Un autre objectif de l'invention est de permettre la transformation en composés cétoniques hétérocycliques correspondants, des acides aromatiques hydroxylés issus de la dégradation oxydante de la lignine (acide vanillique, acide p-hydroxybenzoique,...). Un autre objectif est d'indiquer un procédé non exothermique, apte à opérer avec des solvants légers, peu onéreux, susceptibles d'être régénérés et formant un milieu duquel les produits de réaction et le catalyseur sont aisément séparables. A cet effet, le procédé visé par l'invention pour préparer des composés cétoniques de formule où X, Z et-R1 sont choisis parmi les groupes précédemment mentionnés, est du type consistant à faire réagir un composé hétéroaromatique de formule avec de l'anhydride trifluoroacétique de formule et avec un acide organique de formule Selon la présente invention la réaction est réalisée en présence d'un catalyseur constitué par un réactif phosphorique de formule où R2 est une chaîne hydrocarbonée, fonctionnalisée ou non. La chaîne R2 peut, le cas échéant, être greffée sur un polymère-support et présenter des propriétés d'échangeur d'ions ; cette chaîne peut également se présenter sous forme libre, directement rattachée à l'oxygène correspondant du réactif phosphorique. La nature du catalyseur utilisé permet de travailler dans un milieu strictement organique : toutefois, les expérimentations ont démontré qu'une quantité d'eau limitée n'était pas préjudiciable au bon déroulement de la réaction et à son rendement. En pratique, la réaction sera de préférence réalisée dans un solvant organique aprotique, dans un milieu peu ou non hydraté, le taux d'hydratation étant contrôlé et inférieur à 2 moles d'eau par mole l'aldéhyde. Par ailleurs, la présence du catalyseur visé par l'invention supprime toute limitation relative à la longueur de la chaine alkyle de l'acide organique utilisé et permet d'obtenir des composés cétoniques à longues chaînes dans lesquels le radical R1 possède au moins lI carbones. On utilisera de préférence dans ce cas des acides gras naturels, saturés ou insaturés, combine 1 ' acide laurique, 1' acide myris- tique, l'acide palmitique, l'acide stéarique, l'acide oleique, l'acide linoleïque, l'acide linolénique qui donnent une réaction ayant un excellent rendement et permettent de préparer des composés cétoniques dont les propriétés hydrophyles sont intermédiaires entre celles de 1' acide gras et celle de l'alcane ou l'alcène correspondant (dont la chaîne aliphatique compte le même nombre de carbones) et confèrent à ces molécules un caractère de surfactant. I1 est à noter que, lorsque l'acide organique utilisé contient deux fonctions acides, l'acylation à lieu sélectivement sur une des deux fonctions ce qui constitue un intérêt supplémentaire du procédé de synthèse de l'invention par rapport à ceux de l'art antérieur. Par ailleurs, la réaction qui se produit en présence du catalyseur proposé par l'invention ne présente aucun risque de développement brutal ; elle se déroule de façon particulièrement efficiente dans des temps de réaction très courts à température voisine de l'ambiante (10 à 50 C) mais reste néanmoins opérante de - 20 C et au reflux du composé le plus volatil du milieu (suivant le cas : composé hétéroaromatique ou solvant aprotique). Pour ce qui concerne la stoechiométrie des composants qui sont mis en présence au début de la réac tion, on opère avantageusement dans les conditions suivantes l'acide organique servant de valeur de référence, le composé hétéroaromatique est utilisé en proportion approximativement stoechiométrique par rapport à celui-ci, en particulier en léger excés dans le cas notamment de composés hétéroaromatiques volatils comme le furanne ; l'anhydride trifluoroacétique est utilisé en proportion comprise entre la proportion stoéchiométrique et 3 fois cette dernière, cependant que le catalyseur est luirmême utilisé de façon à mettre en jeu au moins 10 2 mole d'ions H+ pour 1 mole de composé hétéroaromatique ; une quantité de catalyseur voisine de 8.1Q 1 équivalent H+ par mole de composé hétéroaromatique paraît ournir dans la majorité des cas les meilleurs résultats, le rapport de dilution composants réactifs/solvant organique étant voisin de 1/3. I1 est à noter, par ailleurs, que le catalyseur utilisé ne subit aucune altération dans la réac- tion et peut être réutilisé sans régénération, après filtration s'il s'agit d'un catalyseur polymérique, après distil laticn s'il s'agit d'un alcoylphosphate. L'invention s'étend, en tant que tels, aux produits nouveaux que permet de fabriquer le procédé visé plus haut, notamment les composés cétoniques à lonques chaînes de formules dans lesquels R1 est un radical du groupe dé7à évoqué, possèdant au moins ll carbones, et les composés furylcétoniques même formule générale, t dans lesquels Z est constitué par/hydrogène et R1 par le radical CH3(CH2)n où n ) ltJ L'invention exposée sous sa forme générale ci-dessus est illustrée ci-après par des exemples non limitatifs de mise en oeuvre. EXEMPLE 1 Synthèse de ltét:hyl furyl-2 cétone à partir du furanne et l'acide propanoique. On place dans un réacteur de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1,25 10 mole de furanne, 1 10 1 mole d'acide propanoïque, 2,25 10 moles dsanhydride trifluroacétique et 5 10 2 équivalent H+ sous forme de résine polystyrênique macroporeuse de référence "DUOLITE ES 467" (groupements fonctions niels - NH - CH2 PO3 H2) mise préalablement sous forme acide et contenant environ 1 molécule d'eau par site actif dans 100 ml de nitrométhane de nitrométhane Après 10 mn de réaction à 20 C le rendement est voisin de 96 %. La réaction est totalement sélective. La résine est filtrée et recyclée.Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés. Le milieu concentré est lavé avec une solution de K2C03, et séché sur MgS04. La cétone obtenue distille ensuite à 87-88"/12mm Hg. Si l'on augmente le taux d'hydratation du milieu (contrôlé par la méthode de Karl FISHER), le rendement en éthyl furyl cétone diminue, et n'est plus alors à titre d'exemple que de 30 % dans des conditions expérinentales rigoureusement identiques à celles décrites ci-dessus pour une résine contenant 3 molécules d'eau par site actif. EXEMPLE 2 Synthèse de la pentyl furyl-2 cétone à partir du furanne et de l'acide héxanolque. On place dans un réacteur de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1,25 10 1 mole de furanne, 1 10 1 mole d'acide hexanoique, 2,2510 - moles d'anhydride trifluoroacétique et 5 10 - équivalent H+ sous forme de phosphate de di(éthyl-2 hexyle) (alcoylphosphate BAYER) dans 100 ml de nitrométhane. Après 1 heure de réaction à 30 C le rendement est de 85 %. La réaction est totalement sélective, la résine est filtrée et recyclée. Le solvant, l'acide trifluoroacétique et l'ester phosphonique sont éliminés et recyclés. La phase concentrée est lavée avec une solution de K2C03, séchée sur MgS04 anhydre puis distillée. La pentyl furyl-2 cétone est séparée à 120 - i23"/18 mm Hg. L'addition d'eau au milieu diminue sensiblement le rendement èn milieu homogène, et celui-ci n'est plus que de 10 % pour un taux d'hydratation voisin de 3 molécules d'eau par ion H EXEMPLE 3 Synthèse de l'acide oxo - 7 furyi-7 heptanolque à partir de l'acide heptanedioïque - (acide pimeli que). On place dans un réacteur de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1,25 10 1 mole de furanne, 1 10 1 mole d'acide piméliqueet 2,25 l01molesd'anhydride trifluoroacétique et 1 10 1 équivalent H+ sous forme de résine "DUOLITE ES 467" sous forme acide dans 100 ml de nitrométhane. Après 15 mn de réaction à 30 C le rendement est de l'ordre de 80 %. La résine est filtrée et recyclée. Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés; l'acide cétonique obtenu distille à 210 - 215 /14 mm Hg. EXEMPLE 4 Synthèse de la p-hydroxyphenyl furyl - 2 cétone à partir d'acide p-hydroxybenzoïque et de furanne. On place dans un réacteur de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1,25 10 1 mole de furanne, 1 10 1 mole d'acide -hydroxybenzoïque, 2 10 1 moles d'anhydride trifluoroacétique et 1 10 équivalent + sous forme de résine "DUOLITE ES 467" sous forme acide dans 100 ml d'acétonitrile. Après 45 mn de réaction à 30 C le rendement est environ de 85 %. La résine est filtrée et recyclée. Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés, le produit obtenu après recr-istallisation fond à 164" C. EXEMPLE 5 Synthèse de la pentadecanyl furyl - 2 cétone à partir de-l'acide palmitique et du furanne. On place dans un réacteur de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition 1,25 10-1 mole de furanne, 1.10-1 mole d'acide palmitique, 2,25 10 moles d'anhydride trifluoroacétique et 1 10 2 équivalent H sous forme de résine "DUOLITE ES 467" sous forme acide dans 100 ml de nitrométhane. Après 15 mn de réaction à 20 C la résine est filtrée et recyclée. Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés. La pentadécanylfuryl cétone est obtenue après recristallisation avec un rendement de 91 % (température de fusion : 50 C). EXEMPLE 6 Synthèse de la p-nitrebenzyl furyl - 2 cétone à partir de l'acide p-nitrophenyl - 2 éthanoique et du furanne. On place dans un ballon de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1,25 mole de furanne, 1 10 1 moled'acide p-hydro- xyphenyl - 2 éthanolque, 2,25 10 1 mole d'anhydride trifluoroacétique et 5 10 - équivalent H+ sous forme de résine "ES 467" sous forme acide dans 100 ml de chlorure de méthylène. Après 30 mn de réaction à 30 C la résine est filtrée et recyclée. Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés. La p-hydroxybenzyl furyl cétone est obtenue après recristallisation, avec un rendement de 86%. EXEMPLE 7 Synthèse de la N-méthyl pyrryl- 2 furyl - 2 cétone à partir deltacide N-méthyt~rOle carboxylique et du furanne. On place dans un ballon de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1,25.10- mole de furanne, 1.10 1 mole d'acide Nméthylpyrrole carboxilique, 2,25.10 1 moles d'anhydride triflu oroacétique et 1.10 1 .