Brevet FR2574079A1 — publié le 19860606

*1 L'invention concerne un procédé pour produire si- multanément des esters triméthylsilyliques d'acides carboxy- liques de formule ii-COSi(CH3)3 (1) et des trimnéthylsilylami- des d'acides carboxyliquos de formule iCGNHSi(CH3)3 (IV) ou des N,N- ou N, O-bis-triméthylsilylcarboxamides de formule (II) ou (III): O-S (CH 3)3 J--N [Si(CtH3),L2II) ou 1) (III) R-C=N-Si(CH3)3 les isomères de type N,0, de formule (III) étant préférés. R représente avantageusement CH3, C2H5, C3H7, CH(CH3)2, CH2=CH, CH2=CCH3, CH2F, CHF2 ou CF3, mais R peut provenir en général d'anhydrides d'acides carboxyliques de formule (RC0)20 (V) pouvant réagir avec l'hexaméthyldisilazane'. D'après l'état de la technique, on a déjà essayé d'effectuer l'acylation, à l'aide du cétène, de l'hexaméthyl- disilazane pour obtenir des substances de formule (I), dans laquelle R représente CH3 (Chem. Abstr. 57, 11224c), mais la réaction est difficile à mattriser. Il se forme des sous-pro- duits désirables, qui diminuent le rendement et empêchent l'obtention d'un produit pur et stable. Avec des chlorures d'acides carboxyliques, éven- tuellement en présence d'un accepteur d'acide, l'acylation se déroule avec un rendement qui n'est pas satisfaisant en formant plusieurs sous-produits, notamment avec une décompo- sition donnant des nitriles. La production des triméthylsilylamides d'acides carboxyliques RCONHSi(CH3)3 (IV) a été réalisée jusqu'à pré- sent à partir des amides RCONF2 à l'aide de l'hexa- méthyldisilazane (G. Schirawski et U. Wannagat, Monatshefte Chem. 1969, 100 (6), 1901-1909). L'inconvénient particulier réside alors en la présence d'un sous-produit ayant une struc- ture de triazine. Par ailleurs, il y a, de façon indésira- ble, libération d'ammoniac inutilisable. 9476 FR Lesprocédé4usueb pour produire des amides d'acides carboxyliques persilylés, répondant aux formules (II) ou (III) à partir d'amides d'acides carboxyliques avec du tri- métlhylchlorosilane et une amine tertiaire comme accepteur d'acide (L. Birkhofer et A. Ritter, Angew. Chem. 75, 93-94, 1963) laissentse former de très grosses quantités de sel de deux équivalents d'amines tertiaires x 1iC1. L'artifice d'une forte dilution exige de grandes quantités de solvants à trai- ter ensuite, limite la capacité et entraîne un ralentissement de la réaction. Avec une réaction incomplète, on obtient des proqduits impurs et qui ne sont pas stables au stockage. C'est pourquoi apparaît le problème consistant à trouver des procédés simples et améliorés pour produire aussi bien des esters triméthylsilyliques d'acides carboxyli- ques que, également, des amides d'acides carboxyliques sily- lés. L'invention a pour objet un procédé pour produire simultanément d' esters triméthylsilyliques d'acides car- boxyliques et d'acides carboxyliques triméthylsuilylés dans lequel l'on fait réagir un anhydride d'acide carboxylique à une tempéra- ture de 40 à 130 C, avantageusement de 50 à 90 C, avec l'hexaméthyl- disilazane pour obtenir des esters triméthylsilyliques dtaci- ilylés et des carboxyliques et des amides d'acides carboxyliques monotrimethyis/ éventuellement après une autre réaction avec 1 mole de tri- méthylchlorosilane par mole de mono-triméthylsilyl amide à une tempé- rature de 40 à 80 c en présence d'1 mole d'amine tertiaire, on sépare du mélange des produits l'amine tertiaire x HCl sous forme de substance solide et l'on isole, par un trai- tement de purification, les dérivés silylés. La production se déroule selon les équations de réaction: (0115) 5SiNHSi(CH5)5 + (R O)20->RCOOSi(CH)5+RCONHSi(CH) (1) ainsi que, éventuellement: RCONHSi(CH3)5+ (CH3)3SiCl + RNR CON[Si(CH3)2+R3N HC étonnament L es deux réactions se déroulent etormament de façon / complète, pratiquemunt sans formation de