Brevet FR2646441A1 — publié le 19901102

Procédé d'électrosymthèse d'un ester bêta gamma insaturé L'invention concerne un procédé d'électrosynthèse d'un ester bêta gamma insaturé à partir d'un ester alphahalogéné et d'un halogénu- re alpha bêta insaturé, uis en oeuvre dans une cellule d'électroly- se en milieu solvant organique. Les esters bêta gamma insaturés, comme par exemple les esters aryla- cétiques et les esters arylproprioniques, sont notamment des inter- médiaires de synthèse de produits pharmaceutiques ou phytosanitai- res. FR 2 573 072 décrit en particulier la synthèse chimique d'esters arylacétiques et d'esters arylpropioniques par réaction d'un ester alphahalogéné et d'un complexe organonickelé de formule ArNiXL2 dans laquelle Ar représente un groupement aryle, X un atome d'halo- gène et L une phosphine tertiaire. Le complexe est préparé dans une cellule d'électrolyse à comparti- ments séparés par réduction, en milieu solvant organique, d'un halo- génure de nickel et d'un halogénure aromatique en présence de phos- phine tertiaire selon la réaction: ArX + NiXz + L2 + 2e- - ArNiXL2 + 2X- L'anode est inerte et la réaction nécessite la présence d'un élec- trolyte support. Selon ce procédé, le complexe organonickelé n'est pas un cataly- seur mais un réactif utilisé en quantité stoechiométrique, c'est-à- dire qu'on ne peut obtenir, en moles, plus d'ester bêta gamma insa- turé que de complexe organonickelé mis en oeuvre. Or ce complexe est couteux et peu stable. Par ailleurs la synthèse des esters arylpropioniques et des esters arylacétiques à partir de ArX et d'esters alphahalogénés nécessite 2 étapes, une première électrochimique de synthèse du complexe orga- nonickelé puis une seconde purement chimique. Le but de la présente invention est de proposer un procédé simple et économique de synthèse en une seule étape d'un ester bêta gamma insaturé comme par exemple un ester arylacétique ou un ester aryl- propionique à partir d'un ester alphahalogéné et d'un halogénure al- pha bêta insaturé comme par exemple un halogénure aromatique ou un halogénure vinylique. Le procédé, selon la présente invention, d'électrosynthèse d'un es- ter bêta gamma insaturé à partir d'un ester alphahalogéné et d'un halogénure alpha bêta insaturé mis en oeuvre dans une cellule d'é- lectrolyse munie d'électrodes en milieu solvant organique est carac- térisé en ce qu'on électrolyse un mélange d'un halogénure alpha bê- ta insaturé et d'un ester alphahalogéné en présence d'une quantité inférieure à la stoechiométrie de la réaction entre l'halogénure et l'ester d'un catalyseur à base de nickel complexe par un ligand or- ganique bidentate biazoté, dans une cellule d'électrolyse n'ayant qu'un seul compartiment et munie d'une anode consommable en un mé- tal choisi dans le groupe constitué par les métaux réducteurs et leurs alliages. On entend par "quantité inférieure à la stoechiométrie de la réac- tion entre l'halogénure alpha bêta insaturé et l'ester alphahalogé- né", une quantité, en-moles, inférieure au nombre maximal de moles d'ester bêta gamma insaturé pouvant se former, c'est-à-dire une quantité, en moles, inférieure à celle la moins élevée entre le nom- bre de moles d'ester alphahalogéné et le nombre de moles d'halogénu- re alpha bêta insaturé présents, puisqu'une mole d'ester bêta gama insaturé est obtenue par réaction d'une mole d'ester alphahalogéné et d'une mole halogénure alpha bêta insaturé. On entend par "cellule non compartimentée" une cellule dans laquel- le les compartiments anodique et cathodique ne sont pas séparés et ne forment qu'un seul et unique compartiment. On entend par anode "consommable" une anode qui est consommée, de façon quasi stoechiométrique, au cours de la réaction électrochimi- que dont elle est le siège. Une telle anode est parfois appelée ano- de "soluble". On entend par "leurs alliages" tout alliage contenant au moins un métal réducteur. L'insaturation de l'halogénure alpha bêta insaturé peut être par exemple de nature éthylénique, ou faire partie d'un cycle aromati- que ou hétéroaromatique. Le procédé selon la présente invention, simple et peu couteux, per- met donc d'obtenir en une seule étape un ester bêta gamma insaturé à partir