Brevet FR2612180A1 — publié le 19880916

La présente invention concerne un perfec tionnement à la préparation de cétones. Elle se rapporte plus spécialement à l'obtention de diverses cétones par l'action d'un composé organo-métallique sur un composé porteur d'un groupe carbonyle. L'utilité des cétones en général est bien connue l parmi les méthodes classiques de leur préparation, celle qui est basée sur l'emploi d'un réactif organo-métallique est fort interessante, parce qu'elle permet d'obtenir des types variés de cétones, utiles notamment dans le domaine pharmaceutique, ainsi que dans celui des arômes et parfums. Ainsi, la voie par cornposés organo-métalliques a-t-elle fait l'objet de nombreux travaux, comme entre autres ceux de EBERLE et KAHLE ("Tetrahedron Letters" vol.21, p. 2303-2304, 1980) qui décrivent la préparation, à basse température, de cétones porteuses de diverses fonctions, telles qu'halogènes et esters.Un progrès net a été réalisé dans ce domaine par l'emploi d'organo-manganeux qui ont permis d'opérer dans des conditions plus douces, plus commodes. Ainsi, selon G. CAHIEZ ("L'Actualité Chimique", Septembre 1984, pages 27-28) toutes sortes de cétones ont pu être synthétisées au sein de l'éther ou de tétrahydrofurane, par la réaction RMnX + R'COZ-RCORt, R et R' pouvant être des alkyles,alcényles, aryles ou alcoyles, X étant un halogène et Z un groupe susceptible de se combiner avec -MnX. La réaction peut être réalisée à des températures de Oo à +10"C au lieu de -50" à -700C qu exigent les organomagnésiens. Cependant, sur le plan industriel, où les réactifs R'COZ les plus pratiques sont des chlorures d'acides, l'emploi des organomanganeux présente certaines difficultés. Un premier inconvénient réside en ce que le solvant particulièrement pratique, le THF (tétrahydrofurane), subit l'ouverture de son cycle sous l'action du chloutred'acide, en présence d'un composé organomanganeux. Un autre désavantage est que, dans un solvant tel qu'éther, la réaction n'a lieu bien que si l'organo-manganeux est un iodure, c. à d. RMnI, ce qui n'est pas acceptable au point de vue économique. Lorsqu'il s'agit de réaction portant sur des hydrocarbures, par exemple de la réduction d'halogénures vinyliques ou aryliques au moyen de composés organo-métalliques, les écueils signalés ci-dessus peuvent être évités par l'emploi d'un organomagnésien en présence d'un catalyseur constitué par un halogénure de manganèse, en particulier de MnCl2, comme indiqué par CAHIEZ à la page 26 de l'article cité plus haut. La réaction pourrait alors avoir lieu dans du THF ou dans de l'éther et donnerait, selon les cas des rendements d'environ 80 à 95 7%. Toutefois, l'application de ce procédé catalytique de la réaction de GRIGNARD à la préparation de cétones s'est révelée décevante, à cause de rendements trop bas pour une exploitation industrielle. La présente invention apporte une solution nouvelle, imprévue, qui permet de produire toutes sortes de cétones par l'action d'un organo-métallique avec un composé organique porteur d'un carbonyle, à des températures voisines de l'ambiante, au sein des solvants classiques d' une telle réaction , elle rend possible l'obtention de rendements bien satisfaisants industriellement. Ce procédé perfectionné consiste à dissoudre, dans le solvant approprié, un organo-métallique RMX, où R est un groupe organique, M un métal d'un des groupes I-III et VI-VI: de la Classification Périodique des Elements, et X un halogène à ajouter à la solution obtenue un sel de Mn en quantité catalytique, et à mélanger cette solution avec