Brevet FR2655334A1 — publié le 19910607

L'invention concerne un procédé de préparation de chlorures d'acides carboxyliques chlorés Elle concerne plus particulière- ment un procédé de préparation de chlorures d'acides carboxyliques aliphatiques chlorés par phosgénation de lactones aliphatiques. Le brevet FR n'1 080 261 décrit la préparation de chlorures d'acides carboxyliques chlorés par phosgénation de lactones en par- ticulier de la 4-butyrolactone en présence de pyridine comme cataly- seur à une température de 120 'C Mais il est difficile de reprodui- re les résultats mentionnés, en particulier ceux de l'exemple 2, comme il est indiqué dans la demande de brevet européen n' 253 214. Dans l'article de D J Burton et W M Koppes (J Org Chem, Vol 40, N 21, 1975, pp 3026 à 3031), le chlorure aromatique d'or- thochlorométhylbenzoyle a été obtenu à partir de la lactone aromati- que correspondante avec un dichlorotriphénylphosphorane en excès mais ce composé est un réactif de laboratoire très cher qui n'est pas stable et est particulièrement sensible à l'hydrolyse De plus il réagit avec le chlorure d'acide formé et il est préférable de l'utiliser après s'a complexation avec un acide de Lewis tel que BF 3, ce qui rend encore plus compliqué le procédé A part la transforma- tion du phtalide mentionné aucun autre essai n'a été réalisé à par- tir d'autres lactones. Selon la demande de brevet européen EP n' 253 214 récemment déposée on effectue la phosgénation de lactones telle que les buty- rolactone, valérolactone ou caprolactone en présence d'un sel d'am- monium quaternaire à température élevée et de préférence en présen- ce également d'acide chlorhydrique Mais les sels d'ammonium quater- naires utilisés comme catalyseurs présentent l'inconvénient d'être plutôt instables à température élevée et perdent donc une partie de leur activité L'acide chlorhydrique employé en quantité importan- te est particulièrement corrosif à haute température et nécessite des installations et des précautions particulières Il se produit des réactions parasites La lactone polymérise et l'agitation cor- recte du milieu n'est pas aisée D'autres impuretés se forment par décomposition La mise en oeuvre de ce procédé est par conséquent difficile Plusieurs opérations successives sont nécessaires pour obtenir de bons rendements. Les chlorures d'acides carboxyliques chlorés sont particuliè- rement recherchés depuis plusieurs années comme intermédiaires de synthèse pour la fabrication de médicaments et de phytosanitaires, il existe donc un besoin de les obtenir de façon simple et économi- que ainsi qu'avec de bons rendements Ces chlorures doivent de plus présenter une bonne stabilité à la lumière et au stockage. Il a maintenant été trouvé que l'on pouvait préparer des chlo- rures d'acides carboxyliques chlorés de formule R' CH R 2 C C () l 1 Ci O dans laquelle R 2 représente le radical (CH 2)n, N étant un nombre en- tier de 2 à 4, ou le radical -CHZ-C(C 6 H 5)2 et RI représente un atome d'hydrogène ou un radical al- kyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, par réaction des lactones de formule R 2 R CH C -O (II) \ / o dans laquelle R' et R 2 ont les significations précédentes, avec du phosgène à une température comprise entre 90 et 180 'C, en utili- sant comme catalyseurs des oxydes ou des sulfures de phosphines trisubstitués de formule Yi Y 2 P X (III) Y 3 dans laquelle YI, y 2 et Y 3 identiques ou différents représentent chacun un radical alkyle linéaire ou ramifié ayant jusqu'à 18 ato- mes de carbone ou un radical phényle qui peut porter un ou plu- sieurs groupes alkyles ayant jusqu'à 4 atomes de carbone et X repré- sente un atome d'oxygène ou dans laquelle YI, Y 2 et Y 3 identiques ou différents représentent chacun un radical phényle qui peut por- ter un ou plusieurs groupes alkyles ayant jusqu'à 4 atomes de carbo- ne et X représente un atome de soufre, ou les produits de réaction des composés de formule III avec des agents chlorurants, ou encore des