d'un ester alphahalogéné et d'un halogénure alpha bêta in- saturé, ce qui représente, par rapport aux procédés connus,'un pro- grès technique très important. De façon préférée, l'anode est en un métal choisi dans le groupe constitué par le zinc, l'aluminium, le magnésium et leurs alliages à savoir tout alliage contenant au moins du zinc, de l'aluminium ou du magnésium. De façon préférée l'ester bêta gamma insaturé répond à la formule générale R3 R4 c-c C - C"I R2 CH - COOR I dans laquelle R représente une chaîne aliphatique ou aromatique, substituée ou non substituée, de préférence une chaîne alkyle comportant de pré- férence 1 à 8 atomes de carbone, par exemple une chaîne méthyle, éthyle, n propyle, isopropyle, n butyle, isobutyle, pentyle, hexy- le, heptyle ou octyle, éventuellement substitutée par une chaîne C1-C4. Ri représente l'hydrogène ou une chaine aliphatique, substituée ou non substitué, de préférence une chaine alkyle comportant de préférence 1 à 4 atomes de carbone, par exemple une chaîne méthy- le, éthyle, n propyle, isopropyle, n butyle ou isobutyle. De façon préférée, Ri représente l'hydrogène ou le groupement mé- thyle. Rz représente l'hydrogène ou une chaîne aliphatique ou aromati- que, substituée ou non substituée, de préférence une chaîne alky- le comportant de préférence 1 à 4 atomes de carbone, par exemple 2646441; une chaine méthyle, éthyle, n propyle, isopropyle, n butyle ou isobutyle. R3 et R4, identiques ou différents, représentent l'hydrogène, ou une chaîne aliphatique ou aromatique, substituée ou non substitu- tée, ou bien encore et de préférence, R3 et R4 forment, avec les atomes de carbone auxquel ils sont fixés, un cycle ou hétérocyle aromatique, substitué ou non substitué, par exemple un cycle phé- nyle, naphtyle, pyridinyle ou thiophényle, éventuellement substi- tué par exemple par au moins un groupement éther comme -OCH3, ,0 ,0 70 -OC2Hs, -OC3H7, cétone comme -C, -C, -C CH3 C2Hs C3H7 nitrile, alkyle comme -CH3, -CzHs, -C3H7, -C4Hs, -CF3. Lorsque R3 ou R4 représente une chalne aliphatique, celle-ci peut être par exemple une chaîne alkyle comportant de préférence 1 à 4 atomes de carbone, par exemple une chaîne méthyle, éthyle, n propy- le, isopropyle, butyle ou isobutyle. Lorsque-R3 ou R4 représente une chaîne aromatique, celle-ci peut être par exemple un cycle phényle, naphtyle, pyridinyle ou thiophé- nyle, éventuellement substitué par exemple par au moins un groupe- ment éther comme -OCH3, -OCzHs, -OC3H7, cétone comme -C -C l, o, -C, -C, C, nitrile, alkyle comme -CH3, -C2H5, CH3 C2H5 C3H7 -C3H7, -C4H9, -CF3. De façon préférée, l'halogénure alpha bêta insaturé répond à la for- mule générale R3 R4 C= C R2 /\X dans laquelle R2, R3 et R4 ont la signification précitée et X repré- sente un atome de chlore, de brome ou d'iode, de préférence de bro- me ou d'iode, et l'ester alpha halogéné répond à la formule généra- le X'-CH-COOR dans laquelle R et Ri ont la signification précitée R1 Ri et X' représente un atome de chlore, de brome ou d'iode. De façon particulièrement préférée l'halogénure alpha bêta insatu- rée est un bromure aromatique, un iodure aromatique, un chlorure vi- nylique, un bromure vinylique ou un iodure vinylique et l'ester al- phahalogéné un chloroacétate non substitué ou monosubstitué en posi- tion alpha. L'équation réactionnelle traduisant la réaction mise en oeuvre dans le procédé selon la présente invention est la suivante R3 R4 catalyseur C C + X' - CH - COOR'+ 2e) R2 X] Ri R3 R4 / C\- C - CH - COOR + X - + X' - Ri, Ri On utilise de préférence un excès molaire d'ester alphahalogéné par rapport à l'halogénure alpha bêta insaturé mais on peut également opérer dans les conditions stoechiométriques. Le catalyseur à base de nickel complexé par un ligand organique bi- dentate biazoté est, par exemple obtenu par mélange d'un sel de ni- ckel, par exemple un halogénure de nickel comme le chlorure ou le bromure de nickel, et d'un ligand organique bidentate biazoté. On peut également utiliser comme sel de nickel, sans que cela soit li- aitatif, un perchlorate de nickel ou un fluoroborate de nickel. Le sel de nickel est parfois ocmmercialisé sous une forme ligandée, par exemple NiBr2(DME)2 dans lequel DME