sous- produits. Selon l'invention, il se produit tout d'abord une réaction de l'hexaméthylsilazane avec l'anhydride d'acide carboxylique en cause avec coupure du disilazane selon l'équation (1), ce qui, lorsqu'on utilise le rapport molaire 1:1 ou en cas d'excès de l'hexaméthyldisilazane, fournit l'ester triméthylsilylique d'acide carboxylique (I) et M omoosilylé l'amide d'acide carloxyl:que / comme seuls produits isolables. On peut soumettre le mélange des produits de (I) et (IV) à un traitement de purification, par exemple par distillation, et ce mélange fournit les deux produits (I) et (IV) sous for- me pure et marchande. carboxylique Pour produire les bis-triméthylsilyl-] amides-'Ecide/ on peut faire réagir ensuite le mélange des produits obtenus selon l'équation (I) avec 1 mole de triméthylchlorosilane et addition d'1 mole d'amine tertiaire comme accepteur d'acide, selon l'équation (II). Après séparation, sous forme de soli- de, du chlorhydrate d'amine tertiaire, on obtient par dis- tillation, sous forme pure, successivement les produits (I) et (II) ou (III). Les esters triméthylsilyliques d'acide carboxylique (I) ne sont pas attaqués lors de la réaction selon l'équation (2) avec le triméthylchlorosilane et on les obtient non modifiés. De façon correspondante, on peut aussi faire--réa- gir avec le triméthylchlorosilane et l'amine tertiaire, se- lon l'équation (2), l'amide d'acide carboxylique monosilylé (IV) obtenu par traitement de purification d'après l'équa- tion (1); on peut en outre acheminer vers un mélange réac- tionnel selon l'équation (1) un supplément de mono-triméthyl- silyl amided'acide carboxylique,de préférence de même nature, et l'on effectue alors la réaction selon l'équation (2) avec des quantités molaires de triméthylchlorosilane et d'amine ter- tiaire correspondant aux quantités alors présentes du mono- triméthylsilyl3micae (Tv) Lors du traitement de purification par distilla- tion, on obtient l'ester (I), les amides persilylés (II) ou (III) purs ou sous forme du mélange des deux formes ainsi que, quand on le souhaite, l'amide monosilylé (IV), sous forme très pure et séparément les uns des autres. Le procédé permet pour la première fois d'obtenir simplement et avec un rendement très élevé les esters tri- méthylsilyliques d'acide carboxylique (I), qu'il était jus- qu'à présent difficile d'obtenir et que l'on ne produisait qu'avec un faible rendement. Le procédé ne nécessite pas de solvant et il a lieu par rapport aux procédés connus, avec une plus grande concentration de produits et avec un déroulement com- plet et rapide de la réaction. Il est particulièrement avantageux que, lors de la réalisation-des réactions selon les équations (1) et (2) suc- cessivement, on n'obtienne, par rapport aux procédés usuels, que la moitié du chlorhydrate d'amine tertiaire sous forme de sel solides, que l'on doit séparer et traiter à nouveau pour le purifier. Lors de la conduite de la réaction selon l'équation (1) seule, on n'obtient pas de substance solide à traiter pour la purifier. Le déroulement de la réaction selon l'équation (1) et sa possibilité de réalisation simple, complète et facile n'est pas suggéré par l'état de la technique concernant la réaction avec le cétène ou avec des chlorures d'acides. On devait plutôt s'attendre à un déroulement de réaction com- plexe avec formation de fortes quantités de sous-produits, comme des nitriles gênants, et d'hexaméthyldisiloxane. Les rapports molaires des corps participant à la réaction doivent en général correspondre exactement aux don- nées figurant dans les équations (1) et (2). L'excès d'un corps participant à la réaction est possible, mais il provo- que la présence d'impuretés ou de restes à séparer. Un excès de l'hexaméthyldisilazane par rapport au rapport molaire de 1:1 selon