Brevet FR2643075A1 — publié le 19900817

1. PROCEDE DE PREPARATION DU DICARBONATE DE DITERTIOBUTYLE La présente invention concerne un nouveau procédé de préparation du dicarbonate de ditertiobutyle. Elle concerne plus particulièrement la préparation du carbonate de ditertiobutyle à partir d'halogénure d'acide. Il est connu depuis longtemps de préparer le dicarbonate de ditertiobutyle encore souvent dénommé BOC2O à partir du pyrocarbonate de tertiobutyle et de phosgéne tel que par exemple décrit par J.H. HOWE dans le journal of organic chemistry 27, 1901 (1962). L'emploi de phosgène pose de tels problèmes de sécurité que l'industrie cherche à éviter son emploi. Il est aussi connu selon l'article publié par Pozdev, Smirnova Podgornova, Zentsova et le Kalei dans Zhurnal Urganicheskoi Khimii Vol. 15, n 1, pages 106-109 en 1979 et traduit dans le Journal of Organic Chemistry USSR 1979, page 95 de préparer le dicarbonate de tertiobutyle par condensation du carbonate de tertiobutyle avec un chlorure d'acide dans un mélange de toluène et de diméthylformamide. Les rendements obtenus, lorsque nous reproduisons ces essais, en dicarbonate de tertiobutyle ne sont pas suffisants. La présente invention a permis de préparer le dicarbonate de ditertiobutyle en l'absence de phosgène et avec de bons rendements. Elle consiste à condenser le pyrocarbonate de tertiobutyle avec un halogénure d'acide en présence d'un agent complexant. La réaction peut être schématisée de la façon suivante: ïIe 1 j) 7e 2 MeC---O-C-OM + RCOX > Me- -o --- CO-C--Me + R C02 M + MX ! I i Me Me Me dans laquelle X représente un halogène et M un métal alcalin. Le pyrocarbonate de tertiobutyle est obtenu de manière connue par exemple par carbonatation de tertiobutylate. Parmi les pyrocarbonates de tertiobutyle on préfère utiliser les sels alcalins et tout particulièrement le sel de sodium (M=Na). Les halogénures d'acide utilisables dans le procédé de l'invention sont choisis parmi les chlorures ou bromures d'acides 2. carboxyliques ayant 1 à 7 atomes de carbone éventuellement substitués par des groupements électroattracteurs tels que des atomes d'halogène, des groupements nitro. On préfère tout particulièrement utiliser les chlorures d'acide carboxyliques ayant 2 atomes de carbone et encore plus préférentiellement le chlorure de trichloroacétyle. Les agents séquestrants utilisables sont choisis parmi au moins 3 classes d'agents complexants comprenant les amines tertiaires oxygénées, et les polyéthers oxygénés, soufrés, cycliques ou macrocycliques. La première classe est constituée des agents séquestrants de formule générale. N CHRx CHR2 O - (CHR, CHR4, O)n R] 3 (I) dans laqueile n est un nombre entier supérieur ou égal à 0 et inférieur ou égal à 10 environ (O étant compris entre 1 et environ 12. La deuxième classe d'agents complexants est constituée des polyéthers cycliques de préférence macrocycliques ayant de 6 à 30 atomes dans le cycle et de préférence de 15 à 30 atomes dans le cycle et constitués de 2 à 10 de préférence de 4 à 10 unités -O-X dans lesquelles X est soit -CHR6CHR7- soit -CHR6-CHR.-CR9R7, R6, R., R. et R. identiques ou différents étant un atome d'hydrogéne ou un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, un des X pouvant être -CHR6-CHRCR.R7- quand les unités -O-X comprennent le groupement -O-CHR6-CHR,. La troisième classe d'agents complexants est constituée des composés de formule générale: R-YA - IA - Y Ri IIa R,,-Y D D Y-RIE IIb A\ / {X Dq A 3. R,0-Y D D p Y-R,0 IIc XAK A/ D A [A/ > A dans lesquelles: - Y représente O, N ou P - A représente un groupement alkylène ayant de 1 à 3 atomes de carbone. - D représente O, S ou N-R,1 o R,, représente un radical alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone. - R10 peut représenter un radical alkyle ayant 1 & 6 atomes de carbone, p. q et r identiques ou différents sont des nombres entiers compris entre 1 et 5. Selon un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention on utilise au moins un agent séquestrant de formule (I) dans laquelle R., R2, R3 et R4 représentent un atome d'hydrogène ou un radical méthyle, R5 et n ayant la signification précédente. Parmi ces derniers, on préfère encore plus particulièrement mettre en oeuvre les agents sequestrants pour lesquels n est supérieur ou égal a 0 et inférieur ou égal à 6, et pour lesquels Rs représente un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone. On peut citer: - - la tris(oxa-3 butyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH3)3 - la tris(oxa-3 heptyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-0-C4H9)3 - la tris(dioxa-3,6 heptyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-0-CH3)3 - la tris(trioxa-3,6,9 décyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH3), - la tris(dioxa-3,6 octyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-C2Hs)3 4. - la tris(trioxa-3,6,9 undécyl)amine de formule: N-(CH2 -CH2 -O-CH2 CH2 -O-CH2 -CH2 -O-CHs)3 - la tris(dioxa-3,6 nonyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-C3H7)3 - la tris(trioxa-3,6,9 dodécyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-C3H,)3 - la tris(dioxa-3,6 décyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-C4Hg)3 - la tris(trioxa-3,6,9 tridécyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CH2-CH2-OCH2-CH2-O-C4Hg)3 - la tris(tétraoxa-3,6,9,12 tridécyl)amine de formule: N(CH2-CH2-O-(CH2-CH2-O-)3-CH3i)3 - la tris(dioxa-3,6 méthyl-4 heptyl)amine de formule: N-(CH2-CH2-O-CHCH3-CH2-O-CH3)3 - la tris(dioxa-3,6 diméthyl-2,4 heptyl)amine de formule: N-(CH2-CHCH3-O-CHCH3-CH2-O-CH3)3 On préfère utiliser parmi les composés de formule (I): la tris(dioxaheptyl)amine. La préparation de ces agents séquestrants est décrite dans la demande de brevet français 79 05438 publiée sous le n 2450120. Les éthers cycliques qui peuvent être mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention comprennent des composés comme le dioxanne ou des éthers macrocycliques connus sous l'appellation générale d"'éethers couronnes" qui sont décrits dans le brevet français 69.43879 publié sous le numéro 2.026.481. On peut citer comme exemples d'éthers couronnes pouvant être utilisés selon l'invention: 3 5 >4{ I I -JO 5. Une partie des composés de la troisième classe d'agents complexants sont décrits dans le brevet français 70.21079 publié sous le numéro 2.052. 947. On peut citer comme exemples de composés de cette classe convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention: CH, - O - CH2 - CH2 - O - CH2 - CH2 - OCH3 CH3 -N N-CHi N O O N N /N / V V N No No/ ' t 9 o R O P. \ / \ IP ' 6. Selon un premier procédé préférentiel de mise en oeuvre de l'invention, on met en contact le tertiobutylate de sodium avec du dioxyde de carbone, on ajoute ensuite le chlorure de trichloracétyle puis on ajoute une quantité supplémentaire de tertiobutylate. L'agent complexant peut être introduit à tout moment, lors de la carbonatation ou préalablement à l'addition de la quantité supplémentaire de tertiobutylate. Selon un deuxième procédé préférentiel, la totalité du tertiobutylate est introduit au départ de la réaction, puis on ajoute le chlorure d'acide. Le complexant étant ajouté & tout moment. Selon un autre procédé de mise en oeuvre, le tertiobutylate est introduit en totalité sur le chlorure d'acide. La réaction peut être réalisée dans tout solvant quelle que soit la nucléophilie du milieu. On peut citer