Brevet FR2634201A1 — publié le 19900119

-- 1 -- Procédé pour la préparation de dérivés. chlorés de composés pyridiniques et utilisation de la bis(trichlorométhyl)sulfone dans ce procédé La présente invention concerne un procédé de préparation de dérivés chlorés de composés pyridiniques, tels que la 2,6-dichloropyridine, à partir des composés pyridiniques corres- pondants au moyen de chlore moléculaire en phase gazeuse en présence de la bis(trichlorométhyl)sulfone comme initiateur radicalaire. La présente invention concerne également l'utilisa- tion de la bis(trichlorométhyl)sulfone comme initiateur radicalaire. A ce jour, différentes techniques ont été développées pour la préparation de dérivés chlorés des composés pyridiniques; une de ces techniques consiste plus particulièrement dans la prépara- tion de la 2,6-dichloropyridine par une réaction de chloration de la pyridine au moyen de chlore moléculaire. Ces techniques ont fait l'objet de mises au point de procédés pouvant être répartis en trois grandes classes. - Une première classe comprend les procédés dits thermiques, effectués en phase vapeur à haute température, généralement supérieure à 350C, et décrits notamment dans le brevet Etats-Unis 3251848 au nom de DOW. Ces procédés présentent divers désavantages tels que les très hautes températures nécessaires et une formation importante de goudrons, ce qui engendre des bouchages du réacteur ou des conduites, et rend dès lors difficile l'exécution du procédé en continu. Une deuxième classe de procédés comprend les procédés initiés au moyen de rayonnements lumineux ou ultraviolets. De tels procédés ont été notamment décrits dans le document Chemical Abstract CA 84:164626u. Ces procédés, bien que permettant d'opérer à des températures plus basses que les procédés dits thermiques, présentent l'inconvénient de conduire à la formation de sous-produits goudronneux qui salissent les tubes lumineux et -2- donnent lieu à une diminution subséquente du rayonnement d'ini- tiation et dès lors du rendement de la réaction. En outre, ces procédés ne permette;, pas un travail à pression élevée et néces- sitent d'opérer en réacteurs perméables aux rayonnements d'ini- tiation, c'est-a-dire le plus généralement en verre, ce qui engendre des difficultés technologiques importantes lorsque les réactions sont extrapolées dans de grandes installations industrielles. Une troisième classe de procédés comprend les procédés, dits chimiques, catalysés par des initiateurs radicalaires, tels qu'illustrés par la préparation de la 2-chloropyridine notamment dans la demande de brevet EP 0140438 au nom de SOLVAY & Cie dans laquelle les initiateurs radicalaires mis en oeuvre sont des peroxydes organiques tels que le peroxyde de di-tertiaire butyle. La présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients des procédés connus. En particulier, le procédé selon l'invention conduit à une sélectivité élevée en 2,6-dichloropyri- dine et ceci à des relativement basses températures. Le procédé conduit également pour une température donnée à une productivité supérieure à celle obtenue avec les procédés connus. Le procédé pour une température donnée selon l'invention présente un avantage supplémentaire par rapport aux procédés connus; en effet, la séparation des sous-produits d'initiation et co-produits d'avec les composés pyridiniques est aisée et ne pose aucun problème technique. L'invention concerne à cet effet un procédé pour la prépara- tion de dérivés chlorés de composés pyridiniques par une réaction de chloration substitutive des composés pyridiniques corres- pondants au moyen de chlore moléculaire en phase gazeuse et en présence d'un initiateur radicalaire, dans lequel l'initiateur radicalaire mis en oeuvre est la bis(trichlorométhyl)sulfone. Par réaction de chloration effectuée en phase vapeur, on entend définir une réaction de chloration réalisée dans des conditions de température et de pression telles que tous les réactifs, additifs, catalyseurs et produits issus de la réaction -3- se trouvent à l'état vapeur dans le milieu riactionnel. Lorsqu'on opère à pression atmosphérique, ces conditions sont remplies pour des températures supérieures à 175 C. De bons résultats ont été obtenus à des températures situées entre 200 et 300 C et, plus particulièrement, entre 220 et 275 C. La quantité de bis(trichlorom6thyl) sulfone mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention est généralement faible par rapport aux initiateurs connus. On met généralement en oeuvre de 0,01 à 10 Z molaire de bis(trichlorométhyl)sulfone calculé par rapport à la pyridine mise en oeuvre. Les quantités préférées se situent entre 0, 1 et 7,5 Z molaire par rapport à la pyridine et les quantités particulièrement préférées se situent entre 0,7 et 6 % molaire par rapport à la pyridine. Le chlore moléculaire et la pyridine sont habituellement mis en oeuvre dans des rapports molaires compris entre 0,1 et moles de chlore par mole de pyridine. De préférence, on met en oeuvre de 0,5 à 15 moles de chlore par mole de pyridine et, de manière particulièrement préférée, 0,7 à 5 moles de chlore par mole de pyridine. Par dérivés chlorés de composés pyridiniques, on entend tous les composés comportant un h&térocycle à six atomes qui porte un hétéroatome d'azote et qui est ou non substitué par un ou plusieurs atomes de chlore; l'hétérocycle peut porter une ou plusieurs chaînes latérales telles que notamment des chaînes alkyles de 1 à 5 atomes. Habituellement, le procédé de l'inven- tion est appliqué pour la préparation de dérivés de la pyridine ou de la 3-méthylpyridine (P-picoline). De manière préférée le procédé de l'invention est appliqué à la substitution de deux atomes d'hydrogène par deux atomes de chlore. Le procédé de l'invention est appliqué de façon tout particulièrement préférée pour la préparation de la 2,6-dichloro- pyridine. Outre les réactifs et initiateurs déjà cités, on peut mettre en oeuvre dans le procédé selon l'invention des additifs ou des diluants tels que de la vapeur d'eau, de l'azote et/ou d'autres gaz ne participant pas à la réaction de chloration proprement dite ou des initiateurs intervenant dans la réaction de chlo- ration. Comme additifs, on utilise de préférence des dérivés -4- halogénés de composés aliphatiques tels que le tétrachlorure de carbone ou des produits inorganiques tels que le chlorure d'hydrogène, l'azote ou la vapeur d'eau. De préférence, on opère avec le tétrachlorure de carbone. En général, les diluants organiques haiogEngs sont ajoutés au milieu réactionnel à raison de 1 à 25 moles par mole de composé pyridinique mis en oeuvre. Lorsque l'on utilise du tétra- chlorure de carbone, comme additif organique, les quantités préférées se situent entre 1,5 et 15 moles par mole de composé pyridinique mis en oeuvre. La pression à laquelle est réalisé le procédé selon l'inven- tion est habituellement comprise entre 1 et 10 bar, de bons résultats ont été obtenus à pression atmosphérique. Le temps de séjour des réactifs dans le réacteur est généralement compris entre 1 et 30 s et de préférence entre 2 et s. Le procédé selon l'invention peut être réalisé dans tout appareillage ou tout réacteur permettant de réunir les conditions opératoires décrites ci-avant. Les dérivés chlorés des composés pyridiniques obtenus selon le procédé de l'invention peuvent être utilisés dans toutes les applications connues de ces produits, c'est-à-dire comme inter- médiaire chimique pour la fabrication notamment de produits destines à l'agriculture, de cosmétiques et de produits pharma- ceutiques. La réaction de chloration des composés pyridiniques peut, bien entendu moyennant des mises au point techniques évidentes propres aux différents produits concernés, être appliquée à d'autres composés hétirocycliques aromatiques. Les exemples qui suivent servent à illustrer l'invention. Exemple 1 La chloration de la pyridine en phase gazeuse a été effec- tuée à 250 C à la pression atmosphérique dans un réacteur -5- mélangeur continu sphérique d'environ 1 dm3, en pyrex, auto-agité par jets gazeux (Chem. Eng. Sci., 1973, 28, p. 129-137), les réactifs étant introduits sous forme gazeuse à l'aide d'un injec- teur à quatre tuyères placé au milieu de la sphère. Le réacteur est placé dans une enceinte à l'intérieur de laquelle l'air est chauffé électriquement et brassé à l'aide d'une turbine, afin de maintenir la température réactionnelle désirée. Le mélange pyridine-eau est alimenté via un &vaporateur tubulaire vertical, chauffé électriquement. Le tétrachlorure de carbone (CC14) est alimenté via un deuxième évaporateur iden- tique. Le chlore gazeux est injecté dans le pied de l'évapo- rateur à CC14. L'initiateur est ajouté sous forme liquide, en solution dans du CC14, par une dérivation donnant dans le conduit d'introduction du m&lange gazeux CC14 + C12. Les produits de chloration sortent du réacteur par une tubulure diamétralement opposée à l'introduction, puis ils sont condensés, traités par du NaOH aqueux pour neutraliser le chlore résiduaire et le HC1 forme. Après décantation, la phase organique est séparée de la phase gazeuse; celle-ci est soumise à une extraction au moyen de chloroforme et la phase organique ainsi que l'extrait chlorofor- mique sont analysés par chromatographie en phase vapeur. L'azote total dans la phase aqueuse extraite est déterminé par la méthode de Kjeldahl. On met en oeuvre dans ce réacteur 2 moles de tétrachlorure de carbone, 0, 05 mole de bis(trichloromithyl)sulfone, 1 mole de pyridine et 1 mole d'eau. En outre, on injecte en continu 4 moles de chlore moléculaire gazeux. On opère à la pression atmosphérique. Après la mise en régime, on recueille en continu un mélange de liquide ayant la composition suivante (par mole de pyridine mise en oeuvre): - monochloropyridines: 0,06 mole dichloropyridines (hors 2,6-dichloropyridine): 0,01 mole trichloropyridines: 0,15 mole - 2,6-dichloropyridine: 0,78 mole - pyridine: - 6 - Le taux de conversion de la pyridine est proche de 100%. Le temps de séjour des réactifs dans le réacteur est de 5 s; la sélectivité en 2,6-dichloropyridine est de 78 % molaire. Exemple 2R On opère comme décrit à l'exemple 1 mais on utilise comme initiateur du peroxyde de di-t-butyle au lieu et place du bis(trichlorométhyi)sulfone; tous les autres paramètres et conditions sont identiques à ceux décrits à l'exemple 1. Les résultats sont les suivants: - monochloropyridines: 0,58 mole dichloropyridines (hors 2,6-dichloropyridine): 0,01 mole trichloropyridines: 0,01 mole - 2,6-dichloropyridine: 0,10 mole - pyridine: 0,30 mole. Le taux de conversion de la pyridine est de 70%. Le temps de s&jour des réactifs dans le réacteur est de s; la sélectivité en 2,6-dichloropyridine est de 14 Z molaire. Exemple 3R On opère comme décrit à l'exemple 1, mais sans initiateur, et à 270 C. Les résultats sont les suivants: - monochloropyridines: 0,27 mole dichloropyridines (hors 2,6-dichloropyridine): 0,01 mole trichloropyridines: 0,01 mole - 2,6-dichloropyridine: 0,06 mole - pyridine: 0,65 mole. Le taux de conversion de la pyridine est de 35%. Le temps de séjour des réactifs dans le réacteur est de 10 s; la sélectivité en 2,6-dichloropyridine est de 17 Z molaire. Exemples 4 et 5 On opère comme décrit à l'exemple 1, mais avec des quantités d'initiateurs tels que repris au tableau 1. Les résultats observés sont également repris au tableau 1. -7- Tableau 1 Exemple 4 Exemple 5 Initiateur bis(trichlorom6thyl)sulfone mole par mole de pyridine 0,02 0,01 Résultats - Produits recueillis mole/mole de pyridine mise en oeuvre monochloropyridines 0,07 0,15 dichloropyridines 0, 01 0,02 (hors 2,6-dichloropyridine) trichloropyridines 0,11 0,06 2,6dichloropyridine 0,81 0,76 pyridine 0 0,01 - Bilan Temps de séjour seconde 5 5 Sélectivité en Z molaire 80 77 2,6-dichloropyridine Taux de conversion de la pyridine, Z 100 99 - 8 - R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Procédé pour la préparation de dérivés chlorés de composés pyridiniques par une réaction de chloration substitutive des composés pyridiniques correspondants au moyen de chlore moléculaire en présence d'un initiateur radicalaire en phase gazeuse, caractérisé en ce que l'initiateur radicalaire mis en oeuvre est la bis(trichlorométhyl)sulfone. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre la bis(trichlorométhyl)sulfone à raison de 0,1 à 7,5 % molaire calculés par rapport au composé pyridinique. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température à laquelle on réalise la réaction de chloration est comprise entre 200 et 300 C. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 3, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre le chlore dans un rapport molaire initial compris entre 0,1 et 25 moles de chlore par mole de pyridine. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise la réaction de chloration en présence de tétrachlorure de carbone. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la chloration de la pyridine en 2,6-dichloropyridine. 7 - Utilisation de la bis(trichloromgthyl)sulfone comme initiateur radicalaire de réaction de chloration de composés pyridiniques pour la préparation de dérivés chlorés des composés pyridiniques en phase gazeuse au moyen de chlore moléculaire.