une solution, de préférence dans le même solvant, d'un composé porteur d'un carbonyle, du type R'COZ où R' est un groupe organique semblable , ou différent de, R, Z étant tout groupement susceptible de se combiner avec -MX. Le procédé est caractérisé en ce que le sel de Mn, servant de catalyseur, est pris sous la forme d'un sel double de Mn avec un cation alcalin. Ainsi, le catalyseur suivant l'invention estil constitué par un sel double, manganeux, du type MnX2.nM'Y où X est un anion, par exemple halogène, 1/2SO4, 1/3 PO4, BF4, 1/3BO3, 1/2SiF6, CH3COO-(acétique), de préférence halogène, M' est un cation de métal alcalin, Y un anion du même type que X mais pas forcément identique, n étant le plus souvent 1 à 4. Sont d'un emploi très pratique les sels doubles de Mn avec NH4Na, K ou Li, X et Y étant des halogènes dont - naturellement - Cl est le plus économique. En particulier, le sel double, anhydre, MnCl2 .2LiCl est d'une grande utilité pour la réalisation de l'invention. La quantité de catalyseur à employer correspond en général à 0,5 à 6 atomes de Mn pour 100 moles de réactif R'COZ, et de préférence à 1-5 atomes Mn/100 moles de ce réactif , les proportions les meilleures se situent entre 2 et 4 atomes de Mn, c. à d. que la quantité de sel double Mr.X2nY est telle qu'il y ait 2 à 4 atomes Mn par mole de R'COZ. Grâce au catalyseur suivant l'invention il est possible d'opérer à des températures allant d'environ -100C à +3OCC, le travail entre -5(C et +10 C étant par ticulièrement pratique. La réaction peut etre réalisée avec différents organométalliques RMX, comme indiqué plus haut, et plus particulièrement avec des magnésiens de Grignard, notamment RMgCl. R peut être tout groupe organique compatible avec le métal M, et surtout un alkyle, alcényle ou alcynyle en C1 à C20, un cycloalkyle en C5 ou C6, ou bien un aryle ou alkyl-aryle en C6 à C28. Ces radicaux peuvent porter des substituants non réactifs vis-à-vis du métal M. R' est un groupe pouvant, comme R, être un alkyle, alcényle, alcynyle, cycloalkyle ou aryle, il peut porter des substituants, notamment des fonctions, ne réa gissant pas avec RMX. Par contre Z est un atome ou groupement présentant de l'affinité vis-à-vis du métal M, par exemple un atome d'halogène ou un carboxyle. Ainsi R'COZ peut etre avantageusement un composé tel que R'COCl où R" est un alkyle, etc. Pour la pratique industrielle les réactifs les plus avantageux sont du type R'COCl, c'est-à-dire, les chlo-- rures d'acides. En ce qui concerne les substituants possibles de R' ils peuvent être par exemple Cl, Br, -OR, -SR, -COOR, CN, -CO etc. qui permettent l'obtention de cétones fonctionnelles, correspondantes. Ainsi, le procédé de l'invention permet-il de préparer aisément une grande diversité de cétones saturées, éthyléniques, aromatiques et acétyléniques, éventuellement porteuses d'autres groupes fonctionnels, la production pouvant se faire avec de bons rendements. La durée de la réaction dépend, bien entendu, de la température, de la nature du composé organométallique et du composé acylant R'COZ, ainsi que de celle du catalyseur particulier, utilisé ; elle peut notamment varier entre 0,5 et 10 heures, mais il est généralement possible de règler les conditions opératoires de façon à ce que la réaction soit terminée en environ 1 à 4 heures. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs qui suivent. Mode opératoire général dans les exemples. A SOml de THF anhydre, on ajoute, à la température ambiante, 3mmoles de MnCl2 sec et 6mmoles de LiCl sec. Le mélange est alors agité jusqu'à dissolution complète des sels puis additionné de lOOmmoles de RCOCl dans 50 ml de THF. On introduit ensuite lOOmmoles de RMgX à l'aide d'une pompe. La température du milieu réactionnel pendant l'addition de RMgX, ainsi que la durée de cette addition (généralement O à +100C et 30mn) sont indiquées dans le tableau III. Il est important de maintenir une vive agitation pendant toute la durée de l'introduction de RMgX. Après cette dernière, l'agitation est maintenue 15 à 30mn à la température ambiante, puis le milieu réactionnel est hydrolysé avec une solution d'HCl dilué. Le produit est ensuite isolé selon les techniques habituelles. EXEMPLES 1 à 5. L'organo-métallique RMX est ici le chlorure ou le bromure de butyl-magnésium, C4H9MgCl (ou Br) , un essai avec du butyl-lithium est fait pour comparaison. Le composé à groupe carbonyle, R'COZ, est un dérivé de l'acide octanoique (caprylique), C7H15-COOH, notamment chlorure (Z =Cl), anhydride ou ester. Le catalyseur est le sel double MnCl2. 2LiCl employé à raison de 3 moles pour 1-00 moles de BuMgCl ou BuMgBr. Au tableau des résultats ci-après on indique le solvant de la solution de butyl-masnésium et celui du milieu réac tionnel auquel cette solution est ajoutée. Les rendements en cétone C4H9-CO-C7H15 butyl heptyl cétone, est exprimé par rapport au composé butyl-magnésien de départ. TABLEAU I Exemple RMX/solvant C7H15COZ solvant Rdt. n0 1 BuNgCl/THF C7H15COCl THF 87 2 Bul-5gBr/éther " " 82 3 BuLi/éther ll Ether 52 4 BuNgCl/THF C7H15C-OCOEt THF 75 O 5 BuMgCl/THF (C7H15C0)2O " 22 Les exemples 1 et 2 montrent, par comparaison avec les autres, que les meilleurs résultats sont obtenus avec RMgCl (ou Br) lorsque le composé R'COZ est un chlorure d'acide. EXEMPLES 6 à 20. Les matières que l'on fait réagir sont ici le chlorure de butyl magnésium et le chlorure de l'acide octanoique, dans du tétrahydrofuranne (THF) , en vue de la réaction Comme dans les exemples précédents, les quantités de catalyseur sont exprimées en S molaires du composé organométallique, c.àd. en nombres d'atomes de Mn pour 100 moles de C4H9MgCl. Les rendements en cétone sont rapportés aux quantités de magnesien mis en oeuvre. Les résultats sont réunis au Tableau II. TABLEAU II Exemple Nature du Quantité de Température Durée de l'addition Rendement n catalyseur catalyseur de BuMgCl (mole %) ( C) (en mn) (%) A/ Influence de la nature du catalyseur 6 MnCl2 3% O à +10 30 60 7 MnCl4Li2 " " " 87 8 MnBr4Li2 " " " 84 9 Mn(OOC-CH3)2 " " " 76 B/ Influence de la quantité de catalyseur 10 MuCl4Li2 1% O à +10 30 70 11 " 3% " " 87 12 " 5% " " 82 C/ Influence de la vitesse d'addition de BuMgCl 13 MnCl4Li2 3% O à +10 15 61 14 " " " 30 87 15 " " " 60 72 D/ Influence de la température 16 MnCl4Li2 5% -5 30 85 17 " " +10 " 82 18 " " +20 " 82 19 sans catalyseur -5 " 36 20 " " +10 " 27 Les exemples 7, 11 et 14, faits dans les mêmes conditions que l'exemple 6, montrent l'amélioration considérable du rendement grâce à l'emploi d'un complexe de MnCl2 avec 2 moles de LiCl, au lieu de MnCl2 seul.En effet. le rendement, dans les exemples 7,11 et 14 s'élève à 87 % contre 60 % pour l'exemple 6, soit 1,45 fois ce dernier. Les exemples 19 et 20, où aucun catalyseur n'est utilisé, conduisent à des rendements très bas. EXEMPLES 21 à 35 Diverses cétones ont été préparées suivant la réaction RMgCl + R'COCl# @ RCOR' + MgCl2 avec 3 moles de MnCl4Li2 pour 100 moles RMgCl, en utilisant différents R et R'. Le Tableau III résume les résultats obtenus. TABLEAU III Exemple n R R' Température Durée d'addition Rendement en (C ) de RMgCl cétone isolée (mn) (%) A/Cétones saturées