Brevet FR2732010A1 — publié le 19960927

La présente invention concerne un réactif et un procédé pour greffer un groupement difluorométhyle substitué sur un composé comportant au moins une fonction électrophile. Elle concerne plus particulièrement une technique pour perfluoroalcoyler différents composés par des réactions de substitution nucléophile ou d'addition typiquement réalisées par des dérivés organométalliques. Les techniques de perfluoroalcoylation, ou les techniques équivalentes, utilisent en général des dérivés du type iodure de perfluoroalcoyle, en présence de zinc. Cette technique est donc coûteuse, tout en nécessitant des installations de traitement des rejets métalliques qu'il convient de traiter car le zinc est un polluant important des cours d'eau. Les autres techniques, où le radical perfluoroalcoyle ne forme pas un intermédiaire réactif stabilisé du type organo-métallique, sont en général difficiles à mettre en oeuvre en raison de la très faible stabilité des anions perfluorés libres dans les milieux réactionnels. Ces derniers conduisent en général à des produits du type carbène, lesquels lorsqu'ils réagissent ont perdu un de leurs substituants. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir un réactif qui permette une perfluoroalcoylation selon un mécanisme du type faisant intervenir carbanion, sans faire appel à des organométalliques de métaux de transition comme le zinc. On a souvent cherché à utiliser comme source de radicaux perfluoroalcoyle, plus généralement de radicaux trifluorométhyle, des acides perfluorocarboxyli- ques, en mettant en oeuvre des réactions de décomposition visant à éliminer le fragment carboxylique desdits acides en libérant du bioxyde de carbone. Toutefois, les succès qui avaient été obtenus étaient très mitigés et utilisaient des systemes catalytiques particulièrement compliqués. Les radicaux perfluoroalcoyle ou leurs équivalents engendrés par la décomposition desdits acides perfluorocarboxyliques étaient en outre instables dans le milieu réactionnel et nécessitaient l'emploi d'agents stabilisants. La présente invention se propose d'obvier aux inconvénients des procédés existants en fournissant un réactif non nocif pour l'environnement et capable de conduire aux produits désirés avec un rendement satisfaisant. Au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été démontré qu'une réaction de fluoroalcoylation était possible avec un sel d'acide fluorocarboxylique, sans catalyseur et sans agent susceptible de stabiliser les divers intermédiaires envisagés obtenus lors de la décomposition des différents acides perfluorocarboxyliques. Il est apparu que, pour obtenir ainsi une décomposition des acides fluorocarboxyliques, deux conditions étaient essentielles ; l'une est le choix du solvant, et l'autre la teneur en impuretés du mélange constituant le réactif selon la présente invention. Ainsi, il a pu être démontré le rôle absolument critique de la teneur en hydrogènes labiles du système, ou plus exactement en protons libérables, qui doit être inférieure à la teneur en groupes fluorés libérés par la décomposition des sels d'acides fluorocarboxyliques. Par hydrogène labile et proton libérable, on entend un atome d'hydrogène susceptible d'être arraché par une base forte sous forme de proton. En pratique, il s'agit des protons des fonctions acides qui présentent un pKa inférieur à environ 20 (par "environ", on souligne que le nombre 20 ne présente qu'un chiffre significatif). Les buts précités et d'autres, qui apparaitront par la suite, sont atteints au moyen d'un réactif nucléophile utile pour greffer un groupement difluorométhyle substitué sur un composé comportant au moins une fonction électrophile, caractérisé par le fait qu'il comprend a) un acide fluorocarboxylique de formule Ea - CF2 - C00H où Ea représente un atome ou un groupe électroattracteur, au moins partiellement salifié par un cation organique ou minéral, et b) un solvant aprotique polaire et par le fait que sa teneur en protons libérables portés par ses