Brevet FR2730993A1 — publié le 19960830

1i 2730993 La présente invention a pour objet un procédé de synthèse de composés hydrocarbonés fluorés sur un carbone crd'une chaîne alcoyle par échange entre un halogène de rang plus élevé et le fluor au moyen crd'un réactif contenant du fluoe au moins partiellement sous forme de sels complexes. EUe concerne plus particulièrement un procédé permettant obention de dérivés fluorés sur un atome de carbone portant des groupes ecroatracteurs par effet inductif. Les composés fluorés sont en général difficiles d'accès. La réactivité du fluor est telle qu'il est difficile voire impossible d'obtenir directement les dérivés fluorés. Une des techniques les plus employées pour fabriquer le dérivé fluoré consiste à faire réagir un dérivé halogéné, en général chloré, pour échanger rhalogène avec un fluor minéral, en général un fluorure de métal alcalin, en général de poids atomique élevé. En général, le fluorure utilisé est le fluorure de potassium qui constitue un compromis économique satisfaisant Dans ces conditions, de nombreux procédés tels que par exemple ceux décrits dans le certificat crd'addition N 2 353 516 et dans rarticle Chem. Ind. (1978) - 56 ont été décrits et mis en oeuvre industriellement pour obtenir des fluorures d'ary/, aryea sur lesquels sont greffés des groupements électro-attracteurs. Sauf dans les cas o le substrat est particulièrement adapté à ce type de synèse, cette technique présente des inconvénients dont les principaux sont ceux que ron va analyser ci-après. La réaction nécessite des réactifs comme les fluorures de métal alcalin tels que le fluorure de potassium qui sont rendus relativement chers par les spé ao ns auxquels ils doivent répondre pour être adaptés à ce type de synthèse; ils doivent être très purs, secs et sous une forme physique adaptée. En outre cette réaction ne marche pas pour toute une classe de produits notamment ceux portant sur le carbone halogénophore (c'est à dire le carbone portant le ou les halogènes destinés à être échangés avec le fluor). Il est aussi utilisé des réactifs tels que racide fluorhydrique liquide ou dilué par des solvants aprotiques dipolaires. Toutefois racide fluorhydrique est un réactif trop puissant et conduit souvent à des réactions de polymérisation indésirées ou à des goudrons. Dans ce cas, et notamment dans le cas o ron désire des dérivés fluorés sur un carbone de type alcoyle (y compris aralcoyle) appauvri en électron par la présence de groupes de type électroattacteur, l'homme de métier se trouve devant une alternative dont les termes ne sont guère encourageants; ou bien ron choisit des conditions très dures et ron obtient surtout des goudrons, ou bien on ron se place dans des conditrns réactionnelles douces et ron retrouve, dans le meilleur des cas le substrat inchangé. Un autre problème réside dans la sélectivité de la réaction: lorsque i y a plusieurs halMogmes à échanger sur le même carbone, il est souvent difficile de n'en échanger qu'une partie. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir un procédé qui soit susceptible de réaliser réchange entre d'une part les halogènes lourds tels que le chlore et d'autre part le fluor en améliorant significativement la spécificité de la réaction. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui soit susceptible de réaliser réchange entre crune part les halogènes lourds tels que le chlore et d'autre part le fluor en utilisant des conditions réactionnelles particulièrement douces. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette d'utiliser une source de fluorure dont la morphologie soit moins critique. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette de n'échanger qu'un atome crd'halogène sur deux ou sur trois possibles. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette de n'changer que deux atomes crd'halogène sur trois possibles. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette de n'échanger les molécules ou les atomes que dans la mesure o cela perment drobtenir des atomes de carbone qui ne soit porteur que d'un atome de fluor concomitamment avec un ou deux autres halogènes distincts du fluor. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette de n'échanger les molécules ou les atomes que dans la mesure o cela permet d'obtenir des atomes de carbone qui ne soit porteur que deux atomes de fluor con m avec un autre halogène distinct du fluor. Ces buts et d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints au moyen d'un procédé utile pour la synthèse de dérivés fluorés qui comporte l'étape de soumettre un substrat comportant au moins un carbone halogénophore d'hybridation sp3 porteur d'au moins deux halogènes dont au moins un est un halogène de nombre atomique supérieur à celui du fluor, lequel carbone halogénophore est relié à un chalcogène au moins, à raction d'un réactif comportant au moins un composé défini choisi parmi ceux constitués par rassociation d'une base de Bronstedt avec un nombre défini n d'acide fluorhydrique, n étant au mois égal à 3 et au plus à 10. En effet au cours de rétude qui a mené à la présente invention, il a été montré que certains atomes de carbone portant des groupes électroaracteurs par effet inductif, sous la condition qu'au moins un des groupes électroattracteurs fût chalcogène, étaient susceptibles de réagir avec un réactif du type ci dessus. Parmi les bases préférées. on peut citer celes qui sont des dérivés rivalents hydrocarbonés des éléments de la colonne VB, avantageusement de période Crun rang au mois éga à la deuxième et en général inférieure à la sixième, de la classiicto périodique des éléments (supplément au Bulletin de la Société Chimique de France Janvier 1966 NI). Outre ceux qui sont détallAs par la suite on peut donner comme exemples de tels composés les dérivés trivalents, qui lorsqu'ils sont trisubstitués sn en fait des pnictines, pnictines qui font l'objet drune description plus détaillé ci-après. Parmi lesdits dérivés hydrocarbonés des éléments de la colonne V les pér sont ceux qui dérivmt des pnictures d'hydrogène par substitution totale ou parilele de rhydrogène par des restes hydrocarbonés qui peuvent être reliés à ratome de la colonne V B par une double (comme dans les imines) ou une triple liaison (comme dans les nitriles). Toutefois les dérivés hydrocarbonés des éléments de la colonne V dérivent avantageusement des pnictures d'hydrogène par substitution totale ou partiele de rhydrogène par des restes hydrocarbonés monovalents avantageusement par des alcoyles [dans la présente description ALcuo-yle est pris dans son sens étymologique de reste hydrocarboné d'un ALco-o/ après ignorance de la fonction alcool (ou Ol]; ces composés alcoylés seront, par analogie avec le terme de pnicture, désignés dans la présente description, sous le terme de pnictines. Ainsi dans le cas de razote la substitution du nitrure dhydrogène (ammoniac) donne les amines, dans le cas du phosphore la substitution du phosphure d'hydrgèe donne les phosphines, dans le cas de l'arsenic la substitution de rarséMiure dhydrogène donne les arsines et dans le cas de rantimoine la substitution de rantimonkire (ou sbure) d'hydrogène donne les stibines. Ils sont avantageusement choisis parmi les dérivés hydrocarbonés du phosphore tels que les phosphines. Par ailleurs, plus la base est faible et plus elle est molle, meilleure est réchange. Ainsi les amines primaires secondaires et de préférence tertiaires conduisent à des réactifs contenant peu de groupes HF (au plus 5, en général moins) et moirn puissants que les bases de type hétérocycle aromatique dont le ou au moins run des hétéroatomes est choisi dans la colonne V. On peut donner la règle empirique suivante: si les bases forment des composés définis de plus de 5 HF par fonction basique, alors c'est un réactif puissant susceptible r'échanger deux halogènes lourds sur le même carbone dans des conditions très douces et même trois dans des conditions un peu plus dures (température et pression). Sinon i s'agit d'un réactif plus sélectif qui n'échange que pour donner un seul fluor sur un carbone dans des conditions douces et deux fluors sur le carbone dit halogénophore dans des conditions plus sévères. 