Brevet FR2693456A1 — publié le 19940114

REACTIF DE PERFLUOROALCOYLATION ET PROCEDE UTILISANT CE REACTIF. La présente invention a pour objet un réactif de perfluoroalcoylation et un procédé d'utilisation de ce réactif permettant de remplacer un halogène ou un pseudo halogène par un groupe perfluoroalcoyle, de préférence un groupe perfluorométhyle. II y a depuis longtemps, notamment dans le domaine de la synthèse des molécules utilisées en agriculture et en pharmacie, un besoin de réactif perfluoroalcoylant, surtout perfluorométhylant. La demanderesse avait développé des techniques mettant en oeuvre directement ou indirectement des halogénures de perfluoroalcoyles, et surtout le bromure de perfluorométhyle. Mais ces techniques sont d'une part relativement peu sélectives quant à la sélectivité des positions et d'autre part utilisent des composés qui seraient parait-il écotoxiques. II avait été également proposé d'utiliser le perfluoroacétate de sodium que l'on décomposait en présence de quantités importantes d'iodure cuivreux pour donner un trifluorométhyle en lieu et place d'un iodure: la réaction, quelqu'intéressante qu'elle fût, n'a donné lieu à aucun développement ultérieur important en raison à la fois de la sensibilité de la réaction à la moindre trace d'humidité, au caractère hygroscopique du perfluoroacétate de sodium et à la production de quantité importante de sel non recyclable nuisible pour l'environnement. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir un réactif qui permette de greffer un groupement perfluoroalcoyle d'une manière qui soit sélective. Un autre des buts de la présente invention est de fournir un réactif qui permette d'utiliser des composés qui ne sont pas écotoxiques, ou dits tels,. Un autre des buts de la présente invention est de fournir un réactif qui puisse être utilisé dans un grand nombre de cas. Un autre des buts de la présente invention est de fournir un réactif qui permette le recyclage de sels et qui donc évite le rejet de forte quantité de sel. Un autre des buts de la présente invention est de fournir un réactif qui donne de bons rendements. Un autre des buts de la présente invention est de fournir un procédé qui permette d'utiliser le réactif ci-dessus. Ces buts et d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints au moyen d'un réactif utile pour la perfluorométhylation qui comporte, par addition successive ou simultanée: A) au moins un perfluoroalcanoate d'alcoyle;. B) au moins un anion réputé aussi bon, avantageusement moins bon groupe partant que l'anion perfluoroalcanoate; C) un système catalytique métallique contenant un métal choisi dans les colonnes I B ou Il B de la classification périodique des éléments (Cf. Supplément au Bulletin de la Société Chimique de France Janvier 1966 N 1), avantageusement à l'état d'oxydation I lorsqu'il s'agit d'un élément de la colonne I B et à l'état d'oxydation Il lorsqu'il s'agit d'un élément de la colonne Il B: D)optionnellement un solvant, simple ou complexe, capable de dissoudre au moins partiellement l'espèce chimique contenant ou engendrant ledit anion réputé aussi bon, avantageusement moins bon groupe partant que l'anion perfluoroalcanoate. Comme système catalytique équivalent à celui du cuivre I on peut citer les système isoélectronique tels que les associations des métaux de la colonne VIII sous-colonne de droite à l'état zéro avec les métaux avec les métaux des colonnes IB et IIB respectivement à l'état d'oxydation I et Il. Avantageusement ledit système catalytique métallique est le cuivre I, y compris les espèces capable de l'engendrer "in situ". Le dit cuivre peut être introduit sous forme d'halogénures, avantageusement de iodure ou de bromure. Avantageusement, ledit perfluoroalcanoate d'alcoyle répond à la formule (I) suivante: Y - (CX2)n - CF2 CO2R'. - avec n compris de" O à 6 de préférence égal à 0. - avec Y étant un fluor si n =0 et choisi parmi les alcoyles de bas poids moléculaire et le fluor si n