Brevet FR2607808A1 — publié le 19880610

Cette invention se rapporte à un procédé de préparation de trifluorométhylbenzonitrile (ayant pour abréviation TFMBN) à partir de trifluorométhylbenzal- déhyde. TFMBN est utile comme matière intermédiaire de certains médicaments comprenant des tranquillisants et produits chimiques pour l'agriculture et également comme matiè're intermédiaire d'un certain type de cristal liquide. Le USP 4 211 721 montre l'obtention de TFMBN par cyanuration de chlorobenzotrifluorure, mais ce procédé n'est pas adapté à une pratique industrielle à cause de l'utilisation d'un cyanure très toxique. Le DE-A 2 214 061 montre la préparation de TFMBN par fluoration d'd,-.,-.,-trichlorotolunitrile, mais cette réaction de fluoration est difficile à accomplir, donc le produit réactionnel contient une matière difluorée. Le DE-A 2 550 262 montre la préparation de TFMBN par réaction de trichlorométhylbenzofluorure avec de l'ammoniaque, mais le rendement du composé voulu est faible: par exemple, inférieur à 15% dans le cas de la préparation de 4-trifluorométhylbenzonitrile. En outre, dans chacun de ces procédés, des opérations compliquées sont nécessaires pour le traitement post-réaction. En général, comme cela est rapporté dans J. Chem. Soc., (1965), 1564, les nitriles peuvent être préparés directement à partir d'aldéhydes à d'assez bons rendements en soumettant une solution d'un aldéhyde dans l'acide formique au reflux avec de l'hydroxylamine. Cependant, ce procédé pose plusieurs problèmes d'un point de vue pratique. D'abord, la récupération de l'acide formique est incommode parce que l'acide est dilué avec l'eau sous-produite. Par ailleurs, le rapport mentionne que les nitriles ont été isolés par dilution du liquide réactionnel avec de l'eau. Si l'acide formique, tel que dilué, est réutilisé dans la réaction du lot suivant, le taux de réaction devient très faible. Lorsque ce procédé est utilisé pour la préparation de TFMBN à partir de trifluorométhylbenzaldéhyde, il se pose un autre problème par le fait que l'isolement du TFMBN formé est difficile parce que ce dernier et l'acide formique forment un azéotrope. En outre, lorsqu'il est mis en contact avec l'eau, TFMBN s'hydrolyse relativement facilement en trifluorométhylbenzamide en raison de l'effet des électrons de son groupe trifluorométhyle. La présente invention a pour objet un procédé industriellement utilisable de préparation de trifluorométhylbenzonitrile à une haute efficacité. Le procédé selon l'invention est pour la préparation de trifluorométhylbenzonitrile (TFMBN) par réaction de trifluorométhylbenzaldéhyde (TFMBA) avec de l'hydroxylamine à une température élevée et est caractérisé en ce que la réaction est effectuée dans un solvant organique, qui est immiscible avec l'eau et a un point d'ébullition supérieur au point d'ébullition de TFMBN à former, et en ce que l'eau formée dans la réaction est sensiblement continuellement enlevée par distillation, du système réactionnel. __Z \ NH2OH (H) C F.34 H 2 F x ( 3 CF3 CHO CH=NOH CH 0 CF3 _2 CF34 CN CONH2 LovU vu Comme cela est représenté par la formule réactionnelle ci-dessus, la réaction entre TFM4BA et l'hydroxylamine forme une trifluorométhylbenzaldoxime comme intermédiaire, et la déshydratation de cette aldoxime donne TFMBN. Nous avons découvert que les deux stades de la réaction se passent uniment et rapidement lorsque la réaction est effectuée dans un solvant organique qui est immiscible avec l'eau et a un point d'ébullition suffisamment élevé, comme le nitrotoluène, par exemple, tout en dissipant continuellement l'eau sous produite et évaporée du système réactionnel. La dissipation de l'eau est également efficace pour la suppression de l'hydrolyse de TFMBN (indiquée dans la formule réactionnelle ci-dessus par la flèche en pointillé) en trifluorométhylbenzamide. Le procédé selon l'invention présente également l'avantage que TFMBN en tant que produit réactionnel peut facilement être isolé par distillation. En outre, la plus grande partie du solvant de fort point d'ébullition est récupérée en tant que résidu de la distillation et, telle que récupérée, peut être réutilisée pour la réaction d'un lot suivant. Par conséquent, ce procédé est très favorable pour la préparation industrielle de TFMBN. Dans l'invention, il est essentiel d'utiliser, comme milieu liquide pour la réaction, un solvant organique qui est immiscible avec l'eau et a un point d'ébullition bien supérieur à 100 C et supérieur au point d'ébullition de TFMBN à former. De bons exemples de tels