Brevet FR2677979A1 — publié le 19921224

i SYNTHESE D'UN BROMURE DE PERFLUOROALKYLE PAR PHOTOBROMATION DE L'IODURE CORRESPONDANT La présente invention concerne le domaine des bromures RF Br, RF désignant un radical perfluoroalkyle, linéaire ou ra- mifié, contenant de 2 à 14 atomes de carbone Elle a plus par- ticulièrement pour objet la préparation du bromure de n. perfluorooctyle C 8 F 17 Br (ci-après désigné par l'abréviation PFOB). On sait que les composés RF Br et plus particulièrement le PFOB présentent des propriétés très intéressantes dans le do- maine médical comme agents de contraste (radiologie) ou comme transporteurs d'oxygène (sang artificiel) Leur futur dévelop- pement dans ces applications apparaît être important Aussi est-il nécessaire d'être en mesure de les produire industriel- lement par un procédé économique avec une très grande pureté. Parmi les méthodes connues pour préparer les composés RF Br, on peut d'abord signaler: l'action du brome sur un composé RFSF 5 à 5000 C en pré- sence de nickel (brevet US 3 456 024); la photolyse en phase gazeuse d'un composé RFH par Br- Cl ou Br-F (J L Adcock et al, CA 100, 34092 e) ou par Br 2 (brevet FR 1 512 068). La faiblesse des rendements obtenus et/ou l'utilisation de dérivés fluorés non disponibles industriellement ne permet- tent pas une production économique des composés RF Br à l'échelle industrielle. Dans son brevet EP O 298 870 et sa demande de brevet EP 90403118 4, la Demanderesse a décrit des procédés de fabri- cation des composés RF Br à partir des chlorures de perfluo- roalcane-sulfonyle RFSO 2 Cî correspondants qu'on fait réagir soit avec H Br gazeux en présence d'un catalyseur (EP O 298 870), soit avec un bromure d'ammonium ou de phospho- nium quaternaire (EP 90403118 4) Les rendements obtenus sont généralement élevés, mais le sulfochlorure RFSO 2 Cî utilisé est une matière première déjà très élaborée puisque sa synthèse à partir de l'iodure correspondant RFI nécessite deux étapes ré- actionnelles suivant l'équation: Zn 2 C 12 2 RFI + 2 502 > (RFSO 2)2 Zn 2 RFSO 2 Cl + Zn C 12 La voie la plus directe d'obtention des composés RF Br consiste évidemment en une bromation radicalaire des iodures correspondants RFI, ces derniers étant des produits dispo- nibles en quantités industrielles. Dans International Journal of Chemical Kinetics, Vol II, 273-285 ( 1975), E N Okafo et E Whittle décrivent la ciné- tique de bromation thermique de CF 3 I dans un réacteur photo- chimique entre 173 et 321 WC, en vue de déterminer l'énergie de dissociation de la liaison C-I. Dans J Chem Soc 1953, 3761-8, R N Haszeldine a décrit un procédé photochimique de réaction des RFI avec du brome en opérant en tube scellé avec un excès de brome ( 10 %) et en ir- radiant par une lumière UV pendant sept jours La température réactionnelle et la pureté obtenue ne sont pas précisées; il est simplement indiqué que le rendement est supérieur ou égal à 90 % selon la longueur de la chaîne perfluorée RF. Dans les exemples de la demande japonaise Kokai 85-184033 qui décrit la réaction des RFI avec Br 2 en présence d'un ini- tiateur chimique de radicaux, les rendements indiqués ne dé- passent pas 42 %. La faiblesse des rendements obtenus et/ou la cinétique lente de ces techniques, ainsi que la transformation toujours incomplète du RFI, ne permettent pas d'envisager une exploita- tion industrielle En effet, compte tenu des applications vi- sées (domaine médical), les composés RF Br et plus spécifique- ment le PFOB doivent présenter une grande pureté, en particu- lier un très faible teneur en iodures RFI qui sont instables dans le temps avec développement d'une coloration rosée et difficilement séparables par distillation, leur point d'ébullition étant proche de celui du bromure correspondant. Il a par ailleurs été constaté que, si l'on procède à la photobromation d'un RFI selon la technique classique, c'est-à- dire en introduisant le RFI et un excès de Br 2 dans un réacteur photochimique muni d'une lampe émettant dans les lon- gueurs d'onde comprises entre 300 et 650 nm, le RFI se trans- forme en RF Br avec une cinétique assez rapide au début, puis la vitesse de la réaction diminue très rapidement pour s'arrêter à un taux de transformation global inférieur à 20 %. Il a maintenant été trouvé qu'il est néanmoins possible de bromer photochimiquement un iodure de perfluoroalkyle RFI en RF Br avec une conversion quasi-quantitative si la photobro- mation est effectuée en milieu dilué en utilisant comme sol- vant du RFI, soit le composé RF Br lui-même, soit un solvant inerte tel que, par exemple, CC 14 ou C 2 F 3 C 13. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'un bromure de perfluoroalkyle RF Br par bromation photochi- mique de l'iodure correspondant RFI, caractérisé en ce que l'on soumet à la photobromation une solution du RFI dans un solvant, la concentration en RFI de ladite solution étant au plus égale à 0,5 mole/litre. La solubilité du RFI dans le solvant (de préférence RF Br) est bien supérieure à 0,5 mole/litre, mais les expériences ef- fectuées ont montré que sa concentration dans la solution sou- mise à la photobromation ne doit pas excéder cette valeur pour obtenir une conversion pratiquement complète de l'iodure RFI. Pour la cinétique de la réaction, il est d'ailleurs préférable d'opérer à une concentration en RFI inférieure à 0,35 mole/litre et, avantageusement, inférieure à 0,2 mole/litre. La solution de départ peut être préparée par simple mé- lange du RFI et du solvant, mais on peut également utiliser le produit obtenu par bromation thermique ménagée de l'iodure RFI, ce produit pouvant éventuellement être dilué par addition de RF Br pour l'amener à la concentration désirée en RFI. La photobromation peut être effectuée en discontinu ou en continu, dans tout réacteur photochimique, par exemple dans un photoréacteur à immersion ou à film tombant, équipé d'une en- veloppe de lampe en quartz ou pyrex et muni d'une lampe émet- tant dans les longueurs d'onde comprises entre 300 et 650 nm. Le brome est de préférence introduit progressivement de façon à absorber complètement la lumière La quantité totale de brome à utiliser est d'au moins une mole par mole de RFI présent dans la solution initiale, mais on préfère utiliser un excès de brome de 10 à 100 %, en particulier 25 % environ. La photobromation selon l'invention peut être menée à une température comprise entre 100 C et le point d'ébullition du solvant, mais on opère de préférence entre 10 et 500 C. L'opération est avantageusement réalisée à pression atmosphé- rique, mais on ne sortirait pas du cadre de la présente inven- tion en travaillant sous légère pression ou dépression. Le procédé selon l'invention s'applique aussi bien à la préparation d'un RF Br spécifique (par exemple C 6 F 13 Br, C 8 F 17 Br, C 1 OF 2 l Br,) qu'à celle d'un mélange de différents RF Br à partir d'un mélange des RFI correspondants. Les exemples suivant illustrent l'invention sans la limi- ter Pour suivre le déroulement de la réaction au cours du temps, on prélève des échantillons et, après réduction et éli- mination de l'iode et du brome libres, on les analyse par chromatographie en phase gazeuse (détecteur à conductivité thermique) Le taux de transformation global (TTG) du RFI est calculé par la formule suivante: RFI initial RFI résiduel TTG = 100 X RFI initial La limite de détection de l'appareil étant d'environ 1000 ppm pour le RFI, on considère avoir obtenu un TTG de % lorsque cette limite de détection est atteinte. EXEMPLE 1 (Comparatif) Dans un réacteur photochimique à immersion d'une capacité de 150 ml, muni d'une lampe PHILIPS HPK 125 et d'une agitation magnétique, on charge 270 g ( 140 ml) d'iodure de perfluoro- octyle (pureté > 99,5 %), puis on irradie ce composé à 20 C tout en introduisant du brome, cette introduction étant effectuée goutte à goutte de telle sorte que l'absorption du brome soit totale. Après 24 heures d'irradiation, on prélève un échantillon ( 2 ml) et le traite avec une solution aqueuse de sulfite de sodium Son analyse CPG montre que la teneur en PFOB (C 8 F 17 Br) est de 12,5 % en poids, ce qui correspond à un TTG de 13,5 %. On poursuit l'irradiation du mélange réactionnel pendant encore 15 heures à 550 C L'analyse CPG du brut réactionnel in- dique alors une teneur en PFOB de 18,7 % en poids, soit un TTG de seulement 20,1 %. EXEMPLE 2 Dans le même appareillage qu'à l'exemple 1, on charge ml d'une solution de 10 g ( 18,3 millimoles) d'iodure de perfluorooctyle dans le PFOB (soit une concentration molaire en C 8 F 17 I de 0,13 mole/litre). On irradie ensuite cette solution à 15-200 C tout en in- troduisant du brome goutte à goutte Après 18 heures d'irradiation, la concentration en C 8 F 17 I du brut réactionnel est devenue inférieure à la limite de détection ( 0,1 %) le TTG est considéré comme étant égal à 100 %. EXEMPLES 3 A 5 On répète l'exemple 2 en faisant varier la quantité de C 8 F 17 I dissous dans le PFOB, à savoir 6 g pour l'exemple 3 g pour l'exemple 4 g pour l'exemple 5 (comparatif) le volume de solution restant le