l'équation (1) est possible jusqu'à 8 moles et il est recommandé, par exemple quand il est souhaitable d'u- tiliser un diluant. La conduite du procédé a lieu de façon simple par placement préalable de 1 'hexaméthyldisilazane, éventuellement en excèes, à une températiure;-ee introduction dosée d'un équi- valent au maximum d'anhydride d'acide carboxylique, sous agi- tation. La réaction se déroule avec un dégagement de chaleur relativement faible. On ne doit pas dépasser une température de.130 C. Il faut éventuellement refroidir. Après achèvement de la réaction, on peut purifier par distillation fractionnée et/ou cristallisation et sépa- ration de solides, de façon connue en soi, pour obtenir les esters triméthylsilyliques d'acides carboxyliques (I) et les monotriméthylsilylamides d'acides carboxyliques (IV). Les deux produits s'obtiennent avec des rendements très élevés et ne contiennent pas de sous-produits résultant de ce mode opératoire. Il est possible de séparer les esters (I) tout simplement par distillation et de faire réagir selon l'équa- tion (2) le résidu de la distillation ou bien le composé (IV) isolé. Selon l'invention, la poursuite de la silylation selon l'équation (2) peut se produire, sans traitement de purification, par addition d'un équivalent de triméthylchlo- rosilane par équivalent de mono-triméthylsilylamide (IV). Après installation de la température de réaction de 40 à 80 C, on introduit un équivalent d'amine tertiaire sans excéder la température maximale de 80 C, et l'on effectue ainsi la réaction. Après la réaction, on sépare à l'aide d'une ins- tallation de filtration, par exemple une centrifugeuse, le chlorhydrate d'amine tertiaire présent sous forme solide, on achemine le mélange des produits de silylation vers une co- lonne de distillation sous vide et l'on effectue une distil- 2574O79 lation fractionnée. On lave le gâteau de filtre, avantageusement avec l'ester triméthylsilylique d'acide carboxylique en cause, et l'on transfère dans un appareil pour agitation de solides, par exemple une chaudière avec dispositif d'agitation en forme d'ancre, un sécheur à P!.tte, équipé d'un dispositif de distillation sous vide, on sèche par distillation sous vide léger et l'on sature d'ammoniac. De préférence, on tra- vailIe en l'absence d'eau. On chasse par distillation et l'on utilise à nouveau l'amine tertiaire libérée. Simultanément, on.sèche entre 40 et 809C le chlorure d'ammonium qui ne se sublime pas notablement alors. Comme appareillage pour la conduite du procédé de l'invention, on peut utiliser par exemple un réacteur compor- tant un dispositif d'agitation, un réfrigérant de reflux et un récipient d'introduction dosée, qui est équipé de manière à exclure l'humidité et à régler la température. Les produits de la réaction peuvent être séparés en leurs constituants dans une installation de distillation équipée pour une distillation sous vide. On peut aussi pré- cipiter, par cristallisation à basse température, les mono- silylamides (IV) et les isoler par filtration ou centrifuga- tion. On préfère cependant soumettre le mélange réac- tionnel obtenu selon l'équation (1), sans l'avoir traité pour le purifier, à la suite des réactions ou bien, après avoir chassé par distillation l'ester d'acide carboxylique (I), effectuer la réaction ultérieure avec le triméthylchlorosi- lane. La réaction selon l'équation (2) s'effectue par exemple dans le réacteur déjà décrit comportant un dispositif d'agi- tation. L'addition du triméthylchlorosilane s'effectue à la température de réaction ou à une température inférieure. Par l'addition de l'amine tertiaire, avantageusement par intro- duction dosée selon la progression de la réaction, on fait démarrer la réaction à des températures de 40 à 80-C et l'on réalise cette réaction. Il