différent de O: - avec X semblables ou différents choisis parmi le chlore et le fluor, de préférence le fluor. - avec R' alcoyle de C1 à C12 avantageusement ne présentant pas d'hydrogène en D du lien avec le C02, tel que benzyle ou methallyle, de préférence méthyle. Avantageusement le dit anion est choisi parmi les divers halogénures avantageusement les fluorures, bromure et iodure. Les cations associés aux dits anions sont avantageusement des cations alcalins de préférence de rang élevé, c'est à dire au moins égal à la quatrième période,ou des cations organique, type onium ou inium. Les oniums sont, en général, choisis dans le groupe des cations formés par les éléments des colonnes V B et VI B (tels que définis dans le tableau de la classification périodique des éléments publiés au supplément au Bulletin de la Société Chimique de France en Janvier 1966) avec respectivement 4 et 3 chaînes hydrocarbonées. Parmi ces oniums, les préférés sont les tétraalcoylammoniums de 4 à 24 atomes de carbone, de préférence de 4 à 12 atomes de carbone. Le tétra alcoyl ammonium est en général du tétra méthyl ammonium. [dans la présente description ALCO-yle est pris dans son sens étymologique de reste hydrocarboné d'un ALCO-ol après ignorance de la fonction alcool (ou ol)]. Les solvants pris "lato sensu" sont avantageusement ceux connus et utilisés pour les réactions d'échange interhalogènes. Parmi ces solvants on peut distinguer deux grandes classes: les solvants aprotiques polaires (ou dipolaires) et les solvants apolaires rendu convenables par l'addition de composés qualifiés d'agentS de transfert de phase tels que les cryptands (par exemple éthers couronnes) et les sels complexes comme les sels d'onium ou d'inium. Dans le premier cas, le solvant aprotique dipolaire utilisable doit avoir un moment dipolaire significatif. Ainsi, sa constante diélectrique relative e est au moins égale à environ 10 (les zéros ne sont pas considérés comme des chiffres significatifs dans la présente description, à moins que cela ne soit précisé autrement). De préférence, I' est inférieur ou égal à 100 et supérieur ou égal à 25. II a pu être montré au cours de diverses études menées par la demanderesse que les meilleurs résultats étaient obtenus lorsqu'on utilisait des solvants aprotiques dipolaires qui présentaient un indice c donneur compris entre 10 et 50. Ledit indice c donneur étant défini comme le AH (variation d'Enthalpie) exprimé en kilocalories (Kcal) de l'association dudit solvant aprotique dipolaire avec le pentachlorure d'antimoine. Ainsi que cela a été mentionné plus haut, un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de perfluoroalcoylation, avantageusement de perfl uorométhylation. Ce but est atteint par substitution d'un halogène ou un pseudohalogène, de préférence un brome ou un iode sur un dérivé insaturé par un radical perfluoromethyle par action sur ledit substrat du réactif selon l'invention. Le radical perfluoroalcoyle est définit comme répondant à la formule (I') Y - (CX2)n - CF2 Avantageusement ledit substrat est aromatique et de préférence répond à la formule (Il): (Z)q- Ar-Y .Dans laquelle: - Y représente ledit halogène ou pseudohalogène; - Ar représente un dérivé aromatique mono ou polycyclique, ou homo ou hétérocyclique éventuellement substitué par par un ou plusieurs groupes Z - q représente un nombre entier choisi dans l'intervalle fermé 0 - 5; - Z semblable(s) ou différent(s) représentent un substituant. Z peut être aussi bien être un groupe un groupe electrodonneur qu'un groupe attracteur; Lequel groupe Z peut être un groupe hydrocarboné contenant 1 à 15 atomes de carbone, tel que alcoyle, aralkyle, alcényle, ou un groupe fonctionnel tel que hydroxyle, trifluorométhyle, nitrile, acide, ester, cétone, acide oc insaturé, éther, hétérocycle. II peut être un halogène choisi parmi le fluor, le chlore et le brome de préférence d'une période de rang inférieur à celui de E , De préférence Ar représente un radical aromatique