Brevet FR2582320A1 — publié le 19861128

L'invention concerne un procédé de trifluoro(ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro)méthylation de substrats électrophiles non élec- troactifs. En particulier, l'invention a pour objet la préparation de dérivés organiques trifluoro (ou chlorodifluoro ou dichlorofluo- ro) méthylés, utiles notamment comme intermédiaires de synthèse. On connaît déjà plusieurs procédés pour introduire un groupe trifluorométhyle, mais ces procédés font en général appel à des produits difficiles d'accès et/ou doivent être réalisés en présence de catalyseurs et/ou de réducteurs chimiques. Ainsi, par exemple, la réaction de trifluorométhylation peut être effectuée par voie radi- calaire à partir de CF3I en initiant la réaction par éléivation de la température ou par irradiation par les rayons U.V. (J.. Chem. Soc. 1953, p. 1199; brevets US 3 016 406 et 3 016 407); cependant, cette méthode n'a pas encore été industrialisée car l'accès à l'io- dure de trifluorométhyle à partir du fluorure de trifluoroacétyle suivant le schéma: A/z2 CF3COOF > CF COO (0 Ag - CF3I 3 3 3 est difficile et onéreux. Ont également été proposés comme agents de trifluorométhylation des composés complexes tels que C6H5SO 2-N-N=O 6 5 2 1 CF3 (UMEMOTO et al., Toyo Soda Kenkyu Hokoku 1983, 27(2), 69-73 et CA 100: 67911 z) ou CH3Si-N=N-CF3 (HARTKOPF et al., Angew. Chem. 1982, 94(6), 444 ou CA 97: 127170 p). La trifluorométhylation d'oléfines a par ailleurs été effectuée par oxydation électrochimique de l'anion trifluoroacétate selon un mécanisme radicalaire, comme décrit par BROOKES et al. (J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1974, 323) et RENAUD et al. (Can. J. Chem. 53, 1975, 529). La réaction de trifluorométhylation peut également être effectuée à partir de CF3I ou de CF3Br en présence de réducteurs et/ou d'activateurs. Ainsi, ISHIKAWA (Chemistry Letters 1984, 517- 520) utilise des réducteurs à base de zinc et des catalyseurs à base de sels de nickel ou de palladium complexés avec des phosphines; l'emploi de zinc, générateur d'effluents pollués, rend cette technique peu attractive industriellement. Il a maintenant été trouvé que les composés de formule: F2-x Cl - C - Br (I) F dans laquelle x est égal à 0,1 ou 2, peuvent être réduits directe- ment par voie électrochimique et qu'on obtient ainsi de façon simple (sans réducteur chimique comme le zinc) et à partir de composés facilement accessibles, une source commode d'anions ClxF3_xCO conduisant à des réactions d'addition nucléophile en présence de substrats électrophiles non électroactifs. La présente invention a donc pour objet un procédé de prépara- tion de dérivés organiques trifluoro (ou chlorodifluoro ou dichloro- fluoro)méthylés, caractérisé en ce que l'on réduit par voie électro- chimique un composé de formule (I) en présence d'un substrat élec- trophile non électroactif et d'un électrolyte support dans un solvant aprotique. Par substrat électrophile non électroactif, on entend ici tout composé organique attracteur d'électrons qui dans les conditions opératoires présente un potentiel de réduction plus négatif que le potentiel auquel est effectuée l'opération. Comme exemples de tels susbstrats, on peut mentionner plus particulièrement le dioxyde de carbone, des aldéhydes tels que le formaldehyde et l'acétaldéhyde, des cétones telles que l'acétone et la benzophénone, et des oléfines activées (c'est-a-dire comportant au moins un groupe électroattrac- teur) telles que l'alcool allylique et l'acrylate de méthyle. Pourvu qu'il ait un potentiel de réduction plus négatif que celui auquel est effectuée l'opération et qu'il soit suffisamment soluble dans le milieu, l'électrolyte support dont le rôle est d'assurer le passage du courant peut être choisi parmi tous les sels minéraux ou organiques connus à cet effet (cf. par exemple, Organic Electrochemistry par M.M. BAIZER, 1973, p. 227-230) et, plus spécia- lement, parmi les bromures, chlorures, perchlorates ou arylsulfona- tes de métaux alcalins (de préférence lithium) ou de tétraalkylam- monium (radicaux alkyle en C1 à C4). La quantité d'électrolyte support dans le solvant aprotique peut aller de 0,01 mole/litre jusqu'à la saturation; de préférence, on utilise l'électrolyte support à une concentration de 0,1 à 1 mole par litre de