parmi les solvants: - les dérivés hydrocarbonés aromatiques tels que: le benzène les xylènes le toluène les solvants aprotiques polaires tels que: le diméthylformamide - les solvants oxygénés tels que: le dioxanne les diéthylène ou diméthylène glycols Selon un mode préféré de réalisation de l'invention on utilise une quantité molaire d'halogénure d'acide comprise entre 0,3 et 0,49 fois la quantité de tertiobutylate utilisée. La température de réaction est avantageusement comprise entre -10 C et 60 C. La présente invention sera plus complètement décrite & l'aide des exemples suivants qui ne doivent pas être considérés comme limitatifs de l'invention. 7. 1. Mode opératoire type. Influence de la quantité de TDA, Dans un réacteur de 250 ml, on charge 12,8 g de tBu ONa (0,133 mole) 75 ml de toluène sec A température ambiante, introduit du Co2 ce qui provoque une exothermie. L'introduction -est effectuée en trente minutes. L'introduction du CO2 est alors arrêtée et on refroidit le mélange réactionnel à 10 C, température à laquelle on ajoute dans un premier temps x ml de TDA, puis 9,7 g de chlorure de trichloroacétyle (0,0506 mole) dissous dans 30 ml de toluène à 100C en 10 minutes. Le mélange réactionnel est très épais. On laisse ensuite remonter à température ambiante puis on agite 5 heures 30. Après refroidissement, on ajoute 100 mi d'eau glacée. La phase organique lavée avec 3 x 100 ml d'eau, séchée sur 15 g de sulfate de sodium est evaporée à température ambiante. Le produit obtenu de couleur orangée est analysé par CPG. Essai Toluène Complexant Température Durée RR Comparatif 75 + 30 - 25 C 5h30 6 1 ml TDA 1 1 75 + 30 (0,003 mole) 250C 5h30 53 2 75 + 30 2 ml TDA 1 25 C 5h30 62 3 75 + 30 3 ml TDA 1 25 C 5h30 78 4 75 + 30 5 ml TDA 1 25 C 5h30 77,5 On entend par RR le rendement sur le produit introduit c'est- à-dire 8. quantité de produit obtenu (moles) quantité de produit attendu (moles) 2. Influence de la température On opère comme dans l'exemple 1 en chargeant 0,13 mole de tertiobutylate de sodium 0,051 mole de chlorure de trichloracétyle (CTCA) 75 + 30 ml de toluène ml de TDA 1 (0,0015 mole) La carbonatation est effectuée & 10 , puis après coulée du CTCA, la température de réaction est ramenée à la valeur T mentionnée dans le tableau. La réaction dure 5h30. Température Essai Toluène Complexant T C Durée RR mI TDA 1 75 + 30 (0,015 mole) 10 C 5h30 79 6 75 + 30 5 ml TDA 1 20 C 5h30 77,5 7 75 + 30 5 ml TDA 1 28 C 5h30 76 8 75 + 30 5 ml TDA 1 50 C 5h30 77 9. 3. Influence du rapport tBuONa/CTCA On opère comme dans l'exemple 1 en chargeant 0,13 mole de tertiobutylate de sodium (TBuONa) x mole de chlorure de trichloracétyle (CTCA) + 30 ml de toluène 0,015 mole de TDA 1 La réaction est effectuée à 20 pendant 5h30. Essai Toluène Mole CTCA Excès TBuONa par Température RR rapport à la stoechiométrie 9 75 + 30 0,065 0 20 52,5 75 + 30 0,062 4 % 20 79,5 il 75 + 30 0,059 9% 200 80,5 12 75 + 30 0,051 21 % 20 77,5 10. 4. Influence de la dilution On opère comme dans l'exemple 1 en chargeant. 0,13 mole de tertiobutylate de sodium 0,051 mole de chlorure de trichloracétyle x + 30 ml de toluène 0,015 mole de TDA 1 La réaction est effectuée à 20 pendant 5h30 Essai Toluène Température RR 13 35 + 30 20 37 14 75 + 30 20 77,5 180 + 30 20 0 82 16 290 + 30 20 77 11. 