Brevet FR2627485A1 — publié le 19890825

! Perfectionnement à la préparation de cétones par 1' acylation de composés organo-manganeux. L'invention se rapporte à un perfectionnement du pro- cédé connu, qui consiste à produire une cétone, par l'action d'un agent d'acylation au sein d'un solvant organique sur un organo-manganeux, en particulier sur un organo-manganeux mixte. Ce procédé connu a apporté un progrès important è la technique concernée, et a permis l'obtention d'un grand nombre de cétones très diverses, pouvant porter différents groupes fonctionnels ou non. L'utilisa- tion d'organo-manaaneux mixtes a rendu possible le travail dans des conditions plus douces, industrielle- ment plus pratiques que celles de la technique anté- rieure. Des renseignements utiles sur ce sujet se trou- vent dans l'article de G. CAHIEZ, "Les Organo-manga- neux: utilisations en synthèse organique", paru dans "L'Actualité Chimique" de Septembre 1984. On y trouve, entre autres, un tableau de 24 types de cétones, qui montre la âiversité des produits qu'il est ossible Ele d'obtanir par le procédé en question, avec/bons renCe- ments. Il est notamment connu que les composés organo-manga- neux iodés sont facilement acylés par un chlorure d' acide dans l'éther. Cette réaction permet de préparer avec de bons rendements de nombreuses cétones. Cepen- dant, la préparation de cétones encombrées à partir d'un organo-manganeux iode,,ossédant un groupe alkyle tertiaire ou secondaire nécessite des précautions par- ticulières en raison de l'instabilité de ces composés: excès importants d'organo-manganeux, complexation de cet organo-manganeux par le tétrahydrofuranne, abais- sement de la température jusqu'à -400C. Malgré tou- tes ces précautions, les cétones encombrées, corres- pondantes, sont obtenues avec des rendements relative- ment moyens. D'ailleurs,quels que soient les résultats obtenus, des considérations économiques interdisent, d'une façon générale, l'utilisation d'organo-manganeux iodés à l'échelle industrielle. Il est également connu que la plupart des organo-man- o10 ganeux chlorés (notamment ceux qui nepossèdent pas de groupe alkyle secondaire ou tertiaire) sont acylés par des anhydrides symétriques dans le tétrahydrofu- ranne avec des rendements convenables, bien que légè- rement inférieurs à ceux que l'on obtient avec ces organo-manganeux iodés dans l'éther. Néanmoins, l'em- ploi d'un anhydride symétrique présente l'inconvé- nient d'utiliser un seul des deux restes acyle mis en jeu. En revanche lutilisation d'autres agents acylants, tels (R' -COOCOOR") que les anhydrides mixtes/et les chlorures d'acide a longtemps posé problème("Activité des organo-manganeux", TETRAHEDRON, vol. 40, N 4 page 683 à 693, 1984). En effet, lors de la réaction d'un anhydride mixte avec un organo-manganeux chloré, dans le tétrahydrofuranne, on constate qu'il se forme en majeure partie de l'es- de ter à coté d'unpeuAtétone.En ce qui concerne les chlo- rures d'acide, après certains échecs dus à l'ouver- ture du cycle du tétrahydrofuranne en présence de sels de manganèse, des précautions opératoires ontpermis de les utiliser dans un grand nombre de cas; néan- moins, la préparation de certaines cétones s'est ré- véléeimpossible dans des conditions de rendement ac- ceptables. En particulier, la réaction d'un chlorure d'acide, dans le tétrahydrofuranne avec des organo- manganeux RMInCl, dans lesquels R est un groupe méthy- le, alkyle secondaire ou tertiaire, ou aryle conduit à des rendements médiocres ou parfois nuls. L'amélioration, apportée par la présente invention, permet de remédier à ces inconvénients avec de bons rendements en cétone,quel que soit l'agent d'acyla- tion utilisé et quel]eqesoit la structure de l'organo- manganeux. Le procédé selon l'invention, qui consiste à produire une cétone par l'action d'un agent d'acylation sur un composé organomanganeux au sein d'un solvant organique d'après la réaction - (1)... RMnX + R'COZ solvant R-CO-R' + gXZ organique est caractérisé en ce que l'on introduit dans le milieu un composé du cuivre monovalent ou divalent. Il est pre- férable d'opérer cette introduction dès le début de la réaction. Parmi les composés du cuivre, utilisables selon l'in- vention, il va de soi qu'il y a intérgt à employer ceux qui sont les plus accessibles