Brevet FR2615185A1 — publié le 19881118

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de trifluorométhyltoluène à partir d'un composé relativement peu coûteux, un halométhylbenzo- trifluorure. Le trifluorométhyltoluène (ayant pour abréviation TFMT) est utile comme matière intermédiaire pour la préparation de médicaments et de produits chimiques pour l'agricultrure. Selon le brevet français 1 522 956, on obtient 4-TFMT par réaction de l'alcool 4-trifluorométhyl- benzylique dans l'acide acétique avec de l'hydrogène gazeux en présence de PdO. Cependant, le composé de départ de ce procédé est une matière très coûteuse. Il est également possible d'obtenir TFMT par réaction d'un composé de méthylphényle avec un fluorure choisi. Par exemple, la réaction de l'acide 4-méthyl- benzoIque avec SF4 donne 4-TFMT. Cependant, cette réaction doit être effectuée en conditions de haute température et haute pression et SF4 est coûteux et très toxique et n'est pas facilement disponible en tant que matière industrielle. Un autre procédé en laboratoire comprend la réaction de l'iodotoluène avec CF 3I en présence de CuS04, mais.ce- procédé n'est pas approprié à la pratique industrielle étant donné le prix élevé de CF3I. La réaction du toluène avec du tétrachlorure de 3. carbone et du fluorure d'hydrogène donne également TFMT. Tous les réactifs dans ce procédé sont relativement peu coûteux mais le produit de ce procédé est touJours un mélange de 2-TFMT, 3-TFMT et 4-TFMT (tel que 13:42:45) difficile à séparer et à purifier. La présente invention a pou objet un nouveau procédé pour la préparation facile et efficace de 2-TFMT, 3-TFMT ou 4-TFMT à partir d'une matière première relativement peu coûteuse. Selon l'invention, on prépare le trifluoro- méthyltoluène par un procédé comprenant la réaction d'un halométhylbenzotrifluorure avec de l'hydrogène gazeux en présence d'un accepteur d'acide et d'un catalyseur d'hydrogénation pour ainsi hydrogéner le groupe halométhyle du composé de départ en groupe méthyle. Comme composé de départ pour ce procédé, il est préférable de choisir un halométhylbenzotrifLuorure représenté par la formule générale suivante: CF3 $\ CHxCiy Fz x Y z o x est 0, 1 ou 2, y est 0, 1, 2 ou 3'et z est 0, 1, 2 ou 3, à condition que la somme de x, y et z soit 3. Un halométhylbenzotrifluorure (ayant pour abréviation HMBTF) représenté par la formule générale ci-dessus peut facilement être obtenu à partir du xylène, qui est une matière industrielle peu coûteuse. La réaction d'hydrogénation selon l'invention peut être effectuée dans un réacteur du type autoclave en chargeant d'abord le réacteur de HMBTF, d'un accepteur d'acide, d'un catalyseur conventionnel d'hydrogénation et d'un milieu liquide qui peut être soit l'eau ou un solvant organique inactif et, tout en chauffant et en agitant ces matières, en faisant passer.de l'hydrogène gazeux à travers le réacteur Jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'absorption d'hydrogène dans le système réactionnel aux conditions employées de température et de pression. En général, la température de la réaction est comprise entre 40 et 1500C et la pression d'hydrogène gazeux est comprise entre 1 et 50 bars. La matière première pour ce procédé peut être prise parimi 2-HMBTF, 3-HMBTF, 4-HMBTF, selon le type de TFMT youlu. Dans chaque cas, un isomère souhaité de TFMT de haute pureté est obtenu à un très haut rendement. Cependant, lorsque HMBTF de départ est le bis(trifluorométhyl)benzène, le rendemenet de TFMT est relativement bas parce qu'une portion considérable du composé de départ est hydrogénée aux deux groupes trifluorométhyles pour se transformer en xylène et il est difficile d'isoler TFMT de haute pureté du produit brut car le point d'ébullition de TFMT recherché est proche.de celui du xylène sous-produit. La présente invention comprend une solution à ce problème. En effet, la formation du xylène peut être