divers composants, y compris leurs impuretés, est au plus égale à la moitié de la concentration molaire initiale en ledit acide fluorocarboxylique. Les fonctions électrophiles susceptibles de réagir avec le réactif de la présente invention sont les fonctions qui réagissent habituellement avec les organométalliques et seront détaillées par la suite. Plus la teneur en protons libérables dans le réactif sera faible, moins il y aura de risque de réaction parasite et meilleur sera le rendement. Ainsi, il est préférable que, dans le réactif, la teneur en atomes d'hydrogène labiles soit au plus égale à 10%, de préférence à 1% (en moles), par rapport à la teneur initiale en ledit acide fluorocarboxylique. La principale impureté, porteuse d'atomes d'hydrogène labiles, est en général l'eau qui est susceptible de libérer jusqu'à deux atomes d'hydrogène par molécule. D'une manière générale il est préférable d'utiliser des réactifs et des solvants soigneusement déshydratés, de manière que la teneur pondérale en eau du réactif soit au plus égale à 1 pour 1000, de préfé rence 1 pour 10000, par rapport à la masse totale du réactif. Par ailleurs, il a pu être montré que d'autres éléments, à savoir les éléments de transition ayant deux états de valence stables, tels le cuivre, pouvaient n'être pas fastes, voire pouvaient être néfastes. Bien que ce réactif selon l'invention ne nécessite pas de catalyseur, de tels éléments métalliques peuvent être présents en tant qu'impuretés apportées notamment par le solvant. Ainsi, il est préférable que la teneur molaire en ces éléments soit inférieure à 1000, avantageusement à 100, de préférence à 10 ppm par rapport à la teneur initiale en ledit acide fluorocarboxylique. Egalement, bien qu'il ait été de nombreuses fois préconisé d'utiliser avec l'acide perfluoroacétique des éléments de la colonne VIII de la classification périodique des éléments, pour favoriser certains substrats et favoriser certains types de réaction, cela s'est révélé particulièrement néfaste pour la réaction visée ci-dessus. C'est pourquoi il est préférable d'utiliser des réactifs ne contenant pas de métaux de la colonne VIII, notamment des métaux de la mine du platine qui est le groupe constitué du platine, de l'osmium, de l'iridium, du palladium, du rhodium et du ruthénium. Dans la présente description, il est fait référence au supplément au bulletin de la Société Chimique de France numéro 1, janvier 1966, où une classification périodique des éléments a été publiée. Ainsi il est préférable que la teneur en métaux de la mine du platine, voire en métaux de la colonne VIII, soit inférieure à 100 ppm, avantageusement à 10 ppm, de préférence à 1 ppm. Ces valeurs s'entendent par rapport à l'acide fluorocarboxylique de départ et sont exprimées en moles. D'une manière plus générale et plus empirique, on peut indiquer que ces deux catégories de métaux, à savoir les éléments de transition à deux états de valence et les éléments de la colonne VIII, doivent être présents dans le réactif à un niveau de concentration globale au plus égal à 1000 ppm molaires, de préférence à 10 ppm molaires. On notera que les différents métaux présents à un tel niveau de concentration globale sont en quantité extrêmement faible et, à cet égard, ils ne jouent aucune rôle catalytique. Leur présence n'améliore pas la cinétique de la réaction, voire lui est néfaste lorsqu'ils sont présents en trop grande quantité. L'utilisation, en plus des composants de réactifs précités, de fluorure de métal alcalin ou de fluorure d'ammonium quaternaire, habituellement présents dans les systèmes réactifs utilisant des carboxylates fluorés, ne s'est pas révélée néfaste, mais elle s'est révélée de peu d'intérêt, notamment en raison du fait qu'elle produit des effluents salins difficiles à traiter. C'est la raison pour laquelle, il est préférable de limiter leur teneur, en particulier leur teneur initiale. Ainsi il est préférable que la teneur en fluorure, que l'on qualifie de ionique, c'est-à-dire susceptible d'être ionisé dans le milieu polarisant du réactif, soit au plus égale à la concentration molaire initiale en ledit sel d'acide fluorocarboxylique, avantageusement à la moitié, de préférence au quart. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, le solvant joue un rôle important dans la présente invention et doit être aprotique, et avantageusement polaire et comporter très peu d'impuretés porteuses d'hydrogène acide. I1 est ainsi préférable que le solvant aprotique polaire utilisable ait un moment dipolaire significatif. Ainsi, sa constante diélectrique relative E est avantageusement au moins égale à environ 5 (les zéros de position ne sont pas considérés comme des chiffres significatifs dans la présente description à moins qu'il en soit précisé autrement). De préférence 1'E est inférieur ou égal à 50 et supérieur ou égal à 5. On préfère en outre que les solvants de l'invention soient susceptibles de bien solvater les cations, ce qui peut être codifié par l'indice donneur D de ces solvants. I1 est ainsi préférable que l'indice donneur D de ces solvants soit compris entre 10 et 30. Ledit indice donneur correspond au AH (variation d'enthalpie), exprimé en kilo calorie, de l'association dudit solvant aprotique polaire avec le pentachlorure d'antimoine. Selon la présente invention, il est préférable que le réactif ne présente pas d'hydrogène acide sur le ou les solvants polaires qu'il utilise. En particulier lorsque le caractère polaire du ou des solvants est obtenu par la présence de groupes électroattracteurs, il est souhaitable qu'il n'y ait pas d'hydrogène en alpha de la fonction électroattractrice. De manière plus générale, il est préférable que le pKa correspondant à la première acidité du solvant soit au moins égal à environ 20 ("environ" soulignant que seul le premier chiffre est significatif), avantageusement au moins égal à environ 25, de préférence compris entre 25 et 35. I1 est préférable que ledit acide ou sel d'acide fluorocarboxylique soit au moins partiellement, de préférence complètement, soluble dans le milieu constituant le réactif. Les solvants donnant de bons résultats peuvent être notamment des solvants de type amide. Parmi les amides, on comprend aussi les amides à caractère particulier comme les urées tétrasubstituées et les lactames monosubstitués. Les amides sont de préférence substitués (disubstitués pour les amides ordinaires). On peut citer par exemple les dérivés de pyrrolidone, tels que la N-méthylpyrrolidone, ou encore le N,N-diméthylformamide, ou le N,N-diméthylacétamide. Une autre catégorie particulièrement intéressante de solvants est constituée par les éthers, qu'ils soient symétriques ou non symétriques, qu'ils soient ouverts ou non. Dans la catégorie des éthers doivent être incorporés les différents dérivés des éthers de glycol tels que les différents glymes, le diglyme par exemple. Dans l'acide fluorocarboxylique du constituant a) du réactif de l'invention, l'entité Ea qui exerce un effet électroattracteur sur l'atome de carbone difluoré est de préférence choisie parmi les groupes fonctionnels dont la constante de Hammett ap est au moins égale à 0,1. I1 est en outre préférable que la composante inductive de ap, ai, soit au moins égale à 0,2, avantageusement à 0,3. A cet égard, on se référera à l'ouvrage de March, "Advanced Organic Chemistry", troisième édition, John Wiley and Son, pages 242 à 250, et notamment au tableau 4 de cette section. Plus particulièrement, l'entité électroattractrice peut être choisie parmi les atomes d'halogène, de préférence légers, notamment de chlore et de fluor. L'acide fluorocarboxylique correspondant est un acide halogénofluoroacétique de formule (1) X - CF2 - C00H où X est un atome d'halogène, avantageusement léger (chlore ou fluor). Ea peut également être avantageusement choisie parmi les groupements nitriles, carbonylés, sulfonés et perfluoroalcoylés. Des acides fluorocarboxyliques de ce type qui peuvent être utilisés répondent à la formule (2) R - G - CF2 - COOH où R - G représente un group nitrile ou G