dans la pratique, notamment les chloruresbromures, acétates, propio- nates, stéarates ou d'autres sels d'acides aliphatiques. Bien que la proportion de catalyseurs cuivreux ou cui- vriques puissent varier largement, elle est en général de 1 à 10 atomes de cuivre pour 100 moles de composé organo-manganeux et de préférence 2 à 6 atomes. Les effets bénéfiques de l'addition de catalyseur cui- vreux ou cuivrique se font sentir avec de nombreux com- posés organo-manganeux et avec divers agents d'acyla- tion, si l'acylation esteffectuée à des températures entre -500C et l'ambiante, avec addition de cataly- seur,comme indiqué ci-dessus. Les agents acylants R'COZ selon l'invention sont tels qu'ils peuvent être deshalogénures d'acides R'COX (Xhalogène), des anhydrides (R'CO)20, R'COOCOR", R'COOCOOR". R' et R", semblables ou différents peu- vent être des groupes organiques très variés, notamment aliphatiques, aryliques, cycloaliphatiques etc., pou- lovant porter des groupes fonctionnels. Les améliorations, apportées par l'invention,sont particulièrement nettes dans le cas des chlorures d'acides et des anhydrides mixtes. Les organo-manganeux RMnX selon l'invention peuvent ê- tre des organo-manganeux mixtes, X étant un halogène, R un groupe organique,notament aliphatique, arylique et cycloaliphatique pouvant, le cas échéant, porter des groupes fonctionnels. Les améliorations apportées sont 2Oparticulièrement nettes dans le cas des chlorures d'acides lorsque R est, / un groupe méthyle, alkyle secondaire ou tertiaire, ou aryle. Si le perfectionnement, selon l'invention, s'ap- plique particulièrement bien aux préparations de cétones en partant des organo-manganeux mixtes, on peut l'employer dans le cas des autres organomanganeux, tels que par exemple R2Mn, R3MnLi, R4MnLi2, R3MnMgX, R4Mn(MgX)2. Suivant une variante de l'invention, l'organo-manganeux est produit comme intermédiaire réactionnel lors-acla- 3otiontdans un solvant approprié,d'un organométallique RMX - M étant un métal d'un des groupes I-III et VI-VII de la Classification Périodique des Eléments et X étant ou un deuxième arouse R un halogene/- par un compose R'COZen présence d'un sel de manganèse et d'un sel de cuivre en quantités cataly- tiques. De préférence l'organométalique est un organo- magnésien et le sel de manganèse est solubilisé par l'ad- dition d'un sel alcalin ou d'un sel d'ammonium quaternaire, ce qui conduit à un complexe du type MnX2.nM'Y o X est un anion, de préférence halogène, M' est un cation de métal alcalin ou d'un ammonium quaternaire, Y un anion du même type que X, mais pas forcément identique, et n étant le plus souvent 1 à 4. Dans le THF, lorsque l'organomagnésien est RMgCl et le sel de Mn est complexé par LiCl, par ex- emple sous la forme MnCl2.2LiCl, un organomanganeux du type R4Mn(MgCl)2 est produit comme intermédiaire réaction- - nel. Cette variante donne de très bons résultats, lors- que R'COZ est un halogénure d'acide ou un anhydride mix- te, et la présence de sel de Cu permet d'améliorer les rendements en cétones produites par acylation, notamment dans les cas des cétones encombrées. - Quant aux autres paramètres du procédé, ils sont les mêmes que dans la technique antérieure. Ainsi, en ce qui concerne le solvant, il est de préférence constitué par un éther, en particulier un éther cyclique tel que le tétrahydrofuranne. Des mélanges d'éthers avec d'autres solvants peuvent être utilisés avec d'autres solvants, par exemple l'acétate d'éthyle, le carbonate d'éthyle, l'acétonitrile, ou des hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques, par exemple benzène, toluène, hexane, cyclo- hexane etc. Les concentrations des composés réagissant dans le solvant, peuvent varier, mais il est pratique de travailler avec des solutions ou/et suspensions contenant O,1 à 2 mole de chacun de ces composés par litre de sol- vant, ou mieux 0,3 à 0,7 mole/litre. Les exemples, donnés plus loin, montrent les gains en rendement obtenus dans différents cas d'application du procédé selon l'invention. Ils ont été mis en oeuvre dans les conditions suivantes, lorsque l'organomanganeux est RMnCl. A une suspension de 52 mmoles de RMnCl dans 100 ml de THF on ajoutait 2,5 mmoles de CuCl puis 50 mmoles d'un chlorure d'acide R'COCl, sous agitation à l'abri de l'air. Cette