supprimée en effectuant la réaction d'hydrogénation ci-dessus décrite en présence soit d'un alcool ou d'un fluorure d'un métal alcalin. Bien que il y ait une limite à l'effet de cette mesure de manière qu'une faible quantité de xylène sous-produit existe encore dans le produit réactionnel, ce xylène peut être facilement et complètement éliminé par sa sulfona- tion. Par conséquent, il est totalement possible d'utiliser le bis(trifluorométhyl)benzène en tant que matière première la plus économique pour le procédé selon l'invention. Il est facultatif d'effectuer l'enlèvement du xylène sous-produit par sulfonation après avoir effectué la réaction d'hydrogénation sans prendre aucune mesure de suppression de la formation du xylène, mais l'objectif est plus facilement atteint en utilisant un alcool ou un fluorure d'un métal alcalin dans la réaction pour y minimiser la formation du xylène. Dans la réaction d'hydrogénation suivant l'invention, on utilise un accepteur d'acide pour mainte- nir le milieu réactionnel neutre ou basique. l'accepteur d'acide peut être choisi parmi diverses bases ordinaires comme les hydroxydes, oxydes, carbonates et acétates de métaux alcalins, hydroxydes, oxydes, carbonates et acétates de métaux alealino-terreux, ammoniaque et amines. usuellement, il est pratique d'utiliser un sel d'un métal alcalin tel que la soude, le carbonate de sodium, la potasse, le carbonate de potassium ou le carbonate de lithium ou un oxyde d'un métal alcalino- terreux tel que l'oxyde de calcium ou l'oxyde de magnésium. En général, la quantité de l'accepteur d'acide doit être au moins équivalente, en moles, aux halogènes totaux du groupe halométhyle de HMBTF à hydrogéner. La réaction d'hydrogénation est usuellement effectuée dans un milieu liquide qui est inactif aux réactifs et au produit réactionnel. Le milieu liquide peut être soit de l'eau ou un liquide organique qui peut être choisi parmi des alcools, éthers, hydrocarbures et acide acétique. Dans le cas d'un milieu liquide organi- que, il est préférable de choisir parmi des alcools C1 à C6 tels que le méthanol, l'éthanol, l'isopropanol et le 2-butanol. Il est possible d'utiliser un mélange de deux ou plusieurs types de liquides. La concentration de HMBTF de départ dans le milieu liquide est très largement variable. Le catalyseur d'hydrogénation à utiliser dans cette invention est choisi parmi ceux couramment utilisés tels que le palladium, le platine et le nickel, et il préférable d'utiliser un catalyseur de palladium porté sur du charbon activé. Il est approprié que le catalyseur d'hydrogénation, sous forme de métal, atteigne-0,01-30 % en poids et de préférence 1-20 % en poids de HMBTF soumis à hydrogénation. Pour accomplir l'hydrogénation souhaitée, une plage utilisable de la température de réaction est comprise entre 40 et 150 C et une plage préférable est comprise entre 70 et 120 C. Dans le réacteur, la pression d'hydrogène gazeux est maintenue entre i et 50 bars, et de préférence entre 3 et 20 bars. Lorsque l'on utilise du bis(trifluorométhyl)- - benzène en tant que HMBTF de départ, il 'est préférable d'ajouter soit un alcool ou un fluorure d'un métal alcalin dans le système réactionnel pour la raison précédemment expliquée. Si on le souhaite, un alcool et un fluorure d'un métal alcalin peuvent être utilisés conjointement. Il suffit d'utiliser une relativement petite quantité d'alcool o du fluorure d'un métal alcalin. Les alcools très appropriés dans ce but sont les alcools C1 à C6 représentés par le méthanol et l'éthanol. Une quantité appropriée de l'alcool est de 0,1-10 % en poids, et de préférence de 3-5 % en poids du bis(tri- fluorométhyl)benzène. En ce qui concerne le fluorure d'un métal alcalin, l'utilisation du fluorure de potassium ou du fluorure de sodium est préférée. Une quantité - appropriée du fluorure d'un métal alcalin est comprise entre 3 et 10% en poids du bis(trifluorométhyl)benzène. Après