même ( 140 ml). Pour les exemples 3 et 4, on obtient un TTG de 100 % après respectivement 12 heures et 49 heures d'irradiation. Dans le cas de l'exemple 5, le TTG plafonne à 75 % après heures d'irradiation. Le tableau suivant résume les résultats des exemples 1 à précédents. C 8 F 17 I dans PFOB (a)Durée Cs F 17 I EXEMPLE d'irra résiduel TTG % poids mole/litre d ati onpoids (heures) (%poids)% com 100 3,54 39 (b) 81,3 20,1 paratif 2 3,7 0,13 18 3 2,2 0,08 12 4 9,25 0,33 33 0,2 98 49 18,5 0,66 33 5,6 70 com 50 4,7 75 paratif (a) Pas de PFOB à l'exemple 1 (b) 24 heures à 30 C, puis 15 heures à 55 C EXEMPLE 6 On opère comme à l'exemple 2, mais en utilisant comme so- lution initiale un produit obtenu préalablement par bromation thermique de C 8 F 17 I Ce produit contient 12,45 % en poids de C 8 F 17 I résiduel, ce qui correspond à une concentration molaire de 0,44 mole/litre. Après 23 heures d'irradiation à 15-20 C, la teneur en C 8 F 17 I n'est plus que de 6 % Elle est inférieure à 0,1 % après 60 heures d'irradiation (TTG = 100 %). EXEMPLE 7 Dans un réacteur photochimique à film tombant d'une capa- cité de 1600 ml, muni d'une lampe HANAU TQ 718 de 720 watts et d'une pompe externe de recirculation, on charge 1400 ml d'une solution de 250 g ( 0,46 mole) de C 8 F 17 I dans le PFOB (soit une concentration molaire de 0,33 mole/litre). On irradie cette solution à 15-200 C sous circulation, tout en y introduisant du brome goutte à goutte, la quantité totale de brome correspondant à un excès de 25 % par rapport à la stoechiométrie. Après 48 heures d'irradiation, l'analyse CPG indique une teneur résiduelle en C 8 F 17 I de 5,5 % en poids Elle n'est plus que de 0,28 % après 200 heures d'irradiation (TTG = 97 %). Comparativement, si on opère à partir de 1400 ml de C 8 F 17 Ipur, l'essai doit être arrêté après 62 heures d'irradiation en raison d'une précipitation de I 2 et I Br qui empêchent le bon fonctionnement de la pompe de recirculation. L'analyse CPG indique alors une teneur en PFOB de 26 % en poids (soit un TTG de 27,7 %). EXEMPLE 8 Dans le même appareillage qu'à l'exemple 1, on charge ml d'une solution de 25 g ( 56 millimoles) d'iodure de n.perfluorohexyle dans le bromure de n perfluorohexyle, puis on irradie cette solution à environ 200 C tout en introduisant du brome goutte à goutte. Après 48 heures d'irradiation, la teneur résiduelle en C 6 F 13 I du brut réactionnel est devenue inférieure à la limite de détection de 0,1 % (TTG = 100 %). EXEMPLES 9 ET 10 Dans le même appareillage qu'à l'exemple 1, on charge ml d'une solution contenant 15 g de C 8 F 17 I dans du tétra- chlorure de carbone (exemple 9) ou dans du 1,1,2-trichloro- 1,2,2-trifluoroéthane (exemple 10). L'irradiation ( 24 heures) est effectuée à environ 200 C tout en introduisant du brome goutte à goutte Le tableau sui- vant rassemble les résultats obtenus. EXEMPLE Solvant C 8 Fa I r Osiduel TTG (% poids) 9 C C 14 C 2 F 3 C 13 REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un bromure RF Br o RF désigne un radical perfluoroalkyle linéaire ou ramifié, contenant 2 à 14 atomes de carbone, par photobromation de l'iodure de per- fluoroalkyle RFI correspondant, caractérisé en ce que l'on soumet à la photobromation une solution de RFI dans un sol- vant, la concentration en RFI de ladite solution étant au plus égale à 0,5 mole/litre. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la concentration en RFI est inférieure à 0,35 mole/litre et de préférence inférieure ou égale à 0,2 mole/litre. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le solvant utilisé est le RF Br lui-même. 4 Procédé selon la revendication 3, dans lequel la solu- tion initiale de RFI dans le RF Br est obtenue préalablement par bromation thermique du RFI. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le solvant utilisé est le tétrachlorure de carbone ou le 1,1,2- trichloro-l,2,2-trifluoroéthane. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on utilise au total 1,1 à 2 moles de brome par mole de RFI présent dans la solution initiale. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans le- quel la photobromation est effectuée à pression atmosphérique et à une température comprise entre 15 et 50 C. 8 Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 7 à la synthèse du bromure de n perfluorooctyle. 9 Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 7 à la synthèse du bromure de n perfluorohexyle. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 7 à la synthèse d'un mélange de bromures de perfluoroal- kyle.