représente C = O, S = O, ou -(CF,),- où n est supérieur ou égal à 1, et R représente un résidu organique ou minéral indifférent, de préférence un radical organique tel que aryle, alcoyle, ou aralcoyle, éventuellement substitué. R peut également représenter un support solide minéral ou organique, tel qu'une résine. Dans le cas où G représente un groupe perfluoroalkylène - (cl2) ), n est avantageusement compris entre 1 et 10, de préférence entre 1 et 5. Toujours dans ce cas, R peut également représenter un atome d'halogène, notamment le fluor. De manière générale, sauf dans le cas où l'acide fluorocarboxylique est un polymère, le nombre total d'atomes de carbone de l'acide fluorocarboxylique, n'excède avantageusement pas 50. Les contre cations susceptibles de former un sel avec ledit acide fluorocarboxylique sont avantageusement volumineux. Ainsi, on préfère des sels alcalins, avantageusement ceux où le métal alcalin est choisi parmi le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium. De préférence, ledit métal est d'une période dont le rang est au moins égal à celle du sodium, avantageusement à celle du potassium. On préfère également des sels d'ammonium quaternaire. I1 est également possible d'améliorer la réaction en utilisant des cations qui sont, soit naturellement volumineux comme les cations ammonium quaternaire ou phosphonium quaternaire, ou rendus volumineux par l'addition d'agents chélatants ou de préférence cryptands, tels que par exemple les éthers couronne ou les dérivés qui sont à la fois aminés et oxygénés. Des sels d'acides perfluorocarboxyliques peuvent être avantageusement utilisés, tels que les trifluoroacétate, perfluoropropionate et perfluorobutyrate de métal alcalin, notamment de potassium. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de synthèse d'un dérivé organique comportant un groupement difluorométhylène, qui utilise le réactif selon la présente invention. Ce but est atteint a) par la mise en présence dudit réactif avec un composé comportant au moins une fonction électrophile, et b) par le chauffage du mélange résultant à une température comprise entre 100"C et 200"C, de préférence entre 110 et 1500C, et ce, pendant une durée d'au moins une demi-heure, avantageusement d'au moins une heure, et d'au plus une journée, avantageusement de moins de 20 heures. Le réactif de l'invention réagit avantageusement sur un composé choisi parmi les composés hydrocarbonés halogénés ou pseudohalogénés, notamment les halogénures ou pseudohalogénures d'alkyle, d'aryle ou d'aralkyle, les dérivés halogénés de composés organiques du silicium, notamment les halogénures de silane ou de siloxane, les dérivés halogénés de composés organiques du soufre, notamment les halogénures de sulfényle, de sulfinyle ou de sulfonyle, où l'atome d'halogène ou le groupement pseudohalogène est substitué au cours de la réaction par un groupement difluorométhyle substitué, ou les composés de type thiocyanate où le groupe cyano est substitué au cours de la réaction par un groupement difluorométhyle substitué. Dans les composés ci-dessus, l'atome d'halogène peut être choisi parmi les atomes d'iode, de brome, de chlore et de fluor. Un groupement "pseudohalogène" est un groupe qui, partant, sous forme anionique, présente un acide associé dont le pKa est inférieur à 4, de préférence à 3, en particulier à 0. On préfère les groupes dont l'acide associé présente une acidité (mesurée par la constante de Hammett) au moins égale à celle de l'acide acétique, avantageusement à celle des acides sulfoniques, ou des acides trihalogénés. Un des pseudohalogènes typiques est un groupe perfluoroalcanesulfonyloxyle qui libère un perfluoroalcanesulfonate. Des groupes pseudohalogènes préférés peuvent être choisis parmi les groupe tosylate (p-toluènesulfonyloxyle), mésylate (méthylsulfonyloxyle), trifluorométhylsulfonyloxyle ou trifluoroacétoxyle. On peut également considérer le groupe acétate comme un tel groupe partant. Parmi ces groupes, les groupes perfluoroalcanoyloxyles tels que trifluoroacetyloxyles