hydrogénation du bis(trifluorométhyl)- benzène de préférence en présence d'un alcool et/ou d'un fluorure d'un métal alcalin, le produit réactionnel peut être purifié par sulfonation et ainsi enlèvement du xylène formé en une petite quantité en tant que sous- produit. La sulfonation peut être accomplie en utilisant un agent sulfonant ordinaire tel que l'acide sulfurique fumant, l'acide sulfurique concentré ou l'acide chloro- sulfonique. Bien entendu, la quantité minimale requise de l'agent sulfonant est équimolaire au xylène contenu dans le produit réactionnel. Il est souhaitable d'accomplir le traitement de sulfonation à une relativement basse température pour ainsi éviter une perte du produit voulu, TFMT. L'invention sera mieux illustrée par les exemples non limitatifs qui suivent. EXEMPLE 1. Un autoclave de 500 ml pourvu d'un agitateur a été chargé de 100 g (0,514 mole) de chlorure 2-trifluoro- méthylbenzylique, de 164 g d'une solution aqueuse à 15 % en poids de soude et de 5 g d'un catalyseur de palladium sur charbon (Pd: 5 % en poids) et l'atmosphère dans l'autoclave a été remplacée par de l'hydrogène gazeux. Alors, la température dans l'autoclave a été maintenue à C et la pression du gaz à 8 bars, et on a continué l'agitation pendant trois heures pour ainsi accomplir la réaction d'hydrogénation. Après la réaction, le catalyseur de palladium a été filtré au moyen d'un papier filtre et on a permis au filtrat de se séparer en une couche organique et une couche aqueuse. La couche orga- nique a été séchée avec du chlorure de sodium anhydre pour ainsi obtenir 77,0 g de 2-TFMT à une pureté de 99,7 %. Le rendement était de 93,3 %. EXEMPLE 2. On a utilisé 100 g de chlorure 3-trifluoromé- thylbenzylique comme matière première. Par ailleurs, on a répété le procédé de l'exemple 1. Par suite, on a obtenu 76,1 g de 3-TFMT à une pureté de 99,2 %. Le rendement était de 91,8 %. EXEMPLE 3. Dans ce cas, on a utilisé, comme composé de départ, 100 g (0,562 mole) de fluorure 4-trifluorométhyl- benzylique, et le procédé de l'exemple 1 a été répété à l'exception que la quantité de la solution à 15 % en poids de soude a été accrue à 180 g. Par suite, on a obtenu 83,7 g de 4-TFMT à 99,3 % de pureté. Le rendement é.tait de 92,5 %. EXEMPLE 4. Dans ce cas, on a utilisé, comme composé de départ, 100 g (0,437 mole) de chlorure de 2-trifluoro- méthylbenzal et on a répété le procédé de l'exemple 1 à l'exception que l'on a accru la quantité de la solution à % en poids de soude à 280 g. Par suite, on a obtenu 64,5 g de 2-TFMT à 99,8 % de pureté. Le rendement était de 92,1%. EXEMPLE 5. On a utilisé 10Og (0,510 mole) de fluorure de 2-trifluorométhylbenzal, comme composé de départ, et on a répété le procédé de l'exemple 1 à l'exception que la quantité de la solution à 15 % en poids de soude a été accrue à 327 g. Par suite, on a obtenu 77,6 g de 2-TFMT à une pureté de 99,5 %. Le rendement était de 91,7 %. EXEMPLE 6. On a utilisé,.comme composé de départ, 100 g (0,471 mole) de 2-monochloromonofluorométhylbenzotri- fluorure et le procédé de l'exemple 1 a été répété à l'exception que la quantité de la solution à 15 % en poids de soude a été accrue à 301 g. On a obtenu 70,0 g de 2-TFMT à 99,3 % de pureté. Le rendement était de 92,2 %. EXEMPLE 7. On a utilisé, comme composé de départ, 100 g (0,433 mole) de 4-monochlorodifluorométhylbenzotri- fluorure, et le procédé de l'exemple 1 a été répété à l'exception que la quantité de la solution à 15 % en poids de soude a été accrue à 312 g. On a obtenu 64,3 g de 4-TFMT à une pureté de 99,6 %. Le rendement était de 92,3 %. EXEMPLE 8. L'autoclave utilisé à l'exemple 1 a été chargé de 100 g (0,467 mole) de 1, 4-bis(trifluorométhyl)benzène, de 280 g d'une solution aqueuse à 20 % en poids de soude et de 5 g du catalyseur de palladium sur charbon (Pd 5 % en poids). Alors, la réaction d'hydrogénation a été effectuée pendant 12 heures, généralement de