4 2730993 N peut y avoir plusieurs atomes de carbone halogénophores par molécule. Il est prxéférable que deux atomes halogénophores n'interfèrent pas run avec rautre. On donnera une type des atomes de carbone, voire des molécules, les plus aptes à échangr leurs halogènes lourds avec le fluor sous raction des réactifs ci dessu. Chaque car ci-après rend plus vif lintérêt de rinvention pour lesdis carbones. Ainsi il est particulièrement intéressant que réventuelle liaison résiduele du carbone halogénophore soit avantageusement une liaison avec un groupe choisi parmi les groupes 61 éle par effet inductif. Ledit groupe choisi parmi les groupes a C est un halogène. Pour obtenir une bonne réactivité, il est préférable que la somme des nombres atomiques dudit ou desdits chalcogènes(s) soit au moins égal à 10. En d'autres termes, s'il n'y a qu'un seul chalcogène il est préférable quil soit choisi parmi les chaucogè plus lourds que roxygène. "invention est particulièrement utile quand ledit carbone halogénophore porte au moins deux halogènes de nombre atomique supérieur à celui du fluor. Ainsi que ron rexposera plus tard rinvention est particulièrement inéressm lorsque ledit carbone halogénophore est trihalogénométhyle, c'est-à-dire quil porte trois halogènes Choisis parmi le chlore et le fluor. SI ron s'intéresse au(x)dlt(s) chalcogène(s), il convient de noter qu'il est de préférence divalent quand il est seul. Et que lorsqu'ils sont deux, au moins un d'entre eux est divalent, rautre pouvant être simplement mectoaacteur (par exemple, sulfone ou sulfoxyde). Les exemples non limitatifs suivants illustrent rinvention. Exemnple 1. Préparation des Solutions HF - base - Mode opératoire général Les différents milieux HF - base sont synthétisés comme suit: A x moles d'une base organique (pyridine, triéthylamine, dioxane,...) ou minérale (KF, bu4NF,...) sous agitation (éventuellement refroidies à - 20"C) sont ajoutées Y moles d'HF anhydre goutte à goutte. Après addition de rHF anhydre, le milieu réactionnel est réchauffé à température ambiante et utilisé sans aucun traitement. Le complexe HF - base a donc la structure (HF)y - Basex. s 2730993 Exenmpe L Echn CI-F à parl du rco tomz s Le tichoroméylhobenzye 1 est obtenu suivant les travaux de M. Makoa (snis (1974) 274). D /" $SCN + HCCI3 -SCC-3 NaOH 1 Catalyse transfert 70-80% andmt de phase 2X) 1 5 SCCI3 3;. SCF3 M=241 1 M=192 a ,1 g (0,374 mole) du sulfure 1 sont additionnés à 297 g de complexe [1HF111- pyrfidine 1 (préparé à partir de 77,3 g de pyridine et 219,7 g d'HF anhydre) refroidi à O0C. Le milieu réactionnel est ensuite ramené à température ambiante et agité pendant 18h. Le brut réactionnel est alors versé sur un mélange de CH2CI2 (5200 m) et de glace (500g). La phase organique est lavée 4 fois par 100 ml d'eau, séchée sur sulfate de magnésium. Le solvant (CH2C!2) est évaporé pour fournir 68 g de sulfure 2 (95 % par rapport à 1) qui peut être purifié par distillation (Eb = 77/30 mm Hg) RMN 19F = 35,9 ppm (référence: TFA - acide trifluoro acétique) Lorsque le brut de fluoration est versé sur uniquement du CH2CI2 (sans glace ou eau) 2 phases sont obtenues: la phase CH2CI2 qui contient le sulfure 2. la phase HF - pyridine qui peut être recyclée. ff6 2730993 2b) =3 SC:3 CI 2 1ci -* scc MU 224 2 g (8,3.103 mole) de sulfure 1 sont ajoutés à 20 ml de complexe (HF)3, Et3N à tep t ambiante. Le milieu réactionnel est agité 4 h à 20'C puis est versé dans un mélange de CH2CI2 (100 ml) et de glace 25 get crd'eau 50 ml. La phase organque est lavée 3 fois à reau (50 ml) puis séchée sur MgSO4. L'évaporaion du solvant fournit 1,7 g du sulfure 3 (91,5 %). 