Brevet FR2685319A1 — publié le 19930625

- SYNTHESE DU BROMURE DE n PERFLUOROOCTYLE La présente invention concerne le domaine des bromures de perfluoroalkyle et a plus particulièrement pour objet la pré- paration du bromure de n perfluorooctyle C 8 F 17 Br. Ce composé, également connu sous l'abréviation PFOB, est utilisé dans de nombreux domaines, en particulier en médecine comme radiopaque (agent de contraste aux rayons X) ou comme transporteur d'oxygène dans les substituts du sang. 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 bromures de perfluoroalkyle RF Br (en particulier du PFOB) à partir des chlorures de perfluoroalcanesulfonyle RFSO 2 Cl correspondants qu'on fait réagir soit avec H Br gazeux en présence d'un catalyseur (EP O 298 870), soit avec un bro- mure d'ammonium ou de phosphonium quaternaire (EP 90403118 4). Les rendements obtenus sont généralement élevés, mais le sulfochlorure RFSO 2 Cl utilisé est une matière première déjà élaborée puisque sa synthèse à partir de l'iodure correspon- dant RFI nécessite deux étapes réactionnelles suivant l'équation: Zn 2 C 12 2 RFI + 2 SO 2 > (RFSO 2)2 Zn > 2 RFSO 2 Cl + Zn Cl 2 Une autre voie d'obtention des composés RF Br consiste en la bromation thermique des iodures correspondants RFI, ces derniers étant des produits disponibles en quantités indus- trielles Bien que cette voie soit la plus directe, elle pré- sente l'inconvénient de conduire à un produit contenant tou- jours du RFI résiduel qu'il est difficile de séparer du RF Br désiré Ceci est plus particulièrement le cas du PFOB qui doit avoir une teneur en C 8 F 17 I inférieure à 100 ppm pour ses ap- plications médicales. Une technique connue depuis longtemps et exploitée in- dustriellement pour la fabrication du bromure de trifluoromé- thyle CF 3 Br consiste en la bromation thermique du trifluoromé- thane En l'absence de catalyseur, cette réaction est généra- 2 - lement conduite à des températures allant de 600 à 700 C de manière à obtenir un taux de transformation élevé. Le brevet US 3 456 024 concerne un procédé de préparation de chlorures ou bromures de perfluoroalkyle ou de perfluoroal- kylène qui consiste à faire réagir, dans un domaine de tempé- ratures allant de 450 à 700 C, du chlore ou du brome avec di- vers composés comportant un radical perfluoroalkyle Rf ou per- fluoroalkylène R'f tels que les composés Rf SF 5, Rf SO 2 X, (Rf SO 2)20, HR'f CH 2 OH, Rf H et Rf(CH 2 CH 2)n X', X désignant un atome de fluor, chlore ou brome ou un groupe hydroxy, X' un atome de chlore ou de brome, et N un nombre allant de 1 à 5. Dans ce brevet, la bromation d'un hydrogéno-perfluoroalcane Rf H n'est illustrée que par un seul exemple, à savoir l'exemple 7 relatif à la bromation du composé n C 7 F 15 H avec les rendements molaires en C 7 F 15 Br suivants: Température ( C) Rendement 500 29 % 550 49,5 % 600 81,4 % Il n'est fait aucune mention de la sélectivité de la réaction, paramètre très important pour la mise en oeuvre d'un procédé industriel. Considérant les températures élevées nécessaires pour ob- tenir des taux de transformation industriellement acceptables tant dans la bromation du trifluorométhane que dans celle du composé n-C 7 F 15 H, l'application de cette technique à la prépa- ration industrielle du PFOB pour usage médical à partir de l'hydrogéno-1 heptadécafluoro n octane (C 8 F 17 H) ne pouvait pas être sérieusement envisagée En effet, ce composé est thermi- quement instable et se décompose à partir de 510 C en produits toxiques, notamment en perfluoroisobutylène (PFIB) connu pour son extrême toxicité (voir par exemple les articles de E W. Cook et J S Pierce, Nature, 242, 1973, p 5396-7 et de J W. Clayton, Environmental Health Perspectives, 21, 1977, pp 255- 267) D'autre part, le PFOB lui-même est thermiquement in- stable à partir de 520 C. 3 - Il a maintenant été trouvé que, dans le cas particulier du composé C 8 F 17 H et de son dérivé bromé, on peut obtenir un rendement élevé de la réaction tout en opérant à des tempéra- tures plus faibles que celles enseignées par la technique an- térieure. Le procédé selon l'invention pour la préparation continue du PFOB est caractérisé en ce que l'on fait réagir en phase gazeuse du brome et de l'hydrogéno-i heptadécafluoro n octane dans un rapport molaire Br 2/C 8 F 17 H compris entre 0,2 et 5 (de préférence entre 0,5 et 2,5), à une température comprise entre 450 et 5200 C (de préférence entre 470 et 5100 C) et avec un temps de contact compris entre 2 et 240 secondes (de préfé- rence entre 5 et 60 secondes). Cet ensemble de conditions opératoires conduit à un taux de transformation élevé et à une sélectivité au moins égale à 99 %, sans formation de sous-produits toxiques comme le PFIB. Le PFOB brut obtenu est en outre exempt de toute trace (limite de détection: contenu dans le C 8 F 17 H de départ. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans tout type de réacteur adapté à une réaction en phase gazeuse, en particulier dans un réacteur tubulaire éventuellement muni d'un garnissage pour favoriser le mélange des gaz On utilise avantageusement un appareillage en quartz ou en verre, mais on peut également employer tout matériau métallique (par exemple Monel, Inconel, Hastelloy) capable de résister à l'action cor- rosive du brome et de l'acide bromhydrique à la température réactionnelle choisie. Bien que cela ne soit pas indispensable, la réaction du brome et de C 8 F 17 H peut être effectuée en présence d'un di- luant gazeux inerte tel que, par exemple, l'azote ou le PFOB lui-même. Industriellement, on préfère travailler à la pression at- mosphérique, mais on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en travaillant à une pression supérieure à la pres- sion atmosphérique, pourvu que le système réactionnel reste à l'état gazeux. Les gaz sortant du réacteur qui contiennent le PFOB formé 4 - et le C 8 F 17 H non transformé, ainsi que l'acide bromhydrique sous-produit par la réaction: C 8 F 17 H + Br 2 > C 8 F 17 Br + H Br et éventuellement du brome non réagi ou en excès sont refroi- dis, puis neutralisés par une solution aqueuse alcaline et/ou réduits par une solution aqueuse de sulfite ou métabisulfite de sodium Après décantation de la phase organique, le composé C 8 F 17 H non transformé peut, après séparation par distillation, être recyclé à l'entrée du réacteur. Conformément à une modalité avantageuse, les gaz sortant du réacteur peuvent, avant neutralisation et/ou réduction, être traités par du chlore de manière à réoxyder l'acide brom- hydrique sous-produit en brome qui peut ainsi être recyclé dans le procédé. Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. EXEMPLE 1 On utilise un réacteur tubulaire en quartz (diamètre in- térieur: 60 mm; hauteur: 700 mm) chauffé uniformément sur toute sa hauteur et garni au fond sur une hauteur de 150 mm d'anneaux de quartz (diamètre: 5 mm) afin de favoriser le mé- lange des gaz. L'entrée inférieure du réacteur est précédée d'un évapo- rateur dans lequel on introduit simultanément et en continu du brome à un débit de 320 g/h et C 8 F 17 H à un débit de 420 g/h, soit un rapport molaire Br 2/C 8 F 17 H égal à 2/1 à l'entrée du réacteur. La température réactionnelle est fixée à 5000 C et le temps de contact des réactifs à 60 secondes. En sortie du réacteur, les produits sont refroidis, ré- duits par une solution de sulfite de sodium, puis lavés par une solution légèrement alcaline L'analyse chromatographique en phase gazeuse indique un taux de transformation globale (TTG) du C 8 F 17 H égal à 83 % et une sélectivité en C 8 F 17 Br de %. - EXEMPLE 2 (comparatif) On opère comme à l'exemple 1 mais à 550 C au lieu de 500 oc. Le taux de transformation global de C 8 F 17 H est plus élevé ( 90,5 %), mais on observe un chute très importante de la sé- lectivité en C 8 F 17 Br ( 82 %). EXEMPLES 3 A 10 On opère comme à l'exemple 1 mais avec différents ré- glages des paramètres de fonctionnement (température réaction- nelle, rapport molaire Br 2/C 8 F 17 H, temps de contact). Les conditions opératoires et les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau suivant. CONDITIONS OPERATOIRES RESULTATS EXEMPLE Tempéra Rapport Temps de TTG (%) Sélecti- ture molaire contact du C 8 F 17 Hvité en ( C) Br 2/C 8 F 17 H (s) C 8 F 17 Br 3 450 1 30 21 100 4 500 1,02 30 59 99,8 * 550 0,99 30 72,5 87,5 6 500 2 30 71,5 99,7 7 * 550 2,03 30 90 92,3 8 500 0,96 60 66,5 99,1 9 * 550 1 60 74,5 78 * 525 1,5 45 85 97,0 * Exemple comparatif On constate systématiquement une chute brutale de la sélectivité lorsqu'on passe de 500 à 550 C, quel que soit le rapport molaire et/ou le temps de contact utilisé Cette 6 - diminution de la sélectivité est sensible dès 525 C (exemple ) ce qui confirme bien l'instabilité thermique du C 8 F 17 H et du C 8 F 17 Br dès 520 C. -7 - REVENDICATIONS 1 Procédé continu de préparation du bromure de n. perfluorooctyle, caractérisé en ce que l'on fait réagir en phase gazeuse du brome et de l'hydrogéno-l heptadécafluoro n.octane C 8 F 17 H dans un rapport molaire Br 2/C 8 F 17 H compris entre 0,2 et 5, à une température comprise entre 450 et 5200 C, et avec un temps de contact compris entre 2 et 240 secondes. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel on opère à une température comprise entre 470 et 5100 C. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rapport molaire Br 2/C 8 F 17 H est compris entre 0,5 et 2,5. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans le- quel le temps de contact est compris entre environ 5 et secondes. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans le- quel on opère en présence d'un diluant inerte. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans le- quel on opère à la pression atmosphérique.