mélanges de ces composés. Les lactones qui peuvent être transformées selon le procédé selon l'invention sont de préférence les lactones de formule II dans laquelle R 1 représente un atome d'hydrogène ou un radical mé- thyle A titre d'exemple on peut citer la 4-butyrolactone, la 4-va- lérolactone, la 5-valérolactone, la 6-caprolactone, la 2,2-diphé- nyl-4-butyrolactone. Des catalyseurs qui conviennent bien dans le cadre de la pré- sente invention sont les composés de formule III dans lesquels Y', y 2 et Y 3 identiques ou différents représentent un radical alkyle li- neaire ou ramifié ayant de 4 à 12 atomes de carbone ou un radical phényle qui peut porter un ou plusieurs groupes méthyles. Les composés de formule III dans laquelle Y', Y 2 et Y 3 sont identiques et représentent chacun un radical alkyle linéaire ou ra- mifié ayant de 6 à 10 atomes de carbone ou un radical phényle con- viennent particulièrement bien. On peut également remplacer les composés de formule III par leurs produits de réaction avec des agents chlorurants connus tels que le chlorure d'oxalyle, le chlorure de thionyle, le phosgène et le pentachlorure de phosphore, qui sont obtenus de façon classique par mélange des composés. On peut également employer un mélange des composés de formu- le III et de ces produits de réaction. Comme exemples de catalyseurs utilisables selon l'invention on peut citer l'oxyde de tributylphosphine, l'oxyde de trioctylphos- phine, l'oxyde de tridodécylphosphine, l'oxyde de triphénylphosphi- ne, le sulfure de triphénylphosphine. Les catalyseurs préférés dans le cadre de la présente inven- tion sont l'oxyde de trioctylphosphine et l'oxyde de triphénylphos- phine. Des quantités très faibles des catalyseurs précédemment dé- crits sont suffisantes pour la bonne réalisation du procédé Elles sont généralement comprises entre 0,1 et 5 % en mole par rapport à la lactone de départ et de préférence entre 0,5 et 2,5 %. La température de réaction peut être comprise entre 90 et 'C Elle est de préférence comprise entre 120 et 160-C. La réaction est de préférence effectuée en absence de sol- vant On peut cependant ajouter un milieu solvant inerte vis à vis des composés présents dans le milieu, en particulier du phosgène. Comme solvants on peut citer par exemple les solvants aromatiques chlorés ou non ayant un point d'ébullition suffisamment élevé tels que le monochlorobenzène, le dichlorobenzène, l'isopropylbenzène et les xylènes. Le phosgène est généralement ajouté en quantité stoechiométri- que ou en excès Cet excès est de préférence compris entre 10 et %. Le procédé selon la présente invention peut être mis en oeu- vre soit en discontinu soit en continu à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de la pression atmosphérique dans des dis- positifs de phosgénation connus. Selon un mode opératoire approprié, la lactone, le cataly- seur et éventuellement le solvant sont tout d'abord introduits dans le réacteur Le milieu réactionnel est chauffé à la température choisie puis on fait passer progressivement le phosgène gazeux dans le milieu Le dioxyde de carbone formé et le phosgène en excès sont refroidis dans un condenseur A la fin de la réaction le milieu est refroidi, on fait passer un courant d'azote Le chlorure d'acide chloré formé peut être isolé de façon habituelle, par exemple par distillation ou par cristallisation. Le procédé selon l'invention permet à partir de matières pre- mières disponibles sur le marché d'obtenir avec des rendements éle- vés des chlorures d'acides carboxyliques chlorés de grande pureté qui présentent de plus une excellente stabilité à la lumière et à la chaleur. Les oxydes de phosphîne utilisés comme catalyseurs sont très stables dans les conditions de la présente réaction et peuvent être utilisés une ou plusieurs fois avec la même efficacité Il est donc possible de les recycler ou de réutiliser le résidu de distillati- on pour une nouvelle opération. Les chlorures d'acides carboxyliques chlorés obtenus sont