solvant aprotique. Conformément à la présente invention, la réaction peut être réalisée dans tout solvant aprotique ou mélange de tels solvants pourvu que sa limite cathodique soit inférieure au potentiel de réduction du composé (I). On préfère cependant le choisir parmi les amides comme le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétamide (DMA), la N-méthylpyrrolidone (NMP) ou l'hexaméthylphosphorotriamide (HMPT), les sulfoxydes comme le diméthylsulfoxyde (DMSO), les nitri- les comme l'acétonitrile (ACN) et les éthers comme le tétrahydrofu- ranne (THF). Comme autres exemples de solvants aprotiques, on peut citer la pyridine, le nitrométhane, le nitrobenzène, le carbonate de propylène, le diméthoxy-l,2 éthane, le chlorure de méthylène, le tétrahydrothiophènedioxyde. Dans le procédé selon l'invention, la cathode qui constitue l'électrode de travail peut être une électrode en carbone, graphite, platine, nickel, or, plomb ou mercure. L'anode peut être identique à l'électrode de travail, mais peut aussi être constituée de tout matériau usuel pour électrode dans la mesure ou il est inerte dans les conditions réactionnelles. La réduction électrochimique selon la présente invention peut être effectuée dans les différents types de cellules habituels. Bien qu'on puisse opérer dans une cellule à un seul compartiment, on préfère conduire l'opération dans une cellule à deux compartiments pour éviter la libre circulation entre la cathode et l'anode; le séparateur est en général réalisé en une matière inerte, par exemple en porcelaine, verre fritté ou membrane échangeuse d'ions. L'opération peut être conduite selon un contrôle potentiostati- que ou intensiostatique et est de préférence réalisée au potentiel de réduction du composé de formule (I) dans les conditions opératoi- res, ce potentiel pouvant être déterminé de façon connue en soi par polarographie ou par voltamétrie cyclique. Le domaine de températures auxquelles peut être effectuée la réduction électrochimique selon l'invention peut varier dans de larges limites selon la nature des substrats et solvants mis en oeuvre. En général, on opère à une température pouvant aller de -15 C jusqu'au point d'ébullition du solvant aprotique ou même à une température plus élevée en opérant sous pression (de O à 50 bars). Cependant, on préfère opérer à une température comprise entre O et 800C. Le rapport molaire: substrat électrophile/composi de formule (I) peut varier entre 1 et 20 et est avantageusement compris entre 3 et 10. On opère de préférence à saturation du milieu réactionnel en composé de formule (I), cette saturation pouvant éventuellement être maintenue en cours d'opération par addition continue ou discontinue de compose (I). L'isolement du produit formé peut être réalisé par toute métho- de conventionnelle, en particulier par extraction liquide-liquide et/ou par distillation, etc... Les exemples suivants qui illustrent l'invention sans la limi- ter, ont été réalisés en utilisant comme cellule d'électrolyse à compartiments séparés un réacteur en verre de 1 litre, muni d'un dispositif de reflux, d'un système d'agitation énergique, d'une double enveloppe et des tubulures nécessaires à l'introduction des réactifs. Sauf indication contraire, on a travaillé avec une cathode en graphite (plaque rectangulaire de 30 cm2) et une anode en platine (disque de 10 cm2), en utilisant comme séparateur une membrane per- fluorée NAFION commercialisée par la Société DU PONT DE NEMOURS et en contrôlant le potentiel d'électrolyse avec une électrode de réfé- rence au calomel saturé (ECS). EXEMPLE 1 Dans le compartiment anodique de la cellule, on introduit comme anolyte 40 ml d'une solution à 0,1 mole/litre de LiClO4 dans le DMF. D'autre part, dans le compartiment cathodique, on introduit comme S catholyte 550 ml d'une solution contenant 0,055 mole de LiClO4 et 0,55 mole d'acétaldéhyde dans le DMF. On ferme le réacteur, met en route l'agitation et porte à 3 C par circulation d'un mélange eau- glycol (rapport pondéral 2/1) dans la double enveloppe du réacteur, puis on sature le catholyte en bromo-trifluorométhane. On met sous tension et maintient pendant 5 heures sous une densité de courant cathodique de 1 A/dm2, tout en introduisant 2,2 Nl/h de CF3Br par barbotage dans le catholyte. Le potentiel d'élec- trolyse est de -2,00 