et insaturées 21 Bu Hept O à +10 30 87 22 Hept i-Pr " " 94 23 " t-Bu " " 52 24 " Me2C=CH " " 79 25 Bu Ph O 45 85 26 i-Pr Hept " 30 74 27 t-Bu " O à +10 " 27 28 Me2C=CHa) " O 40 73 29 ph Bu +25 à +30 30 70 30 i-Pentb) i-Bu O à +10 " 83 B/Cétones fonctionnelles 31 Bu -(CH2)3COOEt O à +10 30 62 32 " -(CH2)4COOEt " " 83 33 " -(CH2)3Cl " " 58 34 " -(CH2)10Br " " 71 35 " -(CH2)6CN " " 84 a/ Me2C=CHMgBr b/ Dans ce cas la réaction a été réalisée en additionnant i-PentMgBr en solution dans l'éther (1,1N) . Au cours de ce travail on a trouvé qu'avec R' constitué par un phényle (exemple 25) il était préférable de travailler à OOC et un peu plus longtemps (45mn) que dans les autres cas. Il en fut de même avec un alcényle en R (exemple 28). Par contre, on peut opérer vers 25C à 300C, lorsque R est un phényle (ex.29). L'empêchement stérique joue un rôle qui est visible aux exemples 23 et 27, où le rendement est abaissé du fait de l'emploi en R ou en R'd'un alkyle encombré, le tert.butyle en l'occurrence. Il est intéressant de constater que la présence d'un atome ou groupe fonctionnel Q dans R' (exemples 31 à 35) n'empèche pas l'obtention d'une cétone munie de cet atome ou groupe Q. Si, dans ce cas, R' est du type Q-(CH2)n, le rendement est d'autant meilleur que n est plus grand. Ces résultats permettront à l'homme de l'art d'appliquer les conditions de travail les plus favorables dans chaque cas particulier. Revendications 1. Procédé ae préparation de cétones par la réaction d'un composé organo-métallique avec un composé porteur d' un carbonyle, au sein d'un solvant, en présence d'un sel manganeux comme catalyseur, caractérisé en ce que le sel manganeux est sous la forme d'un sel double de Mn et d'un cation de métal alcalin. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le sel double, servant de catalyseur, est du type MnX2.nMY ou X et Y, semblables ou différents sont des anions, M est un atome de métal alcalin ou NH4 en particulier Na, K ou Li, et r a une valeur de 1 à 4. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que X et Y sont des halogènes, en particulier Cl ou Br. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que X eut Y sont des anions 1/2S04, 1/3P04, BF4, 1/3B03, 1/2SiF6 ou CH3COO. 5. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel le métal du composé organo-métallique appartient à un des groupes 1-111 ou VI-VIII de la Classification Périocique des Eléments. 6. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel le composé organo-métallique est un magnésien. 7. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le composé organo-métallique employé, RMX, M est le Mg, X est Cl ou Br, R est un radical alkyle, alcényle ou alcynyle en C1 à C20, cycloalkyle en C5 ou C6, ou bien un aryle ou alkyl-aryle en C6 à C28, pouvant porter des substituants non réactifs visà-vis du métal M. 8-. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le composé porteur d'un carbonyle, R'COZ, R' est un radical alkyle, alcényle ou alcynyle en C1 à C20, cycloalkyle en C5 ou C6, ou bien un aryle ou alkyl-aryle en C6 à C28, pouvant porter des substituants non réactifs vis-à-vis du métal M , Z étant un atome ou groupement présentant de l'affinité vis-à-vis de 9. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de sel double de Mn, servant de catalyseur, est telle qu'il y ait 0,5 à 6 - et de préférence 2 à 4 - atomes de Mn pour 100 moles de composé organo-métallique. 10. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction est conduite à une température comprise entre -10 et +300C, et de préférence entre -5 et +100C.