par- ticulièrement utiles comme intermédiaires de synthèse par exemple pour la préparation des cétones chlorés ou pour former des pro- duits pharmaceutiques tels que des neuroleptiques, des antiallergi- ques, des antidépresseurs et des antidiarrhéiques, ou des produits phytosanitaires tels que des insecticides. Les exemples suivants illustrent l'invention: Exemple 1 Dans un réacteur de phosgénation, comportant un thermomètre, un agitateur, une arrivée de gaz et un condenseur, on introduit 172 g ( 2 moles) de 4-butyrolactone et 5,6 g ( 0,02 mole) d'oxyde de triphénylphosphine On chauffe le mélange à 140 'C et on fait barbo- ter le phosgène gazeux. Après avoir introduit 240 g de phosgène en 9 h de temps de réaction, le milieu réactionnel est refroidi et dégazé par bullage d'azote Une distillation sous pression réduite permet de récupé- rer 233,5 g de chlorure de chloro-4-butyroyle, soit un rendement de 82 % (point d'ébulltion: 820 C sous 33 ma Hg) La pureté de ce chlorure déterminée par analyse CPG est de 99 %. Exemple 2 Dans un réacteur de 4 1, muni des mêmes dispositifs que précé- demment, on introduit 2 500 g ( 29 moles) de 4-butyrolactone, 80 g ( 0, 285 mole) d'oxyde de triphénylphosphine Le milieu est chauffé à C et le phosgène gazeux est introduit lentement La transforma- tion est complete au bout de 12 h après avoir introduit 3 200 g de phosgène ( 32,3 moles). Après dégazage et distillation sous pression réduite, on ob- tient 3 560 g de chlorure de chloro-4-butyroyle dont la pureté dé- terminée par analyse CPG est de 99 %, soit un rendement de 86 % (point d'ébullition 70 C sous 20 mm Hg). Exem Dle 3 Dans un réacteur de 4 1, du même type que celui de l'exemple 2, on introduit 2 500 g ( 29 moles) de 4-butyrolactone, 500 g du pied de cuve de l'opération décrite à 1 'exemple 2 contenant l'équi- valent de 80 g ( 0,285 mole) d'oxyde de triphénylphosphine Le mi- lieu est chauffé à 140 C et le phosgène gazeux est introduit lente- ment La transformation est complète au bout de 13 h après avoir in- troduit 3 400 g de phosgène ( 34,34 moles) Après dégazage et distil- lation sous pression réduite, on obtient 3 640 g de chlorure de chloro-4butyroyle ( 25,8 moles) de pureté 98,9 % (analyse CPG), soit un rendement de 88,9 % (point d'ébullition: 70 'C sous 20 mm Hg). Les résultats des tests de stabilité à la lumière et en en- ceinte climatique du chlorure obtenu sont les suivants: Stabilité à la lumière Coloration APHA Température: 20 'C Initiale: 30 Durée: 1 mois Final: 30 Stabilité en enceinte climatique Coloration APHA Température: 50 C Initiale: 30 Durée: 1 mois Final: 30 Exemple 4 Comme à l'exemple 1, on introduit dans le réacteur 172 g ( 2 moles) de 4-butyrolactone et 7,7 g ( 0,02 mole) d'oxyde de trioctyl- phosphine On chauffe le mélange à 150 C et on introduit 272 g de phosgène gazeux en 15 h Le milieu réactionnel est refroidi et déga- zé Une distillation sous pression réduite permet de récupérer 218,6 g de chlorure de chloro-4-butyroyle, pur à 98 % (analyse CPG), soit un rendement de 76 % (point d'ébullition 60 C sous 14 am Hg). Exemple 5 Comme à l'exemple 1, on introduit dans le réacteur 200 g ( 2 moles) de 4-valérolactone et 11,2 g ( 0,04 mole) d'oxyde de triphé- nylphosphine On chauffe le milieu à 150 C et on introduit 268 g de phosgène gazeux en 9 h Le milieu réactionnel est refroidi et déga- zé Le chlorure de chloro-4-méthyl-butyroyle est séparé par distil- lation (point d'ébullition: 68 "C sous 18 mm Hg) Le rendement est de 70 % par rapport à la 4-valérolactone ayant réagit. Exemple 6 Comme à l'exemple précédent, on introduit dans le réacteur g ( 2 moles) de 5-valérolactone et 11,2 g ( 0,04 mole) d'oxyde de triphénylphosphine On chauffe le mélange à 140 C Après avoir in- troduit 236 g de phosgène gazeux en 5 h, le milieu réactionnel est refroidi et dégazé Une distillation sous pression réduite permet de récupérer 217 g de chlorure de chloro-5-valéroyle, d'une pureté de 99 % (analyse CPG) soit un rendement de 70 % (point d'ébullition: 