volts/ECS. L'électrolyse terminée, on hydrolyse la solution réactionnelle en milieu acide (HC1, pH 1), neutralise avec de l'hydroxyde de sodium et ajoute du chlorure de sodium jusqu'à saturation. On extrait ensuite à l'éther éthylique et séche sur sulfate de sodium. Aprés évaporation de l'éther et distillation, on obtient le trifluo- ro-l,l,1 propanol-2 (PEb. 78 C) dont la structure a été identifiée par RMN et par spectrographie de masse couplée à la chromatographie en phase gazeuse. Le rendement en courant, c'est-à-dire le rapport: masse de produit identifié par analyse/masse théorique, est de 35 Z. EXEMPLE 2 On utilise comme substrat électrophile le dioxyde de carbone et opère dans les conditions suivantes: 25. Potentiel d'électrolyse: -1,9 volts/ECS À Densité de courant: 0,1 A/dm2 À Température: 20 C Durée: 6 heures À Anolyte: 40 ml d'une solution à 0,15 mole/1 de LiCl dans le DMF. Catholyte: 550 ml d'une solution à 0,15 mole/1 de LiCl dans le DMF. Avant le démarrage de l'électrolyse, cette solu- tion est saturée en CF3Br et en CO2; on ajoute ensuite au cours de l'opération 2,2 Nl/h de CF3Br et 2,2 Nl/h de CO2 (rapport molaire = 1). epXqaplemaolvjud ap amio; snoS (q) amnloA ua o0/o0 a2uelTR (e) i i i i i i i i i; ZOZ i Os i O i HdiNDJVi ZOD i 6 i i X OT i HO HDCDi 09 i OUDTF i &Ra I (q) OHDH i 8 i i i i i i ( N) i i i i. ú i. i.i]'/&i. i L i i Z Zúi, i 9 i i Z OZ i " i,i, i OSHU i " i s i i Z i Z i.Z i ., i ai i " i i i % SZ iCaD(HO)HDúHD i OZiavaLZ i MI4 OD i i i i i i i i i I i ijuainov; i i jioddns i i i i iuzuem i lInaOfua i l(Do) it ijuvAlos Iaeasqns i xai i epuae; i'dma&j-oî alaeI i i i *jN{ lvd saT;TzuapT a,, snoi zuo slTnpoid sel S *1 aldmexael,nb seam seI zuos seaToleaedo suopTipuoz sealn sal (zmDo) aupi-ld ap aeTilnnuezaz anbeld aun apoqqvv ammov gs$ITin B uo yenbae anod g a9dmexel ap Ia neelqs3 np euuoloo amaTnbuTD ul susp aenbTpuT an;lvadmaez l ep uoTdaDxaTl y mnTuommuelinqeuaig ap aenmoiq eT auSTsap lVgiuoizu-iaqe,8sBlzsqnsealnup no/ze 0I sazoloTzp s lp lauATo seaznenp '3ausosI aldmaxaTl ammoz Iueuado ue saeslleua suoTzivido Ides emnsga uATfns nvalqui au 6 e E Sa'IdNZXS *6 np NN ed eaX9 TluapT a1a e ain3onazs eT 3uop enbT3zuooonlTTZi ep6zT 'X ZS ap puilnoD ue quamapuai un zeAu 'TsuTu zuaTlqo uo g anbliaqdsomzv uolssazd e DoS'ço0 e asssd enbTpzvO -oionlT;ZT apTzo-nua adoizoazul uoTluliT1sTp s esTmnos sTnd 'apTzu naTI$u ua aesXloaptq aeTnsua Ise aeleUUOTzea uoTinlos el REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de dérivés organique trifluoro (ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro) méthylés, caractérisé en ce que l'on réduit par voie électrochimique un composé de formule: F2-x Cx C - Br (I) x ? F dans laquelle x est égal à O, 1 ou 2, en présence d'un substrat électro- phile, non électroactif au potentiel de réduction du composé (I), et d'un électrolyte support dans un solvant aprotique. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composé de for- mule (I) est le bromotrifluorométhane. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le substrat électrophile non électroactif est le dioxyde de carbone, un aldéhyde, une cétone ou une oléfine activée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'électrolyte support est un sel de lithium ou de tétralkylammonium. , Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le solvant aprotique est choisi parmi les amides, les sulfoxydes, les nitriles, les éthers et leurs mélanges. 6. Procédé selon l'une des revendications I à 5, dans lequel la cathode est en carbone, graphite, platine, nickel, or, plomb ou mercu- re. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la cathode et l'anode sont séparées par une membrane échangeuse d'ions, de la porcelaine ou du verre fritté. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on opère à une température de 0 à 80 C. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la quantité d'électrolyte support dans le solvant aprotique va de 0,01 mole /litre jusqu'à la saturation et est de préférence comprise entre 0,1 à 1 mole/litre. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le rapport molaire: substrat électrophile/composé de formule (I) est compris entre 1 et 20, de préférence entre 3 et 10. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le milieu réactionnel est saturé en composé de formule (I).