opération avait lieu entre 0 C et -50 C. On lais- sait ensuite le milieu réactionnel se réchauffer à la température ambiante, et on l'agitait pendant 2 heures. Apres ce temps, le milieu était refroidi à -10 C et ad- ditionné de 60 ml d'une solution acqueuse de HCl 1N, pour éliminer les sels de Mn. La phase aqueuse était décantée et les matières organiques y contenues étaient extraites par 2 fois 50 ml d'éther. Les phases organiques réunies étaient ensuite lavées avec 50 ml d'une solution aqueuse saturée de NaHCO3. Apres séchage sur MgSO4 et évaporation des solvants sous vide, la cétone formée était séparée par distillation. Lorsque le chlorure d'acide était remplacé par un anhy- dride mixte (RCOOCOOC2H5),le mode opératoire était le même. EXEMPLES 1 à 8 Dans cette série d'essais, on faisait réagir le chlorure de l'acide octanoique C7H15-COC1 avec différents chlo- rures organo-manganeux mixtes RMnCl, dans du THF, dont la température au moment du mélange est indiquée au Tableau ci-après. Dans chaque cas on effectuait, selon le mode opératoire décrit plus haut, un essai sans cata- lyseur et un avec 5 atomes de Cu +, sous la forme de CuCl, pour 100 moles de chlorure d'acide utilisé.Le Ta- bleau donne, comme résuitats, les rendements en la cé- tone R-CO-C7H15 obtenue dans chaque cas par la réaction: RMnCl + C7H15COC10-C RCOC7H15 + MnCl2 7 2627485 TABLEAU I Ex. R Température CuCl Rendement % CH3 1CH3CH- -500C 69 CH3 2 "".5% 93 CH i 3 3 CH3- - C- " 0 3 1 CH3 4 " 5% 92 5 -20oC 0 55 6 " " 5% 63 7 CH3 0 40 8 " " 5% 91 On peut constater une forte amélioration du rendement dans les préparations faites en présence de CuCl. elle o0 R est est frappante dans le cas 7 tert.butyle (exemples 3 et 4), dont l'effet d'empêchement stérique n'est par obser- vé en présence de cuivre. EXEMPLES 9 et 10 Des préparations analogues à celles des exemples précé- dents sont effectuées avec un chlorure d'acide moins réactif, celui de l'acide benzoIque, C6H5-COCl, que l'on mélange, dans du THF à O C, avec du chlorure de tert.- sans catalyseur, le rendement en cétone butyl manganèse;/tBuCOPh est pratiquement nul: avec 5 de moles/CuCl pour 100 moles de C6H5COCl il ressort à 77%, donc effet remarquable. EXEMPLE 11 Essai comparatif pour les exemples 1 et 2 Jusqu'à présent, par la technique connue, les meilleurs résultats de préparation de l'isopropyl heptyl cétone au sein de éther étaient obtenus par l'action/d'une mole de chlorure de l'acide octanoique C H COCl sur 1,5 mole d'iure d'iso- C7H15COequiv alents de THF propyl manganèse, (CH3)2CH-Mn-1 complexé dans 5/ le me- lange étant fait entre -30 et -40 C. On avait alors un rendement de 71% contre les 69% de l'exemple 1, obtenu seulement avec/1 mole de (CH3)2CHMn-Cl. Les 93% atteints dans l'exemple 2, grâce a l'additiondeCuCl, présentent un grand intérêt non seulement par l'augmentation du rende- ment de 22%, mais aussi du fait de l'emploi d'un organo- manganeux mixte, chloré, moins cher et plus stable que le dérivé iodé correspondant. EXEMPLES 12 à 16 Dans cette série d'essais on faisait réagir différents anhydrides mixtes R'-COO-COOC2H5 avec différents organo- manganeux RMnCl dans du THF dont la température au mo- ment du mélange est comprise entre - 100C et 20 C en présence de 3% molaire (par rapport à l'anhydride) de CuCl. Le Tableau II donne comme résultats les rende- ments obtenus en cétone R-CO-R'. Ex. R R' Rendement % 12 Butyl Heptyl 81 13 Butyl (CH3)2-C=CH 76 14 Butyl Phényl 60 t-Butyl Heptyl 76 16 Phényl Heptyl 78 EXEMPLE 17 Dans des conditions similaires à celles de l'exemple 12 on a fait réagir, en l'absence de CuCl, C7H15-COO-COOC2H5 avec C4H9MnCl; le rendement en cétone était de l'ordre de 30% seulement. En outre la réaction est peu reproductible. On constate donc que l'addition de CuCl à l'exemple 12 permet d'amé- liorer notablement le rendement Les exemples donnés ci-après montrent les gains en ren- dement obtenus dans le cas o l'organomanganeux est pro- de' duit comme intermédiaire réactionnel lo=.eylation d'un organomagnésien par un composé R'COCl;en présence d'un sel de manganèse et d'un sel de cuivre en quantités catalytiques. Ils ont été mis en oeuvre dans les condi- tions suivantes. A 50 ml de THF on ajoute, à la température ambiante, anhydre 3 mmoles de MnCl2 anh.et 6 mmoles de LiCl /. Le mélan- ge