Brevet FR2530266A1 — publié le 19840120

Procédé de préparation des acides arylacétiques et arylpropioniques L'invention concerne la préparation des acides arylacétiques et arylpropioniques à partir des halogénures benzyliques. La fabrication des acides arylacétiques et arylpropioniques revêt une grande importance, car ils constituent une classe essentielle d'antiinflamatoires, d'anesthésiques et sont également des précurseurs de synthèse de pénicillines. Il est connu de les fabriquer à partir des halogénures benzyliques par cyanuration, carbonatation ou carbonylation Toutefois ces réactions sont le plus souvent délicates, de faible sélectivité et de mauvais rendement. On sait par ailleurs qu'il est possible de procéder à l'électro synthèse des carboxylates aromatiques à partir d'halogénures aromatiques et de CO 2 sous pression atmosphérique en utilisant des catalyseurs formés par des complexes organiques de nickel. Un tel procédé a été par exemple décrit dans l'article paru dans le Nouveau Journal de Chimie, vol 5, no 12 1981 pages 621 et suivantes, relatif aux travaux menés par Messieurs TROUPEL, PERICHON et FAUVARQUE et Madame ROLLIN. Plus précisément, on a utilisé dans ce procédé, pour former les complexes organiques de nickel, la triphényle phosphine P(C 6 H 5)3. Toutefois, on s'est aperçu que le procédé décrit ci-dessus n'était pas directement applicable au cas des halogénures benzyliques car dans ce cas il se formait uniquement un composé bibenzylique Ainsi dans le cas o le procédé est appliqué au chlorure de benzyle C 6 H 5 CH 2 Cl, on obtient seulement du dibenzyle C 6 H 5-CH 2-CH 2-C 6 H 5. La présente invention permet de remédier à cet inconvénient et d'obtenir facilement par électrosynthèse des acides arylacétiques et arylpropioniques. Elle a pour objet un procédé de préparation des acides arylacé- tiques et arylpropioniques, à partir des halogénures benzyliques, carac- térisé par le fait que l'on effectue une réduction électrochimique, sous atmosphère de dioxyde de carbone, desdits halogénures benzyliques en présence d'un catalyseur comprenant au moins un halogénure ligandé métallique, de formule M Y 2 L, M étant le palladium ou le nickel, Y étant 2 - un halogène, L un ligand de formule PR 2 (CH 2)n PR 2, dans laquelle P désigne le phosphore, R étant un radical choisi dans le groupe formé par le radical phényle et les radicaux aliphatiques, N étant un nombre entier inférieur ou égal à 3. -Selon un mode de réalisation de l'invention, on utilise comme ligand L le diphényle phosphino éthane (DPPE) de formule: P(C 6 H 5)2 (CH 2)2 P(C 6 H 5)2 ' On peut également utiliser le diphényle phosphino propane (DPPP) de formule P(C 6 H 5)2 (CH 2)3 P(C 6 H 5)3 ou le diméthyle phosphino éthane (DMPE) de formule P(CH 3)2 (CH 2)2 P(CH 3)2. Selon une caractéristique de l'invention le catalyseur comprend également un halogénure ligandé métallique de formule M Y 2 L'2, L' étant un ligand de formule PR'3, R' étant choisi dans le groupe formé par le radical phényle et les radicaux aliphatiques. Ainsi, on peut utiliser comme second ligand la triphényle phos- phine (TPP) de formule P(C 6 H 5)3, la tributyle phosphine P(C 4 H 9)3, la tricyclohexyle phosphine P(C 6 H 11)3. Avantageusement, le catalyseur utilisé comporte environ quatre équivalents molaires correspondant au premier ligand M Y 2 L pour un équivalent molaire correspondant au second ligand M Y L'2 ' 2 2 D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la des- cription qui va suivre relative à différents exemples de mise en oeuvre de l'invention. La figure unique représente très schématiquement une cellule d'électrolyse utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention. La cellule est désignée par la référence 1 Elle comprend deux compartiments séparés, un compartiment cathodique 2 et un compartiment anodique 3 La cathode 4 est constituée par une nappe de mercure, de surface environ 20 cm 2 Le conducteur cathodique constitué par un fil de cuivre est désigné par la référence 5. L'anode 6 peut être formée par un élément en lithium Le conducteur anodique constitué par un fil de cuivre est désigné par la référence 7. En vue de la réduction électrochimique les conducteurs 5 et 7 sont reliés à un générateur approprié. La référence 8 désigne un verre fritté séparant les 2 comparti- ments. 