solvants sont le nitrobenzène, le nitrotoluène, le chloronitrobenzène et le diphényl éther. La quantité du solvant organique de fort point d'ébullition est d'au moins 30 parties en poids, et est de préférence de -400 parties en poids pour 100 parties en poids de TFMBA soumis à réaction. A un stade initial de la réaction pour former TFMBN, le système réactionnel est maintenu chauffé à environ 100 C et la température est graduellement élevée tandis que la vapeur de l'eau sous produite est continuellement dissipée du système réactionnel. Finalement, le système réactionnel peut être chauffé jusqu'à environ 200 C, mais il est préférable de limiter la température ultime entre environ 140 C et environ C. Tandis que la température du système réactionnel est élevée au-delà de 100 C par enlèvement de l'eau, la réaction de déshydratation de la trifluorométhylbenzal- doxime formée comme intermédiaire pour former TFMBN est encore favorisée. Dans ce procédé, il suffit d'utiliser 1,0-1,2 moles d'hydroxylamine par mole de TFMBA, mais l'utilisation d'une plus grande quantité d'hydroxylamine ne pose aucun problème. Dans la pratique industrielle, il est usuel d'utiliser l'hydroxylamine sous la forme d'un sel d'acide tel que le chlorhydrate ou le sulfate. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser une base comme matière auxiliaire pour la neutralisation. Usuellement, on utilise un sel d'acide organique tel que par exemple le formiate de sodium ou l'acétate de sodium, comme base, bien qu'il soit également possible d'utiliser une base inorganique telle que la soude ou la potasse. Pour mieux favoriser la réaction de déshydradation de la trifluorométhylbenzaldoxime formée comme intermédiaire, il est facultatif et assez souhaitable d'ajouter un acide organique approprié tel que l'acide formique, l'acide acétique ou l'anhydride acétique, aux matières premières. -La quantité d'un tel acide organique n'est pas strictement limitée et peut être grossièrement équivalente à la quantité de TFMBA en mole. L'invention sera mieux illustrée par les exemples non limitatifs qui suivent. Exemple 1. Un réacteur d'une capacité de 100 litres a été chargé de 50,0 kg de 2nitrotoluène, et dans ce solvant, on a soumis à réaction 25,0 kg de 4-trifluorométhyl- benzaldéhyde, 14,2 kg de sulfate d'hydroxylamine, 11,7 kg de formiate de sodium et 7,8 kg d'acide formique 80%. Initialement, le système réactionnel a été chauffé à 100 C et l'eau formée par la réaction a été continuellement enlevée du réacteur par distillation. La température du système réactionnel a été graduellement élevée à 140 C et, à cette température, on a continué l'agitation pendant 3 heures. Par cette opération, la conversion de 4-TFMBA a atteint 99,6% et la sélectivité pour le 4-trifluorométhylbenzonitrile était de 90,5%. L'eau dissipée par le réacteur pendant l'opération ci-dessus atteignait 9, 8 kg et le produit réactionnel contenait 8,4% de 4-trifluorométhylbenzamide. Alors, toute la quantité du liquide réactionnel a été distillée pour recueillir la matière organique. Après lavage avec de l'eau, la matière organique a été distillée pour isoler 4-TFMBN comme distillat. Par suite, on a obtenu 20,0 kg (rendement 81,6%) de 4-TFMBN. Du résidu de distillation, on a récupéré 47,8 kg de 2nitrotoluène, ce qui signifie une récupération de ,6%. Le solvant récupéré a été utilisé pour répéter la réaction pour former 4-TFMBN, et l'objectif a été bien atteint sans problème. Exemple 2. Un réacteur d'une capacité de 1 litre a été chargé de 500 g de 4chloronitrobenzène, et dans ce solvant, on a soumis à réaction 250 g de 2-trifluoro- méthylbenzaldéhyde, 120 g de chlorhydrate d'hydroxyl- amine, 172 g d'une solution aqueuse à 40%o de soude et 104 g d'acide acétique. Initialement, le système réactionnel a été chauffé à 100 C et l'eau formée par la réaction a été continuellement enlevée du réacteur par distillation. La température du système réactionnel a été graduellement élevée à 140 C et à cette température, on a continué l'agitation pendant 4 heures. Par cette opération, la conversion de 2- TFMBA a atteint 97,3% et la sélectivité pour le 2- trifluorométhylbenzonitrile était de 89,6%. L'eau dissipée dans le réacteur pendant l'opération ci-dessus atteignait 202 g et le produit réactionnel contenait 7,7% de 2-trifluorométhylbenzamide. Alors, le liquide réactionnel a été filtré pour éliminer les sels solides, et le liquide enlevé du réacteur par distillation pendant l'opération cidessus a été ajouté au filtrat. Le liquide mélangé a été lavé à l'eau et distillé pour