représente un ligand dimé- thoxyéthane. Le ligand organique bidentate biazoté est de préférence la 2,2' bi- pyridine (Bipy) mais on peut également uiliser, par exemple, l'or- thophénantroline ou la tétraméthyléthylènediamine (TMEDA). Le sel de nickel et le ligand sont de préférence utilisés en quantités stoechiométriques, mais on peut par exemple utiliser également un excès de ligand. Le catalyseur peut être préparé et isolé de façon indépendante. Il peut aussi être réalisé in situ dans le milieu réactionnel de l'é- lectrosynthèse de l'ester bêta gamma insaturé. La quantité de cata- lyseur mise en oeuvre est inférieure à la stoechiométrie de la réac- tion entre l'halogénure alpha bêta insaturé et l'ester alphahalogé- né. On utilise de préférence entre 1 et 20 X de catalyseur par rap- port à la stoechiométrie, de préférence environ 10 %. De façon inattendue, on a constaté qu'on obtenait de meilleurs ren- dements lorsqu'on ajoute progressivement l'ester alphahalogéné en cours d'électrolyse ou lorsqu'on opère en présence d'un sel d'un mé- tal réducteur comme par exemple un sel de zinc. La concentration, dans le solvant organique, en halogénure alpha bê- ta insaturé et en ester alphahalogéné peut être quelconque. Elle est en général comprise entre 0,1 et 0,5 M. La cathode, inerte, est un métal quelconque tel que l'acier inoxyda- ble, le nickel, le platine, le cuivre, l'or, ou du graphite. Elle est constituée, de façon préférée, par une grille ou une plaque cy- lindrique disposée concentriquement autour de l'anode. Les électrodes sont alimentées en courant continu par l'intermédiai- re d'une alimentation stabilisée. Les solvants organiques utilisés dans le cadre de la présente inven- tion sont les solvants peu protiques usuellement utilisés en élec- trochimie organique. On peut citer par exemple le diméthylformami- de (DMF), l'acétonitrile, la N-méthylpyrrolidone (NMP), l'hexamé- thylphosphorotriamide (HMPT) et les mélanges de ces produits. On utilise de préférence le DMF. Il n'est pas indispensable d'ajouter un électrolyte support dans le milieu réactionnel, celui-ci étant suffisamment conducteur. Cela re- présente un avantage certain et contribue à la simplicité du procé- dé selon l'invention. On peut toutefois ajouter un électrolyte sup- port pour rendre le milieu plus conducteur. Dans ce cas, les élec- trolytes support utilisés sont ceux habituellement utilisés en élec- trochimie organique. On peut citer par exemple les sels dont l'a- nion est un halogénure, un perchlorate ou un fluoroborate et le ca- tion un ammonium quaternaire, le lithium, le-sodium, le potassium, le magnésium, le zinc ou l'aluminium. La densité de courant sur la cathode est de préférence choisie en- tre 0,2 et 5 A/dm2. On opère, de façon préférée, à intensité cons- tante, mais on peut également opérer à tension constante, à ponten- tiel contrôlé, ou avec intensité et potentiel variables. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs qui vont suivre. Pour réaliser ces exemples, on utilise une cellule classique non compartimentée. La partie supérieure de la cellule est en verre et est équipée de 5 tubulures qui permettent l'arrivée et la sortie de gaz, les prélève- ments éventuels de solution en cours d'électrolyse, les passages électriques et le passage de l'anode par une tubulure centrale. La partie inférieure est constituée par un bouchon muni d'un joint en téflon, vissé sur la partie supérieure en verre. Le volume utile est d'environ 35 cm3. L'anode est un barreau cylindrique d'environ 1 cm de diamètre qui plonge dans la solution sur une longueur d'environ 3 cm. Elle se trouve en position axiale par rapport à la cellule. La cathode est constituée par une toile de carbone disposée concen- triquement autour de l'anode. Sa surface apparente est de l'ordre de 20 cm2. Le solvant est purifié par distillation sous vide. La solution est agitée par l'intermédiaire d'un barreau aimanté et l'électrolyse a lieu à température ambiante. Les produits obtenus sont dosés, isolés, purifiés et identifiés se- lon des méthodes classiques. Exemples 1 à 17 - Synthèse de divers propionates de méthyle bêta ga- ma insaturés On introduit dans la cellule 30 cn3 de DMF, 10 mmol d'halogénure al- pha