3 - La référence 9 désigne une barre aimantée servant à l'agitation. Dans le compartiment anodique 3, l'électrolyte 10 introduit est formé par un mélange comprenant en volume 2/3 d'un solvant aprotique, tel que le tétrahydrofuranne (THF), 1/3 de solvant aprotique dipolaire tel que l'hexaméthylphosphorotriamide (HMPT) ou la N-méthyl pyrrolidone, dans lequel est dissous l'électrolyte (Li C 10 04) à la concentration d'environ 0,1 mole/litre. Dans le compartiment cathodique 2, on utilise le même électrolyte 11 dans lequel on introduit l'halogénure benzylique et le ou les complexes ligandés métallique agissant comme catalyseur. Une électrode de référence 15 constituée d'un fil d'argent immergé dans une solution de solvant aprotique contenant du perchlorate d'argent à la concentration 0,1 mole/litre permet de repérer le potentiel de la cathode. Les flèches 12 et 13 symbolisent l'introduction, si nécessaire, d'un gaz inerte dans les compartiments anodique 3 et cathodique 2 Par ailleurs, on peut introduire, dans la solution électrolytique catho- dique, du gaz carbonique, par le tube 14. De manière à éviter des réactions secondaires, on élimine soigneu- sement l'eau résiduelle contenue dans le milieu électrolytique. Cette élimination peut se faire par exemple par addition d'un magnésien, tel que C 2 H 5 Mg X', X' étant un halogène, en solution dans l'éther ou le tétrahydrofuranne. Pour la préparation de l'acide phénylacétique C 6 H 5 CH 2 C 02 H, on introduit 5 milli-moles de chlorure de benzyle C 6 H 5 CH 2 C 1 dans l'élec- trolyte cathodique On a Joute également le catalyseur en quantité telle qu'à une mole de chlorure de benzyle corresponde 0,1 atome-gramme de nickel Ce catalyseur peut comprendre un ou plusieurs complexes ligandés de nickel ou de palladium. On fait ensuite barboter du dioxyde de carbone dans le compartiment cathodique de la cellule, à la pression athmosphérique. Le milieu réactionnel est maintenu à la température ambiante. La réduction électrochimique est ensuite effectuée à potentiel contr 8 ôlé. Ainsi, le potentiel de la nappe de mercure agitée, par rapport au système Ag/Ag C 104, est maintenue à environ 2,6 V. La réduction électrochimique est effectuée jusqu'à ce que le cou- rant soit nul. _ 4- La densité de courant au début de la réduetion est de 35 m A/cm 2. La solution est ensuite hydrolysée en milieu acide et extraite à l'éther. La phase éthérée est agitée avec de la soude aqueuse puis séparée. L'analyse par chromatographie en phase vapeur de la phase éthérée permet de calculer la quantité de C 6 H 5 CH 2 Cl restante ainsi que la quan- tité de C 6 H 5 CH 2 -CH 2 C 6 H 5 formee. La phase aqueuse basique est acidifiée, saturée en Na Cl, puis extraite à l'éther La phase éthérée est séchée sur Mg SO 4, puis évaporée. On récupère ainsi l'acide phénylacétique formé, qui est caracté- risé par ses spectres I R et R M N 1 H et son point de fusion. Le principe de la méthode, exposé pour la fabrication de l'acide phénylacétique à partir de chlorure de benzyle, en présence d'un halo- génure ligandé de nickel Ni Y 2 L est le suivant: Dans un premier temps, on forme électrochimiquement un complexe intermédiaire par insertion de nickel au sein de la liaison C-Cl du chlorure de benzyle. On a les réactions: Ni Y 2 L + 2 e Ni L 2 Y 2 L 2 Ni O L + 2 Y Ni L + C 6 H CH Cl C 6 H 5 CH Ni Cl L Ce complexe peut être réduit électrochimiquement selon: C 6 Hs CH Ni C L + 2 e > C 6 HCH Ni L + Cl - 2 65 2 Cet intermédiaire peut évoluer en donnant du dibenzyle C 6 H 5 CH 2 -CH 2 C 6 H 5, mais en présence de C 02 on obtient l'acide phé- nylacétique avec régénération du complexe de nickel zéro valent: C 6 H 5 CH 2 Ni L + C 02 _ >C 6 H 5 CH 2 CO O + Ni O L Le cycle catalytique peut alors se poursuivre Globalement on a la réaction: - Ni Y 2 L C 6 H 5 CH 2 Cl + CO + 2 e 2 C 6 H 5 CH 2 COO + Cl % Les réactions sont les mêmes avee un halogénure ligandé de palla- dium. Plusieurs exemples de préparation ont été effectués à partir de C 6 H 5 CH 2 Cl en modifiant la nature de l'espèce catalytique, ainsi que la température du milieu. Pour tous ces exemples, on a mesuré le pourcentage T 1 de C 6 H 5 CH 2 C 1 récupéré par rapport à la quantité initiale, le pourcentage T 2 de C 6 H 5 CH 2 COOH formé par rapport à la quantité de C 6 H 5 CH 2 Cl initiale, le pourcentage T 3 de C 6 H 5-CH 2-CH 2-C 6 H 5 formé par rapport à la quantité de C 6 H 5 CH 2 Cl initiale. Pour tous ces exemples, le milieu réactionnel comportait 0,1 atome-gramme de nickel ou de palladium pour 1 mole de C 6 H 5 CH 2 Cl, la pression de C 02 était de 1 atmosphère, le potentiel était maintenu à 2,6 V. 1 er EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12, DPPE et Ni C 2, (TPP)2 dans un rapport molaire de 4/1 Température 