2c) SCF2c ! _4 M= 208 Les conditions sont les mêmes que dans la réaction précédente, mais le mlieu réactionnel est agité 18H à 75-C. Le traitement est le même que dans ressai précédent et conduit à 1,64 g de sulfure 4 (95 % par rapport àl). RMN 19F = 50,8 ppm (référence TFA). ---- $SCCi3 3) Echange sur,_. / Cl Le sulfure 5 est obtenu par addition de CCI3 SCI sur le cyclohexène: Q cc3so -> c scc3 ffi *6 ff M =218 M= 268 7 2730993 1 g (3,73. 103 mole) du sulfure fi est ajouté sur le compexe [HF0. py/dine 1 (5g) refrodi à OC. Le milieu réactionnel est ensuite agité pendant 6 h à tepklume a iante avant d'être veré sur un mélange de CH2Ca2 (50 ml) et d'eau glace (50 g). La phase organique est lavée 3 fois par 50 ml d'eau puis séchée sur MgS04. L solvant est évaporé pour fournir 0,73 g de sulfure fi (90 %). 19F = 167 ppm (référence TFA) 3b) / -\ a3 SCFa2 --.C >.-C M = 268 M = 250 1 g (3,73. 103 mole) de sulfure fi est ajouté à température amniante à 10 mi du complexe [HF]3 - Et3N. Le milieu réacfionnel est agité 5 h à température ambante. Le traitement est le même que dans ressai précédent et foumit 0,85 g de sulfure Z ( 91 % 0 accompagné du sulfure 8: -,.,SCF2CI ciJ. w(5%). 4) Echange sur CCI3S(CH2)2CO2Et 2 O HF10y.R - CjSi * cc3s / gC - OET > CF3S Co2 CI2 - CH2 CF3S02- 9 + 3BeCO2 8 2730993 4a). cC3 C02E CF3S Cc02E \ / C1=3\ M=251,5 9 10 M s 22 mg de sulfure 9 sont ajoutés à OC à 1 ml de complexe [HF]10. pyridim 1. L mileu réactionnel est ensuite agité 24 h à patu ambiante puis est versé sur un mélange de CH2CI2 (20 ml) et dcreau/glace (20g). La phase CH2CI2 est lavée 3 fois par 10 mi d'eau, séchée sur MgSO4 puis le solvant CH2CI2 est évapore pour foumrnir une huile jaune (80 mg) qui contient environ 50 %desufure 10. RMN 19F du sulfure 10 - 41,93 ppm (% CFCI3). ) Echange sur des dérivés du pyrazole: CCI3 - S CN H2N // \ CF3 9 2730993 Mode o ratoire a ral Le pyrazole trichloromél 11l est additionné sur un mélange HFx - basey (x, y connus). Le mélange réactionnel est agité à une ternpérature et pendant une durée donnée. Après retour à température ambiante, le bruit réactionnel est versé sur un mélange CH2C012 1 eau/glace. La phase organique CH2CI2 est lavée 3 fois à reau, séchée sur MS04. puis le solvant est évaporé. L'analyse des bruts obtenus est réalisé par HPLC. Les résultats des principaux essais réalisés sont réunis dans le tableau de la page suivante: Pyr- SCCI3 - Pyr- SCFna3-n n - 1 à 3 Nature du Nb d'équivalent complexe complexe HF/Base Tr Durée % pyr - SCF3% pyr - SCF2CI % PyrSCFCI2 % PyrSCClI IHFj10, pyridine 1 13 eqt 100 C 4h 7,2 % 61 % 17,5 % IHFI1n, pyridine 1 26 eqt 100 C 5h 2,3 % 88 % 7,0 % IHFI5, pyridine 1 24eqt 100 C 10h 0,5 % 54,6 % 8,5 % IHF]s, pyridine 1 48 eqt 100 C 24h 1,3 % 80,4 % 1,3 % [HF]16, pyridinel 9 eqt 100 C 4h 18 % 37 % IHFI3, Et3N1 30 eqt 80 C 6h 3,5 % 85 % 1 1 2730993 8) Echang CI - F suro dichloroMDB. C-.-O U....O 6a) Echange avec [HFI] 1o pyridine 1 Le rendement annoncé est semi quantitatif (analyse CPV). 191 mg (1 mmole) de DCMDB sont ajoutés à 0 C à 2 ml d'[HF]Io, pyridine 1. Le mieu réactionnel est agité 2 h à température ambiante, puis est versé sur un méblange CH2CI2/eauglace. Aprés lavage de la phase organique, ranalyse CPV donne DFMDB: 95 % (aire CPV) DCMDB " 0% Fluoro chloro MDB: - 1% 6b) Echange avec [HF]3, Et3N1 Le rendement en DFMDB est semi quantitatif. 