bêta insaturé, 20 mmol d'alphachloropropionate de méthyle, 0,5 mmol de bromure de tétrabutylammonium et 1 mmol de catalyseur $ NiBrzBipy. On dégaze la solution par barbotage d'argon puis on maintient sous atmosphère inerte d'argon par une légère surpression de ce gaz. On électrolyse ensuite la solution à intensité constante de 200 mA jusqu'à disparition de l'halogénure alpha bêta insaturé, contrôlée par chromatographie en phase gazeuse. On hydrolyse ensuite le milieu réactionnel pour 100 cm3 d'une solu- tion aqueuse à 3 % d'acide chlorhydrique puis on réalise une extrac- tion par 3 fois 70 cm3 d'éther diéthylique. Après réunion des phases éthérées, on lave à l'eau distillée, sè- che sur MgSO4 puis concentre sous vide partiel le mélange ainsi ob- tenu. On purifie alors le produit obtenu par chromatographie sur colonne de silice puis on l'identifie, notamment par Résonnance Magnétique Nucléaire du proton et spectrométrie de masse. Le tableau suivant précise pour chaque exemple la nature de l'halo- génure alpha bêta insaturé, la nature de l'anode consommable, la nature du propionate de méthyle bêta gamma insaturé obtenu et le rendement correspondant en propionate de méthyle bêta gamma insatu- ré isolé et purifié, exprimé par rapport à l'halogénure alpha bêta insaturé de départ et déterminé par pesée du produit. Pour l'exemple 2 on a rajouté 5 mmol de ZnClz dans le milieu réac- tionnel. Pour l'exemple 6 on ajoute l'alphachloropropionate de méthyle gout- te à goutte, en continu au cours de l'électrolyse. EX Halogénure alpha bêta Ano-Propionate de méthyleIRdt _ insaturé de bêta gamma insaturé ( Zn 2 I ACH3 / 60| 3,,Mg COOCH3 40 A1 6 42- Br Al S61 40 0, C X BrZn 0 CH3 8 CH8 AI CH3 \COOCH3 13 CH3 9 CH3 _' r I Al CH3 85 - COOCH3 il CF3 Br Ai CF3 H 66 "3',COOCH3 o10 EX Halogénure alpha bêta Ano- Propionate de méthyle Rdt _ insaturé de bêta gamma insaturé (%) / CHa 12 CN --Br Ai CN- H 70 _/ _.._, _\COOCH3 ---Br CH CCH A13 à- \ Ai \COOCH340 14 Ai 35 231k S/ \COOCH3 xx S S ""N COOCH3 16 \cH=CHBr Ai X CH=CH-CH 60 R ci x. \ CH3 17 CH2=C Ai CH2 = C-CH 25 C_3 CH3Ä COOCH3 l! Exemple 18 Synthèse du phénvl-2 propionate de méthyle à partir d'ai- phabromopropionate de méthyle On opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 4 mais en utilisant 1'alphabromopropionate de méthyle au lieu de l'alpha- chloropropionate de méthyle. Le rendement est de 26 % en produit pur isolé. Exemple 19 Influence du solvant On opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 12 mais on utilise l'acétonitrile comme solvant au lieu du DMF. Le rende- ment en paracyanophényl-2 propionate de méthyle pur isolé est de 28 %. Exemples 20 et 21 Influence de la concentration du catalyseur Pour l'exemple 20, on opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 12 mais on utilise 0,1 mmol de NiBrzBiby au lieu de 1 mmol (soit I % par rapport à la stoechiométrie au lieu de 10 %) Le rendement en paracyanophényl-2 propionate de méthyle pur isolé est de 60 %. Pour l'exemple 21, on opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 5 mais d'une part on utilise 5 mmol de NiBrzBiby au lieu de 1 mmol et d'autre-part on opère en l'absence de bromure de tétra- butylammonium. Le rendement en phényl-2 propionate de méthyle pur isolé est de 30 %. Cet exemple montre également qu'on peut opérer en l'absence de l'ajout d'un électrolyte support dans le milieu réactionnel. * Exemples 22 et 23 Influence de la nature du catalyseur On opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 4 mais en utilisant comme catalyseur, au lieu de NiBr2Bipy, NiCl2 orthophé- nantroline pour l'exemple 22 et NiBrz (TMEDA) pour l'exemple 23. Pour l'exemple 23, le catalyseur est obtenu in situ dansle milieu réactionnel par introduction de 1 mmol de NiBr2 (DME)z et 1 mmol de TMEDA. Le rendement en phényl-2 propionate de méthyle pur isolé est de 73 % pour l'exemple 22 et 10 % pour l'exemple 23. Exemples 24 à 26 Synthèse du phenylacétate de méthyle Pour l'exemple 24, on opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 4 mais en remplaçant l'alphachloropropionate de méthyle par de l'alphachloroacétate de méthyle. On obtient le phénylacétate de méthyle avec un rendement de 70 X en produit pur isolé. Pour