îl équivalent H+ sous forme de résine "ES 467" sous forme acide dans 100 ml de nitrométhane. Après 30 mn de réaction à 30 C le rendement en S La résine est filtrée et recyclée. Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés, la cétone distillée à 162 /13 mm Hg. EXEMPLE 8 Synthèse de la thiényl - 2 undécanyl cétone à partir de l'acide laurique et du thiophène. On place dans un ballon de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1.10 1 mole de thiophène, 1.10 1 mole d'acide laurique, 2 10 1 moles d'anhydride trifluoroacétique en présence de 1 10 1 équivalent H+ sous forme de résine "ES 467" sous forme acide dans 100 ml de nitrométhane. Après 30 mn de réaction à 40 C le rendement est environ de 92 %. La résine est filtrée et recyclée. Le solvant et l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés. La thienyl - 2 undécanyl cétone/distillée à 162 /1 mm Hg. EXEMPLE 9 Synthèse de la bromo - 5 pentyl furyl cétone à partir d'acide bromo - 6 hexanoique et de furanne. On place dans un ballon de 1 litre muni d'un réfrigérant, d'un agitateur mécanique et d'une ampoule à addition : 1 10 1 mole d'acide bromo - 6 hexanoique, 1,25 10- mole de furanne et 2,25 10- moles d'anhydride trifluoroacétique en présence de 7 10 1 équivalent H+ sous forme de rétine "ES 467" sous forme acide dans 100 ml de nitrométhane. agrès 10 mn ce réaction à 20 C le rendement est environ oc 95 . La résine est filtrée et reccîce-. Le solvant et 1 l'acide trifluoroacétique sont évaporés et recyclés. La bromo-5 pentyl furyl cétone/distillée à 115 -120 C sur 0,1 mm Hg. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de préparation de composés cétoniques de formule où X est un hétéroatome du groupe N, O, S, NH ou N-alkyle, où Z est un radical du groupe suivant : hydrogène, alkyle, aikenyle, et où R1 est un radical du groupe : alkyle, aryle, furyle, thiényle, substitué ou non par un radical du même groupe ou du groupe suivant : halogène, cyano, amino, carbo méthoxy, carbo éthoxy, ledit Drocédé consistant à faire réagir un composé hétéroaromatique de formule avec de l'anhydride trifluoroacétique de formule et avec un acide organique de formule et étant caractérisé en ce que la réaction est réalisée en présence d'un catalyseur constitué par un réactif phosphorique de formule où R2 est une chaine hydrocarbonée, fonctionnalisée ou non. 2 - Procédé selon la rev-ndication i, caractérisé en ce ase l'on utilise co catalyseur un actif phosphorique de formule précatéf, greffé sur un polymère-sup- port, ledit catalyseur présentant des propriétés d'échangeur d'ions. 3/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est réalisée dans un solvant organique aprotlque, peu ou non hydraté, le taux d'hydratation étant inférieur à 2 moles d'eau par mole d'alhéhyde. 4/ - Procédé selon lune des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé hétéroaromatique et. l'acide organique sont mls en présence en proportion approximativement stoechiométrique l'un par rapport à l'autre, l'anhy- dride trifluorcacétique étant mis en présence de ces corps en proportion comprise entre la proportion stoechiométrique et 3 fois cette dernière, cependant que le catalyseur est luimême mis en présence desdits corps de façon à mettre en jeu au moins 10 mole d'ions H+ pour une mole de composé hétéroaromatique. 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à une température approximativement comprise entre 10 C et 50 C. 6/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, permettant de préparer des composés cétoniques à longues chaînes de formule précitée, dans laquelle le radical R1 possède au moins 11 carbones, caractérisé en ce que l'on utilise dans la réaction un des acides gras suivant : acide laurique, acide myristique, acide palmitique, acide stearique, acide oleique, acide linoleique, acide linolenique. 7/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, permettant de préparer-des composés furylcétoniques, caractérisé en ce que l'on utilise un composé. hétéroaromatique de formule où Z est un radical du type précité. 8/ - Procédé selon la revendication 7, -ca- ractérisé en ce oue l'on utilise dans la réaction comme composé hétéroaromatique, le furanne 9/ - Procédé selon la revendication 8, permettant de préparer des composés furyl cétoniques à longue chaîne de formule où n > 10, caractérisé en ce que l'on utilise dans la réaction le furanne comme composé hétéroatomique et, comme acide organique, des acides gras naturels de formule 10/ - Procede selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que l'on utilise dans la réaction un acide organique, dans lequel R1 est un radical du groupe suivant : C2H5, 11/ - Composé cétonique à longue chaîne de formule fabriqué par mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que R1 est un radical du groupe précité possédant au moins 16 carbones. 12/ - Composé furyl-cétonique de formule fabriqué par mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que Z est constitué par un hydrogène et R1 par le radical (CH2)nCH3 où n > 10.