Brevet FR2565969A1 — publié le 19851220

La présente invention concerne un procédé pour fabri- quer l'o-nitrobenzaldéhyde et le p-nitrobenzaldéhyde à partir de l'o-chloro-benzaldéhyde ou de l'o-bromo-benzal- déhyde et, respectivement à partir du p-chlorobenzaldéhyde ou du p-bromobenzaldéhyde. On utilise actuellement ces composés comme intermé- diaires pour fabriquer notamment des médicaments et on les obtient eux-mêmes selon des méthodes relativement com- pliquées, ce qui entraîne un prix élevé par kilogramme de produit. La préparation du m-nitrobenzaldéhyde pose, elle, moins de problèmes puisqu'on peut obtenir ce composé par simple nitration du benzaldéhyde. On connaît déjà un grand nombre de façons plus ou moins compliquées d'effectuer la synthèse de l'o-nitro- benzaldéhyde. Le procédé qui est probablement le plus large- ment connu implique une oxydation de l'o-nitrotoluène par de l'acide chromique dans de l'anhydride de l'acide acéti- que. En ce qui concerne la réaction elle-même, ce procédé ne soulève pas de problèmes majeurs, et les divers corps que l'on fait réagir peuvent être acquis sur le marché à un prix raisonnable. Par contre, le procédé soulève de graves problèmes de déchets du fait des sels de chrome formés comme produits résiduels dans la réaction, de sorte que le procédé a été de nos jours plus ou moins complètement abandonné. On sait en outre que l'on peut produire l'o-nitro- benzaldéhyde de différentes façons à partir du chlorure d'o-nitrobenzoyle ou du bromure d'o-nitrobenzoyle mais que ces deux matières de départ sont en elles-mêmes si diffi- ciles à obtenir que cette méthode de synthèse n'est pas devenue particulièrement courante. Un autre procédé pour effectuer la synthèse de l'o- nitrobenzaldéhyde et qui, en raison de son faible rendement, s'est avéré totalement inintéressant à l'échelle indus- trielle, consiste à effectuer une nitration de la chaîne latérale de l'onitrotoluène avec oxydation subséquente, par du permanganate de potassium, du produit intermédiaire obtenu dans la réaction initiale. On peut aussi fabriquer l'o-nitrobenzaldéhyde à partir du bromure d'o-nitrobenzoyle, par une réaction de Krôhnke modifiée. Cependant, ce procédé présente peu d'attrait technique> car il exige des additifs à la fois onéreux et cancérigènes. On a également proposé, pour fabriquer l'o-nitro- benzaldéhyde, un procédé comportant la transformation de l'o-nitrotoluàne, à l'aide d'un diester convenable de l'acide oxalique contenant un groupe alkyle inférieur ou aryle, puis transformation du sel alcalin ainsi obtenu de l'acide o-nitrophényl pyruvique en chlorure d'o-nitro- benzylidène par addition d'un hypochlorite alcalin, et enfin hydrolyse du chlorure d'o-nitrobenzylidène ainsi obtenu, ce qui donne l'onitrobenzaldéhyde. Ce procédé est cependant relativement compliqué et donc moins intéres- sant. On connaît aussi un petit nombre d'autres procédés pour la fabrication de l'o-nitrobenzaldéhyde, mais tous donnent des rendements si faibles qu'ils sont totalement inintéressants pour la production industrielle des composés en cause. L'état de la technique comprend aussi, cependant, une autre proposition pour fabriquer le p-nitrobenzaldéhyde par oxydation du p-nitrotoluène par de l'ozone dans une solution d'acide acétique et d'anhydride de l'acide acétique, en présence d'un catalyseur à base de bromure de métal. Normalement, l'oxydation du p-nitrotoluène doit donner l'acide p-nitrobenzoique en passant par le p-nitrobenzal- déhyde mais, du fait de l'addition de l'anhydride d'acide acétique, il est affirmé que l'oxydation peut être arrêtée