la même manière qu'à l'exemple 1, mais, dans ce cas, la tempéra- turé de la réaction était de 115-121 C et la pression d'hydrogène gazeux a été maintenue à 10 bars. Après la réaction, l'enlèvement du catalyseur et la séparation de la matière organique ont été effectués de la même manière qu'à l'exemple 1. Le produit organique obtenu contenait ,8 % de 4- TFMT, 23,1 % de 4-xylène et 20,5 % de - 1,4-bis(trifluorométhyl)benzène n'ayant pas réagi. Ce produit brut a été soumis à une distillation de précision sous pression normale pour ainsi obtenir 45,8 g de 4-TFMT à une pureté de 97,5 %. Le rendement était de 59,8.%. EXEMPLE 9. Le procédé de l'exemple 8 a été modifié unique- ment par le fait que l'on a utilisé 78,4 g de potasse à la place de la soude, que la quantité du catalyseur a été accrue à 10 g et que la durée de la réaction a été écourtée à 7 heures. On a obtenu, par suite, 47,9 g de 4-TFMT à une pureté de 97,3 %. EXEMPLE 10. On a utilisé 10Og de 1,3-bis(trifluorométhyl)- benzène comme HMBTF de départ. Par ailleurs le procédé de l'exemple 9 a été répété. Par suite, on a obtenu 46,4 g de 3-TFMT à une pureté de 97,0 %. Le rendement était de ,2 %. EXEMPLE 11. L'autoclave utilisé à l'exemple 1 a été chargé de 75 g de 1,4bis(trifluorométhyl)benzène, de 315 g d'une solution aqueuse à 20 % en poids de potasse et de 7,5 g d'un catalyseur de palladium sur charbon (Pd 5 % en poids). La réaction d'hydrogénation a alors été effectuée pendant 6 heures, généralement de la même manière qu'à l'exemple 1 mais, dans ce cas, la température de la réaction était de 1000C et la pression d'hydrogène gazeux était maintenue à 13 bars. Après la réaction, le cataly- seur a été enlevé par filtration et on a permis au filtrat de se séparer en une couche aqueuse et une couche organique. La couche organique contenait 55,0 % de 4-TFMT, 18,6 % de 4-xylène et 25,2 % d'un 1,4-bis(trifluoromé- thyl)benzène n'ayant pas réagi. En effet, dans la réaction d'hydrogénation, la sélectivité pour TFMT était de 74,7 %. Le mélange organique obtenu a été soumis à une distillation de précision, mais la pureté du 4-TFMT isolé n'a-pas dépassé 98 %. EXEMPLE 12. On a répété le procédé de l'exemple 11 à l'exception que l'on a ajouté 3, 8 g de fluorure de potassium aux matières initialement introduites dans l'autoclave. Dans ce cas, le produit organique brut conte- nait 40,3 % de 4-TFMT, 6,0 % de 4-xylène et 53,0% de 1,4bis(trifluorométhyl)benzène n'ayant pas réagi. En effet, dans la réaction d'hydrogénation, la sélectivité pour TFMT était de 87,0 %. Le mélange organique obtenu a été maintenu refroidi à la glace et on a aJouté 13,8 g d'acide sulfurique fumant à 25 %, avec ensuite agitation pehdant une heure. Après ce traitement de sulfonation, on a permis au mélange liquide de se séparer en deux couches pour ainsi récupérer la matière organique. Il n'y avait pas de trace de 4-xylène dans la matière organique récupérée, ce qui signifiait que l'on avait accompli un enlèvement de 100 % du 4xylène par le traitement de sulfonation. Après séchage avec des tamis moléculaires, la matière organique a été soumise à une simple distilla- tion pour obtenir 23,0 g de 4-TFMT à une pureté de 99,8%. Le rendement total de 4-TFMT était de 41,0 %. EXEMPLE 13. Le procédé de l'exemple 12 n'a été modifié que par le fait que l'on a utilisé 0,75 g de méthanol à la place du fluorure de potassium et que la pression d'hydrogène gazeux a été diminuée à 3 bars. Dans ce cas, le produit organique brut contenait 40,4 % de 4-TFMT, 5,0 % de 4-xylène et 54,4 % de 1,4-bis(trifluorométhyl)- benzène n'ayant pas réagi. En effet, la sélectivité pour TFMT était de 89, 0 %. En utilisant 11,5 g d'acide sulfurique fumant à 25 %, le traitement de sulfonation du produit brut a été effectué de la même manière qu'à l'exemple 12 pour ainsi enlever le 4-xylène. Ensuite, la matière organique récupérée a été soumise à une simple distillation pour obtenir 