59 C sous 0,25 mm Hg). Exemple 7 Comme précédemment, on introduit dans le réacteur 228,4 g ( 2 moles) de 6-caprolactone et 5,6 g ( 0,02 mole) d'oxyde de triphé- nylphosphine On chauffe le mélange à 140 C et on introduit progres- sivement 265 g de phosgène gazeux La conversion de la lactone est complète au bout de 6 h Une distillation sous pression réduite per- met de séparer 270 g de chlorure de chloro-6-caproyle, d'une pureté de 99 %, soit un rendement de 79 % (point d'ébullition: 67 'C sous 0,3 mm Hg). Exemple 8 Comme précédemment, on introduit dans le réacteur 100 g ( 0, 419 mole) de 2,2-diphényl-4-butyrolactone et 1,15 g ( 4 x 10-3 mole) d'oxyde de triphénylphosphine On chauffe progressivement le milieu à 150 C et on introduit lentement 72 g de phosgène gazeux à cette température Après 15 h de réaction l'avancement de la réac- tion est de 60 % Le milieu est alors refroidi, puis dégazé à l'azo- te Par distillation on obtient le chlorure de 2,2-diphényl-4-chlo- ro-butyroyle Point d'ébullition 200 C sous 0,9 mm Hg. Revendications 1 Procédé de préparation des chlorures d'acides carboxyliques chlo- rés de formule R 1 CH R 2 C C (I) l I Ci O dans laquelle R 2 représente le radical (C Hz)n, N étant un nombre en- tier de 2 à 4, ou le radical -CH 2-C(C 6 H 5)z 2 et R 1 représente un atome d'hydrogène ou un radical alky- le ayant de 1 à 4 atomes de carbone, par réaction des lactones de formule R 2 /1 \ 11, R 1 -CH C O (II) \O dans laquelle R' et R 2 ont les significations précédentes, avec du phosgène, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une tem- pérature de 90 à 180 'C en utilisant comme catalyseurs des oxydes ou sulfures de phosphines trisubstitués de formule Yi Y 2 p X (III) y 3 dans laquelle y', Y 2 et Y 3 identiques ou différents représentent chacun un radical alkyle linéaire ou ramifié ayant jusqu'à 18 ato- mes de carbone ou un radical phényle qui peut porter un ou plu- sieurs groupes alkyles ayant jusqu'à 4 atomes de carbone et X repré- sente un atome d'oxygène ou dans laquelle yl, y 2 et Y 3 identiques ou différents représentent chacun un radical phényle qui peut por- ter un ou plusieurs groupes alkyles ayant jusqu'à 4 atomes de carbo- ne et X représente un atome de soufre, ou les produits de réaction des composés de formule III avec des agents chlorurants, ou encore des mélanges de ces composés. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cataly- seur est ajouté en proportions comprises entre 0,1 et 5 %, de préfé- rence entre 0,5 et 2,5 % en mole par rapport à la lactone. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes carctérisé en ce que Yl, y 2 et Y 3 représentent chacun un radical al- kyle linéaire ou ramifié ayant de 4 à 12 atomes de carbone ou un ra- dical phényle qui peut porter un ou plusieurs groupes méthyles. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce que le phosgène est ajouté en quantité stoechiomé- trique ou en excès, de préférence compris entre 10 et 20 % en mole par rapport à la lactone. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce que yl, y 2 et Y 3 sont identiques et représentent chacun un radical alkyle linéaire ou ramifié ayant de 6 à 10 ato- mes de carbone ou un radical phényle. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce que le catalyseur utilisé est l'oxyde de trioctyl- phosphine ou l'oxyde de triphénylphosphine. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce que la température est comprise entre 120 et 160 'C. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes ca- ractérisé en ce que la réaction a lieu dans un milieu solvant iner- te vis à vis des composés présents choisis parmi les hydrocarbures aromatiques chlorés ou non. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que Rl représente un atome d'hydrogène ou un radi- cal méthyle. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la lactone est choisie parmi la 4-butyrolacto- ne, la 4-valérolactone, la 5-valérolactone, la 6-caprolactone, la 2, 2diphényl-4-butyrolactone.