au stade de l'aldéhyde. On ne sait cependant pas si ce procédé peut servir à une production industrielle du p- nitrobenzaldéhyde ou s'il n'a qu'un intérêt surtout théori- que. Comme précédemment indiqué, la présente invention concerne un procédé pour fabriquer l'o- et le p-nitrobenzal- déhyde à partir de l'o-chloro- benzaldéhyde ou de l'o- bromo-benzaldéhyde et, respectivement, à partir du p-chloro- benzaldéhyde ou du p-bromo-benzaldéhyde. Selon l'invention, on remplace le substituant chloro ou bromo de la substance de départ par un groupe nitro en utilisant un nitrite, par une réaction de substitution nucléophile directe effectuée sur le composé aromatique dans un solvant organique, de préférence en présence d'un catalyseur. Donc, les réactions vont se produire selon le schéma général suivant: a CHO CHO CHU IaNO2H A02.. X_ X solvant NO2 CHO CHO CHO d s o 1 Ed + X solvent ^) NkN dans lequel X représente C1 ou Br. 2 On connait une substitution nucléophile effectuée à l'aide d'ions nitrites sur des hydrocarbures aliphatiques halogénés et dans le cas d'une réaction avec des sels d'iodonium pour la production de composés nitro-aromatiques. Par contre, la Demanderesse n'a pas pu établir l'existence d'une connaissance, dans l'art antérieur, de la possibilité d'effectuer des substitutions nucléophiles directes pour remplacer des substituants chloro ou bromo fixés sur un dérivé benzénique du genre concerné par la présente inven- tion. Il a aussi été trouvé que le résultat de la réaction selon l'invention dépend très nettement du solvant organique que l'on utilise. Ainsi, le diméthylformamide donne un résultat nettement meilleur que celui obtenu avec d'autres solvants essayés comme la N-méthylpyrrolidone, du nitro- benzène, du polyéthylène glycol, le diméthylsulfoxyde, le sulfolane et le chlorobenzène. La substitution nucléophile de remplacement du :uLn;tittJ3rL trdloro ou bronimo pur un groupe nitro s'est averse aussi dépendre de la façon dont l'ion nitrite est fourni. Ainsi, le nitrite de sodium dans du diméthylformamide donne une réaction nettement plus rapide que le nitrite de potassium quand on le fait réagir avec du chloro- ou bromo- benzaldéhyde. Un autre détail important concernant l'invention est que la réaction de substitution en cause est catalysée par la présence d'un sel halogéné de cuivre tel que CuI, CuBr2, CuBr, CuCl2 ou CuCl, et est aussi catalysée par CuSO4. Les sels halogénés de cuivre précités ne jouent pas, cependant, seulement un rôle de catalyseur. Les halo- gènes du sel respectif de cuivre vont en fait aussi réagir en partie avec l'halogénobenzaldéhyde. La Demanderesse a trouvé que, dans le cas de la réaction avec l'o-bromo- benzaldéhyde en présence de CuCl ou de GuCl2, il se forme aussi de l'ochlorobenzaldéhyde, et l'on suppose que ces réactions se produisent selon le schéma ci-après: CHO NaNO, Cucl CH CHO OX r DMF C NO Ci Il se forme aussi, en de faibles quantités, d'autres sous-produits non identifiés. On obtient une réaction correspondante en présence de bromure de cuivre ou d'iodure de cuivre. Pendant la phase initiale de la réaction, on peut habituellement noter aussi un certain dégagement de gaz nitreux ou azotés. Cela indique -qu'une faible partie de la matière de départ, et peut-être aussi du produit obtenu, subit une oxydation. Mais les pertes qui se pro- duisent ainsi ne sont pas supérieures à ce qui peut être accepté sans difficultés. La Demanderesse a également cons- taté qu'il est difficile de poursuivre la mise en oeuvre du procédé jusqu'à consommation totale de la matière de départ sans que le benzaldéhyde