l'exemple 25, on opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 24 mais en remplaçant l'anode d'aluminium par une anode en zinc et le bromure de tétrabutylammonium (0,5 mmol) par du tétra- fluoroborate de tétrabutylammonium (1 mmol). On obtient le phénylacétate de méthyle avec un rendement de 65 % en produit pur isolé. Pour l'exemple 26, on opère dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 25 mais en remplaçant l'iodobenzène par du bromobenzène. On obtient le phénylacétate de méthyle avec un rendement de 20 % en produit pur isolé. Revendications 1. Procédé d'électrosynthèse d'un ester bêta gamma insturé à par- tir d'un halogénure alpha bêta insaturé et d'un ester alphahalogé- né mis en oeuvre dans une cellule d'électrolyse munie d'électrodes en milieu solvant organique caractérisé en ce qu'on électrolyse un mélange d'un halogénure alpha, bêta insaturé et d'un ester alphaha- logéné en présence d'une quantité inférieure à la stoechiométrie de la réaction entre l'halogènure et l'ester d'un catalyseur à base de nickel complexé par un ligand organique bidentate biazoté, dans une cellule d'électrolyse n'ayant qu'un seul compartiment et munie d'u- ne anode consommable en un métal choisi dans le groupe constitué par les métaux réducteurs et leurs alliages. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'anode est en un métal choisi dans le groupe constitué par le zinc, l'alu- minium, le magnésium et leurs alliages. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que * l'ester bêta gamma insaturé répond à la formule générale R4 R3 C C CH - COOR R2 Ri dans laquelle R représente une chaîne aliphatique ou aromatique, substituée ou non substitué, de préférence avec une chaîne alkyle compor- tant de préférence 1 à 8 atomes de carbone; Ri représente l'hydrogène ou une chaîne aliphatique, substi-- tuée ou non substitué, de préférence une chaîne alkyle compor- tant de préférence 1 à 4 atomes de carbone; Rz représente l'hydrogène ou une chaine aliphatique ou aromati- que, substituée ou non substituée, de préférence une chaîne al- kyle comportant de préférence 1 à 4 atomes de carbone; 35. R3 et R4, identiques ou différents, représentent l'hydrogène 264644 1 ou une chaîne aliphatique ou aromatique, substitué ou non subs- titué, ou bien encore R3 et R4 forment, avec les atomes de car- bone auxquels ils sont fixés, un cycle ou hétérocycle aromati- que, substitué ou non substitué. * l'halogénure alpha, bêta insaturé répond à la formule générale Ra3 R4 C = C dans laquelle Rz, R3 et R4 ont la signification Rú X précitée et X représente un atome de chlore, de brome ou d'iode, de préférence de brome ou d'iode. * l'ester alphahalogéné répond à la formule générale X'-CH-COOR I Ri dans laquelle R et Ri ont la signification précité et X' représen- te un atome de chlore, de brome ou d'iode. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que Ri repré- sente l'hydrogène ou le groupement méthyle. 5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que R3 et R4 forment, avec les atomes de carbone auxquels ils sont fixés, un cy- cle ou hétérocycle aromatique, substitué ou non substitué, de préfé- rence un cycle phényle ou naphtyle, substitué ou non substitué. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce que le catalyseur à base de nickel complexé par un ligand organique bidentate biazoté est obtenu par mélange d'un sel de nickel et d'un ligand organique bidentate, biazoté, de préféren- ce la 2,2'-bipyridine. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le mélan- ge du sel de nickel et du ligand organique bidentate biazoté est réalise in situ dans le milieu réactionnel de l'électrosynthèse de l'ester bêta gamma insaturé. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce qu'on utilise entre 1 et 20 %, de préférence envi- ron 10 X, de catalyseur à base de nickel par rapport à laostoechio- métrie de la réaction entre l'halogènure alpha, bêta insaturé et l'ester alphahalogéné. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce qu'on ajoute progressivement l'ester alphahalogéné en cours d'électrolyse. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'absence de l'ajout d'un électrolyte support dans le milieu réactionnel.