Brevet FR2557107A1 — publié le 19850628

255710? 7 PROCEDE DE SULFONYLATION La présente invention a pour objet un procédé de sulfonylation de dérivés aromatiques. Elle concerne plus particulièrement un procédé de sulfonylation de dérivés aromatiques désactivés. On entend au sens de la présente invention par dérivé aroma- tique désactivé, tout dérivé aromatique porteur d'au moins- un groupe -A Cn X1 (X2)n (X3)n o A représente une liaison covalente, un atome d'oxygène ou de soufre, X1, X2, X3 représentent chacun un halogène identique ou différent et o n est égal à O ou 1. On connaît dans l'art antérieur, des documents décrivant des procédés de sulfonylation. Ces documents peuvent être regroupés en trois catégories. La première catégorie de documents (Chemical Abstract 1941, 35, 2123 -; brevet français N 2 381 027) divulgue des procédés de sulfonylation par l'acide sulfurique en milieu HF à haute tempé- rature (140 à 150 C) sur des dérivés activés. Ces procédés ne s'appliquent jamais aux dérivés désactivés. La deuxième catégorie de documents (brevet polonais N 102 679, brevet anglais N0 1 351 453, demande de brevet allemand 2 252 571) divulgue des procédés de sulfonylation par H2 SO4 seul à très haute température (230 à 250 C). La troisième catégorie de documents (Shestov and N.A. Osipova Sb Statei Nauchn-Issled Inst. Organ. Poluprod. i Krasitelei 1961, No 2, 13-45 et demande de brevet allemand 1 950 394) divulgue des procédés de sulfonylation par H2 SO4 en présence de catalyseur tel que Na2 S04 ou l'hexachloroéthane à haute température (150 environ). Dans cette dernière catégorie, on peut aussi inclure un procé- dé de sulfonylation décrit par Kozlov et ses collaborateurs dans Zh. Org. Khim. 1978, 14 (9), 1918-21 qui divulgue une sulfonylation en présence d'un catalyseur à base de pentafluorure d'antimoine dans l'acide fluorhydrique à 0 C. Cette sulfonylation est réa- lisée sur des dérivés aromatiques activés. Aucun des procédés préalablement cités ne permet de réaliser une sulfonylation sur des dérivés aromatiques désactivés à une température inférieure à 120 C. Il a maintenant été découvert un procédé de sulfonylation 255710 7 permettant notamment d'atteindre cet objectif, depuis longtemps recherché. En effet, la présente invention concerne un procédé de sulfony- lation caractérisé par le fait qu'on fait réagir un dérivé aroma- tique désactivé avec de l'acide sulfurique dans de l'acide fluorhy- drique liquide sous une pression absolue de trifluorure de bore d'au moins un bar. Le trifluorure de bore présente de grands avantages par rap- port aux catalyseurs utilisés dans l'art antérieur. C'est un pro- duit industriel, donc disponible sur le marché, et il se présente sous une forme gazeuse ce qui permet de le récupérer facilement et de le recycler en fin de réaction. Les catalyseurs utilisés par Kozlov et ses collaborateurs tels que le pentafluorure d'antimoine sont liquides. De ce fait, ils ne sont récupérables et recyclables sans opération accessoire que lorsque les produits issus de la réaction sont gazeux aux tem- pératures de réaction ce qui n'est pas le cas dans la présente invention. Au sens de la présente invention, on entend par dérivé benzénique désactivé le composé de formule générale (I). (R)m-Ar-[A Cn X1 (X2)n (X3)n]p (I) dans laquelle: Ar représente un radical aromatique mono ou polycyclique A représente une liaison covalente, un atome d'oxygène ou de soufre X1, X2 et X3 représentent chacun un atome d'halogène identique ou différent n est compris entre O et 2 et quand A est une liaison covalente n est égal à O p est égal à 1 ou 2 R est choisi parmi l'hydrogène, un groupe halogéno, alkyle de Cl à C6, alkoxy, alkylthio, hydroxyle, m est égal à 1 ou 2. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention dans la formule (I) R est l'hydrogène et Ar représente un radical monocy- clique. Le dérivé aromatique-est alors représenté par-un halogéno- benzène, un perhalogénoalkoxybenzène ou un perhalogénoalkylthio- benzene. Encore plus préférentiellement, le dérivé benzénique est choisi parmi les halogénobenzènes. L'acide sulfurique utilisé est l'acide sulfurique concentré du commerce. Il peut être remplacé sans sortir du cadre de l'invern- tion par l'anhydride sulfurique ou un oleum et peut être présent au sein du milieu réactionnel sous la forme d'acide fluorosulfonique. Avantageusement, le rapport molaire de l'acide sulfurique au composé aromatique est compris entre 0,4 et 1,5. L'acide fluorhydrique utilisé est de préférence anhydre. La mise en oeuvre d'acide fluorhydrique aqueux entraînerait une consommation inutile de trifluorure de bore sous forme de HF, BF3, H20 (H30+BF4). Ii est préférable de travailler avec une quantité de BF3 telle que la pression absolue de BF3 dans l'enceinte réactionnelle soit comprise entre 6 et 20 bars. Plus la pression sera élevée, plus la vitesse de réaction augmentera. Une pression supérieure à 20 bars n'est pas exclue du domaine de l'invention mais n'apporte pas d'avantage particulier. L'homme de l'art adaptera donc la pression à l'économie du procédé. Avantageusement, le rapport molaire de l'acide fluorhydrique au dérivé benzénique est compris entre 5 et 50. Encore plus préfé- rentiellement, il est compris entre 10 et 30. La température de la réaction est comprise de préférence entre et 120 C. Les dérivés sulfonés obtenus dépendent des conditions de réaction; ce sont soit des fluorures de sulfonyle répondant à la formule générale suivante: (R)m -rfA Cn X1 (X2)n (X3)n]p (II) so2F soit des diarylsulfones répondant à la formule générale suivante: p[(X3)n (X2)n X1 Cn A]- Ar AR)m S02 (III) pE(X3)n (X2)n X1 Cn A] r / (R) m soit un mélange des deux. 255710? La position de fixation du groupe S02F sur le noyau se fera selon les règles de substitution bien connues de l'homme de l'art en fonction de la présence d'autres radicaux ortho, meta ou para orienteurs. Dans les formules précédentes (II) et (III) n, m et p ont la signification précédente et si n =0 X a la signification précédente si n =1 X1 X2 et X3 sont remplacés par du fluor si n =2 on obtient des dérivés de formule générale: (R)m- fr-[ACF2-CX1 X2 X3]P S02F et (R)m-Ar-[ACF2-CX1 X2 X3]p SO2 (R)m-Ar-[ACF2-CX1 X2 X3] o X1X X3 ont la même signification que dans le produit de départ, l'échange avec les atomes de fluor ne se réalise que pour les halogènes situés en a de l'hétéroatome (A) Le processus de la réaction se réalise en deux étapes. Dans une première étape, il y a réaction entre l'acide sulfu- rique, le dérivé aromatique, l'HF et le BF3 pour donner un fluorure de sulfonyle; ce dernier peut réagir sur une deuxième molécule de dérivé aromatique pour donner une diarylsulfone. Suivant les conditions de réaction et les réactifs de départ, on réalise la première étape, les deux étapes ou seulement une partie de la deuxième. Ainsi, dans le cas de composés pour lesquels p = 1 lorsque le rapport molaire acide sulfurique audit composé aromatique est infé- rieur ou égal à 0,5 la température comprise entre 80 et 120 C et la durée de réaction d'au moins cinq heures, on obtiendra majoritai- rement des diphénylsulfones. Dans le cas de composés pour lesquels p = 2 on obtiendra majo- ritairement des fluorures de sulfonyle. Parmi les molécules répondant à la formule (I), on peut mettre en oeuvre par exemple: le fluorobenzène, le chlorobenzène, le bromobenzène, l'iodobenzène, les difluorobenzènes, les dichloro- benzènes, les dibromobenzènes, les chlorofluorobenzènes, les chloro- bromobenzènes, les bromofluorobenzènes, le trifluorométhoxybenzène, le trichlorométhoxybenzène, le tribromométhoxybenzène, le bromodi- chlorométhoxybenzène, le bromodifluorométhoxybenzène, les chloro- trifluorométhoxybenzènes, les fluorotrifluorométhoxybenzènes, le trifluorométhylthiobenzène, le trichlorométhylthiobenzène, les chlo- rotrifluorométhylthiobenzènes, les fluorotrifluorométhylthio- benzènes, le pentafluoroéthoxybenzène, le pentachloroéthoxybenzène, les fluorotoluènes, les chlorotoluènes, les fluorométhoxybenzènes, les chlorométhoxybenzènes, les fluorométhylthiobenzènes, les chloro- phénols, les fluorophénols, les trifluorométhoxyphénols, les trifluorométhylthiophénols... Parmi les fluorures de sulfonyle répondant à la formule (II) on peut citer: le fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle, le fluorure de chloro-4 benzènesulfonyle, le fluorure de bromo-4 benzènesulfonyle, le fluorure de trifluorométhoxy-4 benzène sulfonyle, le fluorure de trifluorométhylthio-4 benzene sulfonyle, le fluorure d'a,a-difluoro e,e,B-trichloroéthoxy-4 benzène sul- fonyle, le fluorure de fluoro-2 méthyl-5 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-3 méthyl-6 benzènesulfonyle, le fluorure de dichloro-3,4 benzènesulfonyle, le fluorure de dichloro-2,4 benzène sulfonyle, le fluorure de difluoro-2,4 benzènesulfonyle, le fluo- rure de fluoro-2 trifluorométhoxy-4 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-4 trifluorométhoxy-2 benzènesulfonyle, le fluorure de f-luoro-4 hydroxy-2 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-4 méthoxy-2 benzènesulfonyle. Parmi les diarylsulfones répondant à la formule (III), on peut citer: la difluoro-4,4' diphénylsulfone, la dichloro-4,4' diphénylsulfone, la dibromo-4,4' diphénylsulfone, la bis-trifluoro- méthoxy-4,4'-diphénylsulfone, la bis-trifluorométhylthio-4,4' diphénylsulfone, la bis (a,a-difluoro e,B,8-trichloroéthoxy)-4,4' diphénylsulfone, les difluorodiméthyldiphénylsulfones, les difluoro dihydroxy diphénylsulfones, les difluoro diméthoxy diphénylsulfones, la tétrafluoro-2,2',4,4' diphénylsulfone, la tétrafluoro-3,3',4,4' diphénylsulfone. Les fluorures de sulfonyle ou les diarylsulfones obtenus par le procédé de l'invention sont utilisés comme intermédiaires de synthèse dans l'industrie pharmaceutique ou phytosanitaire (US 3970752 et J58067-604). L'invention va être maintenant plus complètement décrite à l'aide des exemples qui vont suivre. Exemple 1 Dans un réacteur inox maintenu aux environs de 10'C par un bain d'eau glacée, on introduit 100 g de HF anhydre, 32,4 g (0,2 m) de trifluorométhoxybenzène et 10 g (0,1 m) d'acide sulfurique concen- tré. On ferme le réacteur puis on introduit BF3 gazeux jusqu'à la pression de 10 bars à 20 C. On porte alors à 80 C puis on laisse réagir 5 heures sous agitation. En fin de réaction, on refroidit le réacteur aux environs de 10 C, on décomprime puis on coule le mélange réactionnel sur 200 g de glace pilée. On extrait alors par 3 fois 200 cm3 de CH2C12. La phase organique est lavée par 2 fois cm3 d'eau permutée, 1 fois 200 cm3 d'une solution de KOH à 5 % et 2 fois 200 cm3 d'eau permutée puis séchée et évaporée. On re- cueille ainsi 33,7 g (rendement c 87 %) de bis-trifluorométhoxy-4,4' diphénylsulfone. (Analyses infrarouge (IR), chromatographie phase gazeuse (CPG) et spectrométrie de masse F: 104,5 - 105 C (MeOH)). Exemple 2 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les com- posés et conditions suivantes: - Acide fluorhydrique: 100 g (5 m) Fluorobenzène: 19,2 g (0,2 m) - H2S04 concentré 10 g (0,1 m) - BF3: 7 bars à 20 C - Température: 80 C -'Durée: 4 H 15 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Fluorobenzène: 30 % - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle = 20 % - Difluoro-4,4' diphénylsulfone: 50 % Exemple 3 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique 40 g (2 m) - Chlorobenzène 22, 5 g (0,2 m) - HSO concentré 10 g (0,1 m) L4. - BF3 8 bars à 20 C Température 50 C - Durée 3 H 45 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Chlorobenzène - 50 % Fluorure de chloro-4 benzènesulfonyle = 20 % - Dichloro-4,4' diphénylsulfone = 30 % Exemple 4 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 100 g (5 m) - Bromobenzène: 31,4 g (0,2 m) - H2 SO4 concentré 20 g (0,2 m) -BF3: 10 bars à 20 C Température: 50 C - Durée: 4 H 40 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Bromobenzène: 88 % - Fluorure de bromo-4 benzènesulfonyle 10 % - Dibromo-4,4' diphénylsulfone 2 % Exemple 5 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 120 g (6 m) - Bromobenzène: 31,4 g (0,2 m) - H2SO4 concentré 10 g (0,1 m) - BF3: 6 bars - Température: 80C - Durée: 23 H 30 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Fluorure de bromo-4 benzènesulfonyle 25 % - Dibromo-4,4' diphénylsulfone 50 % Exemple 6 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 100 g (5 m) - Fluoro-4 toluène: 22 g (0,2 m) - H2SO4 concentré: 10 g (0,1 m) 2 4 - BF3: 8 bars (20 C) - Température: 34 C - Durée: 5 heures Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Fluoro-4 toluène = 60 % - Fluorures de fluoro-2 méthyl-5 benzènesulfonyle et de fluoro-3 méthyl-6 benzènesulfonyle = 35 % Difluorodiméthyldiphénylsulfones = 5 % Exemple 7 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 50 g (2,5 m) - mdichlorobenzène: 14,5 g (0,1 m) - H2SO4 concentré 5 g (0,05 m) - BF3: 6 bars à 20 C - Température: 120 C - Durée: 19 H 30 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - mdichlorobenzène: 75 % - Fluorure de dichloro-2,4 benzène sulfonyle 25 % Exemple 8 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 50 g (2,5 m) - odichlorobenzène: 14,5 g (0,1 m) - H2SO4 concentré: 7,5 g (0,075 m) - BF3:6 bars à 20 C - Température: 120 C - Duree: 17 H 30 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - odichlorobenzène: 80 % - Fluorures de dichloro-2,3 et dichloro -3,4 benzènesulfonyle 20 % Exemple 9 On procède d'une manière analogue à l'exemple] avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 100 g (5 m) - Fluorobenzène: 9,6 g (0,1 m) - H2S04 concentré:14,7 g (0,15 m) - BF3: 10 bars à 20 C Température: 50 C - Durée: 4 heures Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle 40 % - Difluoro-4,4' diphénylsulfone 50 % - Divers 10 % Exemple 10 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 60 g (3 m) - Fluorobenzène: 19,6 g (0,2 m) - H2S04 concentré: 9,8 g (0,1 m) - BF3: 10 bars à 20 C Température: 23 C - Durée: 19 heures Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle 27 % - Difluoro-4,4' diphénylsulfone 66 % - Divers 7 % Exemple 11l On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les 1G composés et conditions suivants: - Acide fluorhydrique: 100 g (5 m) - Fluorobenzène: 15,6 g (G,2 m) - H2SO4 concentré 9,8 g (:,1 m) - BF3: i3i bars à 20 C Température: 80C - Durée: 1 heure Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante: - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle 48 % - Difluoro-4,4' diphénylsulfone: 48 % - Divers: 4 % Il REVENDICATIONS 1. Procédé de sulfonylation de dérivés aromatiques desactivés caractérisé par le fait qu'on fait réagir ledit dérivé aromatique avec de l'acide sulfurique dans de l'acide fluorhydrique liquide sous une pression absolue de trifluorure de bore d'au moins un bar. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le dérivé aromatique répond à la formule générale: (R) - Ar -[A Cn X1 (X2)n (X3)n]p dans laquelle: Ar représente un radical aromatique mono ou polycyclique A représente une liaison covalente, un atome d'oxygène ou de soufre XY, X2 et X3 représentent chacun un atome d'halogène identique ou différent n est compris entre O et 2 et quand A est une liaison covalente, n est égal à O p est égal à 1 ou 2 R est choisi parmi l'hydrogène, un groupe halogéno, alkyl de C1 à C6, alkoxy, alkylthio, hydroxyle, m est égal à 1 ou 2. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que R est l'hydrogène. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que Ar est un radical aromatique monocyclique. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caracté- risé par le fait que A est une liaison covalente et n est égal à O. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes caractérisé par le fait que le dérivé aromatique est le fluorobenzène. 7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport molaire acide fluorhydrique au dérivé aromatique est compris entre 5 et 50. 8. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport molaire de l'acide sulfurique au dérivé aromatique est compris entre 0,4 et 1,5. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications caracté- risé par le fait que l'acide fluorhydrique mis en oeuvre est de l'acide fluorhydrique anhydre. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'on utilise une quantité de trifluorure de bore telle que la pression absolue de BF3 dans l'enceinte réactionnelle soit comprise entre 6 et 20 bars. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la réaction est réalisée à une température comprise entre 20 et 120 C.