produit et souhaité ne se décompose en même temps. Des tentatives visant à effectuer la réaction dans un autoclave à 200 C ont montré que le rendement n'est pas amélioré à une température élevée. La réaction se produit alors plus rapidement, mais le produit de la - tion commence à se dégrader par oxydation avec liU-. i,, simultanée de gaz nitreux avant achèvement de la réaction voulue de substitution. On peut donc dire que, dans des formes préférées de réalisation de l'invention, on remplace le chlore ou le brome, fixé comme substituant dans de l'o-chloro-benzal- déhyde ou de l'o-bromo-benzaldéhyde ou dans du p-chloro- benzaldéhyde ou du p-bromo-benzaldéhyde par un groupe nitro, par une réaction de substitution nucléophile effectuée sur le composé aromatique dans un solvant organique, à l'aide d'un nitrite. L'ion nitro, provenant du nitrite, peut être notamment fourni sous forme de nitrite de sodium et, plus spécialement, de nitrite de sodium en dissolution dans du diméthylformamide (DMF). Il vaut mieux effectuer la réaction en présence d'un sel halogéné de cuivre ou bien de sulfate de cuivre comme catalyseur. Voici maintenant quelques exemples, fournis à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention. Exemples On effectue toutes les expériences de la même façon. On introduit environ 7 mmoles de la substance de départ (par exemple 1,0 g d'o-chloro-benzaldéhyde et 1,3 g d'o- bromo-benzaldéhyde, respectivement) dans un ballon équipé d'un agitateur magnétique et d'un réfrigérant. Puis l'on ajoute 16 mmole (soit 1,1 g) de NaNO2 et 9,0 ml de dimé- thylformamide (DMF) comme solvant, ainsi que 50 mg de 3n CuSO4. 5H 2O ou bien, selon ce qui est indiqué sur le tableau suivant, 38 mg de CuI. On effectue ensuite la réaction au reflux, tout en agitant, durant 5 heures. Après achèvement de la réaction, on isole par distillation l'o- et le p-nitrobenzaldéhyde ainsi produits, et on les identifie, notamment par chroma- tographie en phase gazeuse et/ou spectroscopie de masse. Tableau Aldéhyde % de matière de départ de départ Catalyseur Rendement, % non consommée OCB 5 78 OCB CUS04. 5H20 il 77 OCB CuI 12 74 PCB CuSO4. 5H20 17 76 OBB CUS04 5H20 25 48 PBB CuS04. 5H20 5 57 OBB CuI 4 26 46 Voici le sens des abréviations utilisées dans le tableau ci-dessus: OCB = o-chlorobenzaldéhyde OBB = obromobenzaldéhyde PCB = p-chlorobenzaldéhyde PBB = p-bromobenzaldéhyde ONB = o-nitrobenzaldéhyde PNB = p-nitrobenzaldéhyde Ainsi, quand on effectue un calcul fondé sur la consommation de la matière de départ, on constate des rende- ments d'environ 50 %. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer l'o- nitrobenzaldéhyde et le pnitrobenzaldéhyde à partir de l'o-chlorobenzaldéhyde ou de l'o-bromobenzaldéhyde ou bien à partir du p-chloro- benzaldéhyde ou du p-bramobenzaldéhyde, respectivement, procédé caractérisé en ce qu'on remplace le substituant chloro ou brama de la substance de départ par un groupe nitro introduit, à l'aide d'un nitrite, par une réaction de substitution nucléophile effectuée sur le composé aroma- tique dans un solvant organique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe nitro est fourni sous forme d'un ion nitrite introduit sous forme de nitrite de sodium. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue la réaction en utilisant le nitrite de sodium dissous dans du diméthylformamide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue la réaction en présence d'un sel halogéné de cuivre comme catalyseur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue la réaction en présence de sulfate de cuivre comme catalyseur.