191 mg de DCMDB sont ajoutés à 2 ml d'[HF13, Et3N à oC. Le temps de réaction à température ambiante est de 3 h. Le traitement est le même que dans rl'essai précédent. L'analyse CPV donne: DFMDB 90 % (aire CPV) DCMDB: 0% :2% % 12 2730993 6C) Echange DCMDB -> DFMDB avec des milieux HF + base catalyqu" Dans les essais suivants, la quantité de base (organique ou minérale) est beaucoup plus faible que dans les essais précédents. Les complexes HF- base catalytque sont formés de la même manière que les complexes HF - base utilisé Le tableau suivant (page suivante) montre rinfluence de quantité catalytique de base (Et3N et KF) par rapport à un essai blanc" sans base ajoutée. Le traitement des essais par HF - base catalytique est le mfme que ceux des essais avec [HF]10o, pyridine 1 et [HF]3, Et3N1. HF DCMB Base Rapport Rapport de DFMDB dosé Prodult HF/DCMDB base (DCMDB) dosé (CPV) insoluble 48 g 95,6 g 2,4 mole 0,5 mole - 4,8 75,5 % 2,4 % 2,9 g (4,8 eqgt) Et3N 1 4,72.10'2 mole 4,8 0,095 eqt 81 % 1,1 % 1,2 g 1 KF 4,8 0,084 eqt 80,4 1,7 % 0,4 g 4,2.10-2 mole _ 14 2730993 REVENDICATIONS 1. Procédé utile pour la synthèse de dérivés fluorés caractérisé par le fait qu'il comporte rétape de soumettre un substrat comportant au moins un carbone halogénophore d'hybridation sp3 porteur d'au moins deux halogènes dont au moins un est un halogène de nombre atomique supérieur à celui du fluor, lequel carbone halogénophore est relié à un chalcogène au moins, à raction crd'un réactif comportant au moins un composé défini choisi parmi ceux constitués par rassociation d'une base de Bronstedt avec un nombre défini n d'acide fluorhydrique, n étant au mois égal à 3 et au plus à 10. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que réventuelle liaison résiduelle du carbone halogénophore étant avantageusement une liaison avec un groupe choisi parmi les groupes électroattracturs par effet inductif. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la somme des nombres atomiques dudit ou desdits chalcogènes(s) est au moins égal à 10 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit groupe choisi parmi les groupes électroattracteurs est un halogène. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit carbone halogénophore porte au moins deux halogènes de nombre atomique supérieur à celui du fluor. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ledit carbone halogénophore porte trois halogènes choisis parmi le chlore et le fluor. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ledit chalcogène est divalent 2730993 8. Procédé selon les revendications I à 7, caractérisé par le fait que ledit chalcogène est lié par sa seconde liaison à un atome e donneur par effet inductif ou mésomèrnre. 9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ldi atome électrodonneur est un autre chalogbne avec la condition qu'il ne soit pas oxygène lobrsque le Chalcogène lié au carbone halogénopho resLt 10. Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que ledit atome électrodonneur est un carbone appartenant à un radical alcoyle ou à un radical arylique riche en électron. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit alcoyle est un radical aralcoyle, de préférence choisi parmi les radicaux benzyles. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit radical arylique riche en électron est un radical hétérocyclique à cinq chaînons. 13. Procédé selon les revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que ledit chalcogène est du soufre et qu'il comporte une étape ultérieure crd'oxydation dudit atome de soufre 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que ladite étape d'oxydation est réalisée pour obtenir ledit atome de soufre sous forme d'une sulfone. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape ultérieure d'hydrolyse avantageusement en milieu alcalin pour donner un sel ou l'acide sulfonique correspondant. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que ladite oxydation est réalisée pour obtenir ledit atome de soufre sous la forme crd'un sulfoxyde d'un sulfènate ou un état d'oxydation équivalent 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape ultérieure de d'halogénation, de préférence de chloration, modérée pour obtenir un halogénure de sulfényle. 18. Procédé selon les revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que ladite base de Bronstedt est choisie parmi les pnictines et les hééIrcc aromatique dans lesquels ledit hétérocycle est choisi parmi les atomes de la colonne V (colonne de razote).