monocyclique. Cette réaction a lieu à température relativement élevée, c'est-à-dire à une température au moins égale à environ 1000 C; la température à partir de laquelle la réaction commence commence à donner des bons résultats dépend des constituants spécifiques du réactif notamment du solvant (stabilité dans les conditions opératoires) et dudit perfluoroalcanoate d'alcoyle. Cette réaction est en général menée à des températures au plus égales à environ 200"C. Si la volatilité du réactif et/ou du substrat le nécessitent, la réaction peut être conduite à des pressions supérieures à l'atmosphérique de manière que le réactif comporte toujours au moins une phase liquide. Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention. Les divers sigles ont, bien entendu, la signification suivante: TT ~ Q.S.I. - Q.S.R. (taux de transformation) Q.S.I. RT Q.D.D.F. (rendement sur produit Q.S.I. - Q.S.R. tansfonné ) RR Q.D.D.F. (rendement sur produit Q.S.I. introduit) Q.S.I.= Quantité de Substrat Introduit (exprimée en mole) Q.S.R.=-Quantité de Substrat Récupéré en fin de réaction (exprimée en mole) Q.D.D.F. = Quantité de Dérivé Désiré Formé (exprimée en mole) EXEMPLE 1: Les essais de trifluorométhylation substitutives des halogénures d'aryle sont réalisés dans un autoclave ProlaboB de 150 ml, éprouvé à 220"C et 150 bar, et contenant un barreau magnétique. On introduit successivement dans cet autoclave du 4-iodo-anisole (1.179, 5 mmol), de l'iodure cuivreux (0.96g, 5 mmol), du fluorure de césium séché à 300"C pendant une nuit (1.83g, 12 mmol), du trifluoroacétate de méthyle (2.5 ml, 25 mmol) et 20 ml de N,N-diméthylformamide (DMF) anhydre. Après fermeture, I'autoclave est plongé dans un bain d'huile posé sur un agitateur magnétique chauffant et porté à 18000. Après 8 heures de réaction, I'autoclave est refroidi dans I' air liquide pendant 45 minutes. Après dégazage et ouverture de l'autoclave, le milieu réactionnel est coulé dans 60 ml d'un mélange eau-éther éthylique (50/50 v/v). Les sels métalliques sont filtrés sur célite. Le filtrat est extrait avec 3x60 ml d'éther éthylique. Les phases éthérées sont rassemblées, séchées sur sulfate de magnesium et concentrées dans un évaporateur rotatif, à température ambiante sous vide de la trompe à eau. De premiers dosages (dont les résultats sont affectés de l'indice b) sont effectués sur ce brut réactionnel. Le DMF est ensuite éliminé du milieu réactionnel par chromatographie, à pression atmosphérique, sur une courte colonne de silice en utilisant, comme éluant, un mélange éther de pétro-le-éther éthylique (95/5). Une seconde série de dosages (af-fectés de l'indice p) est effectuée sur la solution résultante. Les résultats sont les suivants: rendement en 4-trifluorométhylanisole: RRb= 77 %. RRp= 67 %. Conversion du 4-iodoanisole: TTb= 100 %. TTp= 100 %. RR= rendement en produit trifluorométhylé par rapport à l'halogénure aromatique mis en oeuvre. EXEMPLE COMPARATIF: La même expérience, conduite de manière identique, à partir de: - CF3CO2Me (50 mmol). - Cul (5 mmol). - 4-iodoanisole (5 mmol). mais en l'absence d'halogénure alcalin, d'ammonium ou de phosphonium, ne permet d'obtenir que des traces de 4 trifluorométhylanisole. EXEMPLE 2 à 2: solvant. 2a Ar= 4-CH30-C6H4- Z I. 2b Ar= 4-CH30-C6H4- Z= Br. 2c Ar= 4-02N-C6H4- Z= I Exem éq.1* ArZ X MY solv durée # C ple N (éq.)* (éq.)* (en heures) 2 2 2a l1 CsF 1 DMF 8 180 3 5 2a l1 d 1 d 8 180 4 10 2a l1 d 1 d 8 180 5 10 2a l1 d 2,5 d 8 180 6 5 2a 10 d 2,5 d 8 180 7 5 2a 10.5 d 2,5 d 8 180 8 5 2a 12.5 d 2,5 d 8 180 9 10 2a 12.5 d 1 d 8 180 10 5 2a l1 d 2,5 d 8 160 11 5 2a l1 d 2,5 d 8 140 12 5 2a l1 d 2,5 NMP 8 150 13 5 2a Il KF 2,5 DMF 8 180 14 5 2a l1 Kl1 d 8 180 15 5 2a l1 CsCl1 d 8 180 16 5 2a l1 CsCl2,5 d 8 180 17 5 2a 11 CsBr 1 d 8 180 18 5 2a l1 Csl1 d 8 180 19 5 2a l1 TMAI 1 d 8 180 20 5 2a l1 TMAI d 8 180 2,5 21 5 2a l1 TPPl1 d 8 180 22 5 2b Il CsF 2.5 d 8 180 23 5 2b Brl CsF 2.5 d 9 180 24 5 2c Il CsF2.5 d 8 160 