est alors agité jusqu'à dissolution complète des sels puis additionné, le cas échéant, de 3 mmoles de CuCl (selon les exemples) et enfin de 100 mmoles de R'COCl. On introduit ensuite 100 mmoles de Rr4gX à l'aide d'une pompe. La température du milieu réactionnel est maintenu entre O et +100 C. La durée de cette addition est de 30 minutes. Après cette dernière l'agitation est maintenue à 30 minutes à la température ambiante, puis le milieu réactionnel est hydrolysé avec une solution d'HCl diluée. Le produit est ensuite isolé selon les techniques habi- tuelles. EXEMPLES 18 à 21 Dans cette série d'essais, on faisait réagir R'COCl, selon le mode opératoire décrit ci-dessus, avec RMgCl en pré- sence de MnC14Li2. Dans chaque cas, on a effectué un essai sans CuCl et avec CuCl. Le Tableau III donne les rendements obtenus en cétone R-C-R' TABLEAU III Ex. R R' CuCl Rendement % 18 t-Butyl Heptyl 0 27 19 t-Butyl Heptyl 3% 80 Heptyl t-Butyl 0 52 21 Heptyl t-Butyl 3% 98 On constate que, comme dans le cas de l'acylation de com- posés organomanganèux mixtes RMnCl par un chlorure d'aci- de, la préparation de cétones encombrées peut être ef- fectuée avec de bien meilleurs rendements en utilisant une quantité catalytique de sels de cuivre. Revendications 1. Procédé de préparation de cétones par la réaction en- tre un agent d'acylation et un composé organo-manganeux, au sein d'un solvant organique, caractérisé en ce que la réaction est catalysée par l'adjonction d'un composé cuivreux ou cuivrique. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de catalyseur est telle qu'il y ait 1 à atomes de Cu, et de préférence 2 à 6 atomes, pour moles de composé organo-manganeux. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2,-caractérisé en ce que le composé cuivreux ou cuivrique est le chlo- rure, bromure, acétate ou un autre sel d'acide alipha- tique. 4. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel l'agent d'acylation est un halogénure d'a- cide ou un anhydride de préférence un chlorure d'acide ou un anhydride mixte. 5. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel le composé organo-manganeux est du type RMnX, R2Mn, R3MnLi, R4MnLi2, R3MnMgX, ou R Mn(MgX) -. panD- ang nux X étant un halogène, et plus particuliermenm mMxte, RMnCl, R étant tout groupe organique pouvant porter des substituants ou des groupes fonctionnels. 6. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel R est méthyle, alkyle secondaire ou tertiaire, ou aryle. 7. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel 1' organo-manganeux est produit comme intermédiaire réac- de 1' tionnel lorslacylation d'un organo-métallique RMX (M é- tant un métal d'un des groupes I-III et VI-VII de la Classification Périodique des Elements et X un halogè- ou un dçuxième droupe Ri ne /en presence d un sel de manganèse. 8. Procédé suivant la revendication 7, dans lequel RMX est RMgX, de préférence RMgCl. 9. Procédé suivant la revendication 7 dans lequel le sel de manganèse est un sel de formule MnX2.nM'Y o X est un anion de préférence un halogène, M' est un ca- ou un groupe ammonium quaternaire, tion alcalin,/Y un anion du meme type que X, n étant le plus souvent 1 à 4. 10. Procédé suivant la revendication 9, dans lequel le sel de manganèse est MnCl2.2LiCl. 11. Procédé suivant les revendications 7 à 10, dans lequel l'agent d'acylation est un chlorure d'acide or- ganique. ou un anhydride mixte, de préférence, R'COOCOOC2H5À 12. Procédé suivant une des revendications précédentes, dans lequel le solvant est un éther, en particulier un éther cyclique tel que le tétrahydrofuranne. 13. Procédé suivant la revendication 12, dans lequel 1' éther est en mélange avec un autre solvant, notamment l'acétate d'éthyle, le carbonate d'éthyle, l'acétoni- trile ou un hydrocarbure aliphatique ou aromatique. 14. Procédé suivant une des revendications 1 à 6 et 12- 13, dans lequel l'agent d'acylation et le composé orga- no-manganeux se trouvent, chacun, à la concentration de 0,1 à 2 mole, et de préférence 0,3 à 0,7 mole, par li- tre de solvant. 15. Procédé suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dissolution ou/et dispersion des réactifs pour leur mise en contact a lieu à une température entre 0 C et -50 C, apres quoi on laisse revenir le milieu réactionnel à la température ambiante.