26,3 g de 4-TFMT à une pureté de 99,9 %. Le rendement total de 4-TFMT est de 46,5 %. EXEMPLE 14. On a utilisé 75 g de 1,3-bis(trifluorométhyl)- benzène en tant que matière première. Par ailleurs, le procédé d'hydrogénation de l'exemple 12 a été répété. Dans ce cas, le produit organique brut contenait 55,1 % de 3-TFMT, 5,9 % de 3-xylène et 39,0 % de 1,3-bis(trifluo- rométhyl)benzène n'ayant pas réagi. Ainsi, la sélectivité pour TFMT était de 90,3 %. A la température ambiante, on a ajouté 5,0 g d'acide chlorosulfonique au produit brut avec ensuite agitation pendant 30 minutes. Le mélange liquide résultant a été séparé en deux couches pour récupérer la matière organique ne contenant pas le 3-xylène. Par simple distillation de la matière organique récupérée, on a obtenu 35,5 g de 3TFMT à une pureté de 99,9 %. Le rendement total de 3-TFMT était de 63,3 %. R E V E N D I C A T I ONS 1. Procédé de préparation de trifluorométhyl- toluène, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de faire réagir un halométhylbenzotrifluorure avec de l'hydrogène gazeux en présence d'un accepteur d'acide et d'un catalyseur d'hydrogénation pour ainsi hydrogéner le groupe halométhyle de l'halométylbenzotrifluorure en groupe méthyle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'halométhylbenzotrifluorure est un composé représenté par la formule générale suivante: CF3 -CHxClyFz o x est 0, 1 ou 2, y est 0, 1, 2 ou 3 et z est O, 1, 2 ou 3, à condition que la somme de x, y et z soit 3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction d'hydrogénation est effectuée dans l'eau. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction d'hydrogénation est effectuée dans un liquide organique qui est inactif aux réactifs et au produit réactionnel.' 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accepteur d'acide est un sel de métal choisi dans le groupe consistant en hydroxydes, carbonates et acétates de métaux alcalins et hydroxydes, oxydes, carbonates et acétates de métaux alcalino- terreux. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce le catalyseur d'hydrogénation comprend uh métal choisi dans le groupe consistant en palladium, platine et nickel. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction d'hydrogénation est effectuée à une température comprise entre 40 et 150 C. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la réaction d'hydrogénation est effectuée sous une pression d'hydrogène gazeux comprise entre i et 50 bars. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'halométhylbenzotrifluorure est le bis(trifluorométhyl)benzène et la réaction d'hydrogé- nation est effectuée en présence d'un alcool pour ainsi supprimer la formation de xylène comme sous-produit., 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'alcool n'a pas plus de six atomes de carbone. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la quantité de l'alcool atteint 0,1-10 % en poids du bis(trifluorométhyl)benzène. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'halométhylbenzotrifluorure est le bis(trifluorométhyl)benzène et la réaction d'hydrogéna- tion est effectuée en présence d'un fluorure d'un métal alcalin pour ainsi supprimer la formation d'un xylène comme sous-produit. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fluorure d'un métal alcalin est choisi dans le groupe consistant en fluorure de sodium et fluorure de potassium. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fluorure d'un métal alcalin atteint 3-10 % en poids du bis(triflorométhyl)benzène. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de traiter un produit organique brut de la réaction d'hydrogénation avec un agent sulfonant pour sulfoner et enlever le xylène contenu dans ledit produit. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'agent sulfonant est choisi dans le groupe consistant en acide sulfurique, acide sulfuri- que fumant et acide chlorosulfonique.