5. Influence de la durée On opère comme dans l'exemple 1. Dans les essais comparatifs, on charge, -5 0,13 mole de tertiobutylate de sodium ml de DMF (en fin de carbonatation) 0,051 mode de chlorure de trichloracétyle + 30 ml de toluène. La réaction est effectuée à 200 pendant un temps variable. Complexant Essai Toluène Solvant Température Durée RR DMF Comparatif 75 + 30 10 ml 100C 1h 9% avec publi cation de POZDEV uti- lisant to- luène + DMF DMF Comparatif 75 + 30 10 ml 200C 3h30 42% avec publi cation de POZDEV uti- lisant to- luène + DMF DMF Comparatif 75 + 30 10 ml 200C 5h30 51% avec publi cation de POZDEV uti- lisant to- luène + DMF DMF Comparatif 75 + 30 10 ml 20 C 16h 57,3% avec publi cation de POZDEV uti- lisant to- luène + DMF 12. Les essais sont réalisés avec: 0,13 mole de tertiobutylate de sodium 0,051 mole de chlorure de trichloracétyle 75 + 30 ml de toluène 0,015 mole de TDA 1 Température, 20 . Essai Toluène Complexant Température Duree RR 17 75 t 30 5 ml TDA 1 20 C lh 76 18 75 + 30 5 ml TDA 1 20 C lh45 82 19 75 + 30 5 ml TDA 1 20 C 5h30 77,5 75 + 30 5 ml TDA 1 20 C 22h30 75 13. 6. Influence du solvant On opère comme dans l'exemple 1 en chargeant. 0,13 mole de tBuONa 0,051 mole de CTCA éventuellement, 0,015 mole de TDA' 1 + 30 ml d'un solvant. Essai Solvant Complexant Température Durée RR Toluène Comparatif (75 + 30) 20 5h30 6% Toluène 54 (75 + 30) 5 ml TDA 1 20 5h30 77,5 Dioxanne 21 (75 + 30) 20 5h30 23 Dioxanne 22 (75 + 30) 5 ml TDA 1 20 5h30 69% Diglyme 23 (75 + 30) 20 5h30 40% 14. 7. Influence du complexant On opère comme dans l'exemple I avec 0,13 mole de tBuONa x mole d'un complexant 0, 051 mole de CTCA + 30 ml de toluène Essai Toluène Complexant Température Durée RR Comparatif 75 + 30 20 C 5h30 5% Diglyme 24 75 + 30 (0,13 mole) 20 C 5h30 43% Dioxanne 75 + 30 {0,23 mole) 20 C 5h30 14% 8. Influence de l'halogénure d'acide On opère comme dans l'exemple 1 avec 0,13 mole de TBuONa 0,051 mole de chlorure d'acide + 30 ml de toluène 0,015 mole de TDA Température: 20 C Durée: 5 H 30 Chlorure Essai Toluène d'acide Température Durée RR 26 75 + 30 CClCOCl 20 C 5h30 77,5 27 75 + 30 CHCl2COC1 20 C 5h30 20% 28 75 + 30 CH2ClCOCl 20 C 5h30 5% 15. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation du dicarbonate de ditertiobutyle caractérisé en ce que l'on met en contact un pyrocarbonate de ditertiobutyle et un halogénure d'acide en présence d'un agent complexant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pyrocarbonate de tertiobutyle est un sel de sodium. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'halogénure d'acide est le chlorure de l'acide trichloracétique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est réalisée dans un solvant aromatique, de préférence dans le toluène. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent complexant est choisi parmi les amines tertiaires oxygénées, et les polyéthers oxygénés, soufrés cycliques ou macrocycliques. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les amines tertiaires oxygénées répondent & la formule: ( N [CHR - CHR2 - O - (CHR3 - CHR4 - 0)- R dans laquelle n est un nombre entier supérieur ou égal & 0 et inférieur ou égal à 10 environ (O étant compris entre 1 et environ 12. 16. 7. Procède selon la revendication 5 caractérise en ce que les agents complexants répondent aux formules II suivantes: R,0 - YA - D A - Y - Rli A à A /\/\ Y \ R, - Y D D Y - R,, A A " (DII A' R1, -. \'Y, dans lesquelles - Y représente O, N ou P - A représente un groupement alkyléne ayant de 1 à 3 atomes de carbone. - D représente O, S ou N-R,1 o R,, représente un radical alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone. - R, peut représenter un radical alkyle ayant 1 à 6 atomes de carbone, p, q et r identiques ou différents sont des nombres entiers compris entre 1 et 5. 8. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'amine oxygénée est la trisdioxaheptylamine. 9. Procédé selon les revendications 5 et 7 caractérisé en ce que le polyéther est le diéther méthylique du diéthyléne glycol. 10. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le polyéther est le dioxanne.