faut éventuellement un temps de réaction supplémentaire. A partir du mélange réactionnel, on sépare par fil- tration ou centrifugation le chlorhydrate de l'amine tertiai- re. Le traitement de purification du mélange des produits de silylation s'effectue dans l'installation de distillation déjà citée et qui est équipée en vue d'une distillation sous vide. On choisit les anhydrides d'acides carboxyliques convenables, de formule (RC0)20 (V), servant de substance de départ, selon la nature du reste R nécessaire dans le produit, en particulier dans l'ester d'acide carboxylique (I). On préfère par exemple l'anhydride acétique, les anhydrides des acides propionique, butyrique et isobutyrique, l'anhydride d'acide acrylique et de l'acide méthacrylique ainsi que les anhydrides des acides mono-, di- et tri-fluorO-cétiCles- Comme accepteurs d'acides, conviennent des amines tertiaires, avantageusement la triméthylamine, la triéthyl- amine, la tributylamine, la N,N-diméthylaniline et la pyri- dine. Des produits préférés, répondant aux formules (II), (III) ou (IV), sont par exemple: le N-triméthylsilylacétamide le N-triméthylsilylpropionamide le N-triméthylsilylbutyramide le N-triméthylsilylisobutyramide le Ntriméthylsilylméthacrylamide le N-triméthylsilyltriflucro.rc6ét m!êle le bis-triméthylsilylacétamide le bis-triméthylsilylpropionamide le bistriméthylsilylisobutyramide le bis-triméthylsilylacrylamide le bistriméthylsilylméthacrylamide le bis-triméthylsilylflucoac-t i e le bistriméthylsilyltriflucroacétamide, qui peuvent servir d'agents de silylation et de réactifs d'introduction de groupes protecteurs. Ils servent dans la synthèse des antibiotiques des substances naturelles, ainsi que pour traiter des catalyseurs de lits fixes. Comme produits simultanément obtenus et qui répon- dent à la formule (I), on préfère par exemple l'acétate, l'acrylate, le méthacrylate, le fluoroacétate, le trifluoio- acétate de triméthylsilyle. Des produits de formule (I) trouvent une utilisation spéciale pour rendre inertes des silanols par le blocage riont2 des groupes terminaux à l'aide du groupe triméthylsilyle, ainsi que, àalement, à titre d'agent de silylation. Exemple 1: Production de l'acétate de triméthylsilyle et du Ntriméthylsilylacétamide Dans le ballon de 1,4 m3, équipé d'un dispositif d'agitation, d'un récipient de 800 litres pour introduction dosée, d'un chauffage avec thermostat et d'une installation de distillation sous vide (garnissage "SULZER" pour vide fin comportant trente plateaux), une tête de refroidissement, de conduits de distillat/teë récipients à température réglable, on chauffe jusqu'à 722 C 4 kmoles (644 kg) d'hexaméthyldisi- lazane. En l'espace de 2 heures, on y introduit avec agita- tion 4 kmoles (408 kg) d'anhydride acétique, et la tempéra- ture interne monte alors transitoirement à 93 C. On agite ensuite durant 3 heures à 802C environ et, après réaction complète, on fractionne sous vide. La distillation donne au total 514 kg (97 % de ren- dement) d'acétate de triméthylsilyle pur, point d'ébullition 392C (environ 50 x 103Pi puis (avec réglage à 370 C de la tem- pérature de la tête de refroidissement, du conduit de dis- tillat et du récipient) 501 kg (95,6 % de rendement) de N- triméthylsilylacétamide, point d'ébullition 59 C (10OPa) point de fusion 35 C. Exemple 2: Production de l'acétate de triméthylsilyle du N,N- ou du N,O0bis-triméthylsilylacétamide Dans un réacteur de 2 m3, comportant un dispositif d'agitation, un circuit, pouvant être commandé par thermostat, de chauffage et de refroidissement dans l'enveloppe double, un réfrigérant de reflux comportant une atmosphère d'azote et un tube plongeur d'introduction de gaz, on chauffe jus- qu'à 72 C 4,1 kmoles (660 kg) d'hexaméthyldisilazane. En l'espace de 2 heures, on introduit avec