isoler 2-TFMBN comme distillat. Par suite, on a obtenu 203,8 g (rendement 83,0%) de 2-TFMBr'. Du résidu de distillation, on a récupéré 482,5 g de 4-chloronitrobenzène, ce qui signifie une récupération de 96,5%. Le solvant récupéré a été utilisé pour répéter la réaction pour former 2-TFMBN, et l'objectif a été bien atteint sans problème. Exemple 3. Un réacteur d'une capacité de 100 ml a été chargé de 50,0 g de 2nitrotoluène, et dans ce solvant, on a soumis à réaction 25,0 g de 3-trifluorométhylbenzal- déhyde, 14,2 g de sulfate d'hydroxylamine, 11,7 g de formiate de sodium et 7,8 g d'acide formique à 80%. Initialement, le système réactionnel a été chauffé à 100 C et l'eau formée par la réaction était continuellement enlevée du réacteur par distillation. La température du système réactionnel a été graduellement élevée à 140 C et à cette température, on a continué l'agitation pendant 4 heures. Par cette opération, la conversion de 3-TFMBA a atteint 99,5% et la sélectivité pour le 3-trifluorométhylbenzonitrile était de 92,1%. L'eau dissipée du réacteur pendant l'opération ci-dessus atteignait 10,3 g et le produit réactionnel contenait 6,8% de 3-trifluorométhylbenzamide. Alors, le liquide réactionnel a été filtré pour enlever les sels solides, et le liquide enlevé du réacteur par distillation pendant l'opération cidessus a été ajouté au filtrat. Le liquide mélangé a été lavé à l'eau-et distillé pour isoler 3-TFMBN comme distillat. Par suite, on a obtenu 21,5% (rendement 87,5%) de 3-TFMBN. Du résidu de distillation, on a récupéré 47,7 g de 2-nitrotoluène, ce qui signifie une récupération de ,4%. Le solvant récupéré a été utilisé pour répéter la réaction pour former 3-TFEIBN, et l'objectif a été bien atteint sans problème. Exemple de comparaison. Dans un réacteur d'une capacité de 1 litre, on a soumis à réaction un mélange de 500 g de 2-nitrotoluène, de 250 g de 4-TFMBA, de 142 g de sulfate d'hydroxylamine, de 117g de formiate de sodium et de 78 g d'acide formique à 80%,, en soumettant au reflux à 107 C sans enlèvement de l'eau formée par la réaction. Après avoir continué le reflux pendant 5 heures, le liquide réactionnel a été analysé. La conversion de 4-TFMBA avait atteint 96,9% mais la sélectivité pour 4-TFMBN n'était que de 56,8%. Le produit réactionnel contenait 16,8% de 4-trifluorométhylbenzaldoxime et 23,6% de 4-trifluoro- méthylbenzamide. En comparant ces résultats aux résultats obtenus à l'exemple 1, il est évident que la dissipation de l'eau sous-produite par le système réactionnel est très efficace pour favoriser la conversion de l'aldoxime formée comme intermédiaire en nitrile et également pour la suppression de l'hydrolyse du nitrile. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de trifluorométhyl- benzonitrile par réaction de trifluorométhylbenzaldéhyde avec de l'hydroxylamine à une température élevée, caractérisé en ce que ladite réaction est effectuée dans un solvant organique, qui est immiscible avec l'eau et a un point d'ébullition supérieur au point d'ébullition du trifluorométhylbenzonitrile à former, et en ce que l'eau formée par la réaction est sensiblement continuellement enlevée du système réactionnel par distillation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant organique est choisi dans le groupe consistant en nitrobenzène, nitrotoluène, chloronitrobenzène et diphényl éther. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité du solvant organique n'est pas inférieure à 30% en poids du trifluorométhyl- benzaldéhyde. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise 100 à 400 parties en poids du solvant organique pour 100 parties en poids du trifluorométhylbenzaldéhyde. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du système réactionnel est graduellement élevée tandis que l'eau est dissipée, la température maximale du système réactionnel ne dépassant pas 200 C. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température maximale du système réactionnel est comprise entre environ 140 C et environ C. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée en présence d'un acide organique choisi dans le groupe consistant en acide formique, acide acétique et anhydride acétique. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trifluorométhylbenzaldéhyde est le 2-trifluorométhylbenzaldéhyde. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trifluorométhylbenzaldéhyde est le 3-trifluorométhylbenzaldéhyde. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trifluorométhylbenzaldéhyde est le 4-trifluorométhylbenzaldéhyde.