200 C 2 ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12 DPPE et Ni C 12 (TPP)2 dans un rapport molaire de 4/1 Température O C 3 ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12 DPPE et Ni C 12 (TPP)2 dans un rapport molaire de 19/1 Température 20 C 6 - 4 ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12 DPPE et Ni C 12 (TPP)2 dans un rapport molaire de 19/1 Température O C ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12, DMPE et Ni C 12 (TPP)2 dans un rapport molaire de 4/1 Température 20 C 6 ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12, DMPE et Ni C 12 (TPP)2 dans un rapport molaire de 19/1 Température 20 C 7 ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12, DPPP et Ni C 12 (TPP)2 dans un rapport molaire de 4/1 Température 20 C 8 ème EXENPLE: Espèce catalytique Ni C 12, DPPE et Nid 12, lP (C 6 H 11) 3 l 2 dans un rapport molaire de 4/1 Température 20 C 3 o 9 ème EXEMPLE: Espèce catalytique Ni C 12, DPPE Temp 6 rature 20 C t O 7 - Les résultats des mesures sont explicités sur le tableau suivant: Exemples Température T 1 % T 2 % T 3 % (C 6 H 5 CH 2 C 1 (C 6 H 5 CH 2 COOH (C 6 H 5-CH 2-CH 2-C 6 H 5 récupéré) formé) formé) 1 20 13 51 18 2 O 75 23 traces 3 20 50 42 8 4 0 45 42 3 20 40 37 8 6 20 51 29 7 7 20 45 42 13 8 20 60 19 21 9 20 40 26 34 On a pu constater qu'il était souhaitable de réaliser la réduction électrochimique en une seule étape. En effet, si l'on procède en deux temps, le premier temps -corres- pondant à la formation du complexe intermédiaire C 6 H 5 CH 2 Ni Cl L, opéra- tion réalisée sous gaz neutre, le deuxième à la réduction de ce complexe en présence de C 02, il se forme préférentiellement le dérivé biarylique. Ainsi si on reprend les conditions du 1 er exemple en effectuant une première réduction électrochimique sous argon à un potentiel de -2,1 V, suivie d'une seconde réduction en présence de C 02 à un potentiel de -2,6 V, les valeurs obtenues pour Ti, T 2 et T 3 sont respectivement de 9, 27, 48. On a pu également constater que plus la proportion en ligand de formule PR'3 était faible, moins il se formait de produit secondaire, mais également plus la quantité d'halogénure benzylique transformée était faible. On a également réalisé des exempies correspondant à la préparation d'acides arylpropioniques. 8- On a ainsi procédé à la synthèse de l'acide phényle propionique C 6 H 5 CH(CH 3)COOH à partir de C 6 H 5 CH (CH 3)X, X titant le chlore ou le brome. 99- REVENDICATIONS 1/ Procédé de préparation des acides arylacétiques et arylpropioniques, à partir des halogénures benzyliques, caractérisé par le fait que l'on effectue une réduction électrochimique, sous atmosphère de dioxyde de carbone, desdits halogénures benzyliques, en présence d'un catalyseur comprenant au moins un halogénure ligandé métallique, de formule M Y 2 L, M étant le palladium ou le nickel, Y étant un halogène, L un ligand de formule PR 2 (CH 2)A PR 2 dans laquelle P désigne le phosphore, R étant un radical choisi dans le groupe formé par le radical phényle et les radicaux aliphatiques, N étant un nombre entier inférieur ou égal à 3. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que R est le radical phényle et N = 2 ou 3. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que R est le radical méthyle et N = 2. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le catalyseur comprend également un halogénure ligandé métallique de formule M Y 2 L'2, L' étant un ligand de formule PR'3, R' étant choisi dans le groupe formé par le radical phényle et les radicaux aliphatiques. / Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le catalyseur comprend environ quatre équivalents molaires de M Y 2 L pour un équivalent molaire de M Y 2 L'2- 6/ Procédé selon l'une des revendications t à 5, caractérisé par le fait que le mélange réactionnel comporte pour une molécule d'halogénure ben- zylique 0,1 atome-gramme de nickel ou de palladium. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le milieu réactionnel est maintenu à température ambiante durant le processus de préparation. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les produits utilisés sont anhydres. 9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le dioxyde de carbone est utilisé sous pression atmosphérique. / Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'électrolyte utilisé pour la réduction électrochimique comprend un mélange de tétrahydrofuranne et d'héxaméthylphosphorotriamide ou de N-méthylpyrrolidone, dans lequel est dissous du perchlorate de lithium.