les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant:: Exem RRb RRp TTb TTp le N 2 10 40 3 46 44 100 100 4 50 51 100 100 5 77 100 100 6 - - 23 16 7 18 18 36 8 63 58 100 100 9 19 80 10 48 47 70 74 11 0 0 13 12 34 31 53 45 13 35 60 14 40 33 59 52 15 65 55 95 93 16 60 50 84 82 17 36 31 84 79 18 50 45 67 66 19 34 33 71 67 20 25 45 21 3 3 54 60 22 42 73 23 5 5 24 33 28 90 88 TMAI: Me4NI TPPI: Ph4PI. * les équivalents de réactifs sont rapportés au substrat aromatique. EXEMPLES 25 et 26 (Synthèse en deux étapes): On introduit dans l'autoclave le fluorure de césium (séché à 300 C pendant une nuit), l'iodure cuivreux, le trifluoroacé-tate de méthyle et 20 ml de DMF anhydre. Après fermeture de l'autoclave, le milieu réactionnel est porté à 180 C sous agitation magnétique pendant 3 heures. L'autoclave est ensuite refroidi dans un bain d'air liquide et ouvert après dégazage. Le 4-iodoanisole est alors ajouté et, après fermeture de l'autoclave, le nouveau mélange réac-tionnel est porté à une température -1 C pendant 5 heures. Le traitement est ensuite identique à celui décrit dans les essais précédents. DMF,180 C (5 éq.) (1 éq.) (2,5 éq.) 3 heures -1 C (1 éq.) 5hrs. N #1 C RRb RRp TTb TTp 25 180 65 54 80 73 26 120 - 3.5 12 REVENDICATIONS. 1. Réactif utile pour la perfluorométhylation caractérisé par le fait qu'il comporte pour addition successive ou simultanée: A) au moins un perfluoroalcanoate d'alcoyle;. B) au moins un anion réputé aussi bon, avantageusement moins bon groupe partant que l'anion perfluoroalcanoate; C) un système catalytique métallique contenant un métal choisi dans les colonnes I B ou Il B de la classification périodique des éléments, avantageusement à l'état d'oxydation I lorsqu'il s'agit d'un élément de la colonne I B et à l'état d'oxydation Il lorsqu'il s'agit d'un élément de la colonne Il B; D)optionnellement un solvant, simple ou complexe, capable de dissoudre au moins partiellement l'espèce chimique contenant ou engendrant ledit anion réputé aussi bon, avantageusement moins bon groupe partant que l'anion perfluoroalcanoate.. 2. Réactif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit perfluoroalcanoate d'alcoyle répond à la formule suivante. Y- (CX2)n- CF2 C02R'. - avec n compris de" 0 à 6 de préférence égal à 0. - avec Y étant un fluor si n =0 et choisi parmi les alcoyles de bas poids moléculaire et le fluor si n différent de 0: - avec X semblables ou différents choisis parmi le chlore et le fluor de préférence le fluor. - avec R' alcoyle de C1 à C12, avantageusement ne présentant pas d'hydrogène en ss du lien avec le CC2, tel que benzyle ou methallyle, de préférence méthyle. 3. Réactif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le dit anion est choisi parmi les divers halogénures avantageusement les fluorures, bromure et iodure. 4. Réactif selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit système catalytique métallique est le cuivre I. 5. Procédé de perfluoroalcoylation, avantageusement de perfluorométhylation par substitution d'un halogène ou un pseudohalogène, de préférence un brome ou un iode sur un dérivé insaturé par un radical perfluoromethyle par action sur ledit substrat du réactif selon l'invention.l'une des revendications 1 à.4. 6. Procédé de perfluoroalcoylation, avantageusement de perfluorométhylation selon la revendications 5, caractérisé par le fait que .ledit substrat est aromatique et de préférence répond à la formule (Il) (Z)q Ar- Y. Dans laquelle: - - représente ledit halogène ou pseudohalogène; - Ar représente un dérivé aromatique mono ou polycyclique, ou homo ou hétérocyclique éventuellement substitué par par un ou plusieurs groupes Z - q représente un nombre entier choisi dans l'intervalle fermé 0 5; - Z semblable(s) ou différent(s) représentent un substituant. 7. Procédé de perfluoroalcoylation, avantageusement de perfluorométhylation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que .Z représente un groupe hydrocarboné contenant 1 à 15 atomes de carbone