agitation 4 kmoles (408 kg) d'anhydride acétique, et la température interne mon- te alors transitoirement à 912C. On continue ensuite à agi- ter durant 4 heures à 809C environ. On refroidit ensuite la charge à 52-C environ. On y incorpore 4 kmoles (434 kg) de triméthylchlorosilane et l'on introduit en l'espace d'environ 1 heure, sous agitation par l'intermédiaire d'un dispositif de mesure de débit, à raison d'environ 4 kg/min, 238 kg (4 kmoles) au total de triméthylamine, cependant qu'à l'aide du circuit de chauffage on élève à nouveau à 722C la température du réacteur. Après la fin de l'addition de l'amine, on agite durant 4 heures à 722C environ pour parachever la réaction. Pour le traitement de purification, on soumet la suspension du produit brut, ayant réagi, provenant du réac- teur à une séparation, dans une centrifugeuse à siphon à fonctionnement entièrement automatique, en chlorure de triméthylammonium solide (environ 420 kg; liquide de lavage acétate de triméthylsilyle) et en filtrat brut. Le filtrat brut consiste en environ 60 % en poids de N,N- ou N,O-bistriméthylsilylacétamide, environ 39 % en poids d'acétate de triméthylsilyle et environ 1 % en poids d'hexaméthyldisilazane. La distillation sur colonne sous vi- de, à l'aide du dispositif de distillation décrit à l'exemple 1, fournit au total 512 kg d'acétate de triméthylsilyle (ren- dement de 97 %), point d'ébullition 40 C (5 x 103 PA), et 799 kg de N,Nou N,0-bis-triméthylsilylacétamide (rendement de 97 %), point d'ébullition 442C (1,1 xlO3Pa), contenant environ 0,8 % d 'hexaméthyldisilazane. On transfère directement de la centrifugeuse dans un sécheur àP4lette le chlorure de triméthylammonium obtenu supprime par centrifugation, on place sous vide et l'on / le vide en introduisant environ 80 kg d'ammoniac gazeux. Sous la pression autogène, on chauffe jusqu'à 80 C environ et l'on détend enfin l'installation en ouvrant avec précaution le conduit des vapeurs, la triméthylamine libérée distillant dans un récipient à refroidissement intense (rendement d'en- viron 230 kg) et étant préparée en vue de sa réutilisation. Après changement de récipient, et tout enmaintenant à 802C la température du sécheur, on met sous dépression jusqu'à environ 5 x 103 Pa ce qui provoque la distillation d'environ kg encore d'acétate de triméthylsilyle. On retire ensuite du sécheur 210 kg de chlorure d'ammonium sous forme de pou- dre blanche utilisable. Exemple 3: Production dutrifluoroacétate de triméthylsilyle et du trifluoroacétate de N,N- ou N,0-bis-trimé- thylsilyle Dans un réacteur de 10 litres, comportant un dis- positif d'agitation, un circuit de chauffage et de refroidis- sement, pouvant être réglé par thermostat, dans la double enveloppe, un réfrigérant de reflux avec atmosphère d'azote, un thermomètre interne et un récipient d'1 litre pour intro- duction dosée avec un tube d'introduction, on chauffe 1620 g (10 moles) d'hexaméthyldisilazane jusqu'à 60 C. En l'espace de 2 heures, on introduit sous agitation 2100 g (10 moles) d'anhydride trifluoracétique, la température interne montant transitoirement à 84-C. Puis l'on continue à agiter durant 3 heures à 80 C environ. On refroidit ensuite la charge à 560 C environ. On incorpore 1085 g (10 moles) de triméthyl- chlorosilane et l'on ajoute goutte à goutte sous agitation, en l'espace d'1 heure, 790 g (10 moles) de pyridine, cepen- dant qu'on élève, à l'aide du circuit de chauffage, la tem- pérature du réacteur à 74-C. Après la fin de l'addition de l'amine, on agite durant 3 heures encore à 749C environ pour parachever la réaction. Après la séparation du chlorhydrate de pyridine (environ 1200 g) à l'aide d'une centrifugeuse à l'abri de l'humidité, on fractionne le filtrat en utilisant une colon- ne SULZER sous vide. La distillation fournit au total 1722 g (92,6 % de rendement) de trifluoroacét.?te de triméthylsilyle, point d'ébullition 43 C (environl x 104 Pa), et 2408 g (93,7 % de rendement) de N,N- ou N,O-bis-triméthylsilyltrifluoracétami- de, point d'ébullition 40 C (2,5 103 PA). A 1200 g de chlorhydrate de pyridine, on ajoute à froid dans un autoclave en verre comportant un dispositif d'agitation à cuve hémisph:iCIqueenviron 22 g d'ammoniac liqui- de. La réaction exothermique est achevée au bout de 20 minu- tes environ. On chasse alors par distillation, sous agitation à 80 C et environ5 x 103 Pa, la pyridine, finalement après échange de récipient, à 2 x 103Pa.On récupère au total ainsi 719 g (91 % de rendement) de la pyridine. Exemple 4: Production du méthacrylate de triméthylsilyle et du N,N- ou N,0-bis-triméthylsilylméthacryla- mide De façon analogue à l'exemple 3, on place tout d'abord 1610 g (10 moles) d'hexaméthyldisilazane avec 1580 g de méthacrylate de triméthylsilyle (stabilisé par 500 mg de poudre de cuivre) et l'on chauffe jusqu'à 660C. En l'espace de 2 heures, on introduit avec agitation 1540 g (10 moles) d'anhydride d'acide méthacrylique fratchement distillé, la température interne montant transitoirement à 799C. Puis on continue à agiter durant 4 heures à 79 C. Après refroidisse- ment jusqu'à 569C environ, on introduit avec agitation 1085 g (10 moles) de triméthylchlorosilane et l'on ajoute goutte à goutte sous agitation, en l'espace d'il heure, 1010 g (10 mo- les) de triéthylamine, cependant qu'on élève à l'aide du circuit de chauffage la température du réacteur à 72 C. Par. centrifugation, on sépare environ 1,4 kg de chlorhydrate de triéthylamine et l'on fractionne le filtrat, à l'aide d'une colonne SULZER comportant un garnissage en Monel, en 2'574079 introduisant des traces d'oxygène pur pour la stabilisation. La distillation fournit au total 3092 g de métha- crylate de triméthylsilyle (95,7 %o de rendement, déduction faite de la quantité utilisée comme diluant supplémentaire), point d'ébullition 40 C (1,1 103 Pu) et 2110 g de N,N- ou N,0- bis-triméthylsilylméthacrylamide (rendement de 92 %), point d'ébullition 360 C (1 x 10 Pa). On effectue un traitement de purification analogue à celui de l'exemple 3 sur le chlorhydrate de triéthylamine. On récupère ainsi, par distillation sous 8 103 Pa environ et finalement, après changement de récipient, à 4 103 Pa envi- ron, 944 g au total (94 %) de triéthylamine. REVENDICATIONS 1. Procédé de production simultanée des esters triméthylsilyliques d'acides carboxyliques et des triméthyl- silylamides, d'acides carboxyliques, caractérisé en ce. qu'on fait réagir un anhydride d'acide carboxylique à 40 jusqu'à 1300C, avantageusement à 50 jusqu'à 90 C, avec l'hexaméthyl- disilazane pour obtenir des esters triméthylsilyliques d'acides carboxyliques et des mono-triméthylsilylamides d'acides carboxyliques et, éventuellement après réaction supplémentaire avec I mole de triméthylchlorosilane par mole de mono-triméthylsilylamide à une température de 40 à 80 C en présence d'l mole d'amine tertiaire, on sépare du mélange des produits le chlorhydrate d'amine tertiaire sous forme de substances solides et l'on isole, par un traitement de puri- fication, les dérivés silylés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on récupère, aprèsla réaction avec l'hexaméthyl- disilazane, l'ester triméthylsilylique d'acide carboxylique et l'on isole le mono-triméthylsilylamide. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait réagir le mono-triméthylsilylamide seul avec le triméthylchlorosilane en présence d'une amine tertiaire. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'à partir du chlorhydrate d'amine ter- tiaire séparé, on met en liberté, à l'aide d'armmoniac, l'amine que l'on recueille par distillation. 9476 FR