sont très avantageux dans le cas où l'on souhaite greffer un groupe perfluoroalcoyle (trifluorométhyle dans le cas où le groupe initial est le groupe trifluroacétyloxyle) . Par exemple, la substitution du groupe trifluoroacetyloxyle régénère in situ le réactif en libérant dans le milieu de l'acide trifluoroacétique ou un de ses sels, qui peut à son tour réagir comme source de groupements trifluorométhyle. Le réactif réagit également avantageusement sur un composé choisi parmi les composés carbonylés de type cétone, aldéhyde, halogénure d'acide ou ester activé, en réalisant une addition sur la fonction carbonyle. Le produit de la réaction est un alcool dont l'atome de carbone porteur de la fonction hydroxyle est substitué par un groupement difluorométhyle substitué. I1 convient de signaler que le produit issu de la décomposition de l'acide fluorocarboxylique peut réagir sur lui-même s'il comporte une des fonctions susceptibles de réagir. On pourra noter que des composés à fonction électrophile se présentant sous forme liquide sont susceptibles d'être utilisés en tant que solvant selon la présente invention dans la mesure où ils sont aprotiques. On peut ainsi réaliser avantageusement la réaction de la présente invention en mettant en présence a) un sel d'acide fluorocarboxylique tel que défini précédemment et b) un composé comportant au moins une fonction électrophile agissant à la fois comme solvant et comme substrat de la réaction. Lors de la mise en oeuvre du réactif selon l'invention avec un substrat comportant au moins une fonction électrophile,il est important que ce dernier perturbe le moins possible les conditions décrites précédemment. Ainsi, il est préférable d'utiliser un substrat suffisamment déshydraté, ou qui ne comporte pas d'hydrogène acide arrachable par des bases fortes ni d'impuretés néfastes c'est-à-dire, d'une manière générale, qui satisfasse les mêmes contraintes que celles exposées pour le réactif. L'exemple suivant illustre l'invention. Exemple Synthèse de l'alcool l-trifluorométhylbenzy- lique. Dans un réacteur en Hastalloy de 100 ml agité par une turbine, on introduit 40 g de N-méthylpyrrolidone anhydre, puis 7,6 g (50 mmol) de trifluoroacétate de potassium anhydre et enfin 3,2 g (30 mmol) de benzaldéhyde. Le rapport molaire de ce trifluoroacétate de potassium au benzaldéhyde est de 1,7. La teneur en eau du milieu réactionnel est inférieure à 0,004 % en moles par rapport au trifluoroacétate. Dans le réacteur fermé, le mélange est porté à une température de 140"C. Au cours de la réaction, la pression s'élève de 2,5.105 Pa. On recueille 47,2 g de produit brut. On vérifie par spectroscopie RMN 1H et spectrométrie de masse que le produit principal de la réaction est bien l'alcool l-trifluorométhylbenzylique, sous forme de 1-trifluorométhylbenzylate de potassium. REVENDICATIONS 1. Réactif nucléophile utile pour greffer un groupement difluorométhyle substitué sur un composé comportant au moins une fonction électrophile, caractérisé par le fait qu'il comprend a) un acide fluorocarboxylique de formule Ea - CF2 - COOH où Ea représente un atome ou un groupe électroattracteur, au moins partiellement salifié par un cation organique ou minéral, et b) un solvant aprotique polaire et par le fait que la teneur en protons libérables portés par ses divers composants, y compris leurs impuretés, est au plus égale à la moitié de la concentration molaire initiale dudit acide fluorocarboxylique. 2. Réactif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit solvant aprotique polaire est le composé comportant au moins une fonction électrophile. 3. Réactif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite teneur en protons est au plus égale à 10 % de la concentration molaire initiale en ledit sel d'acide fluorocarboxylique. 4. Réactif selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que sa teneur en éléments de transition présentant au moins deux états de valence stables est inférieure à 1000 ppm molaires, par rapport audit sel d'acide fluorocarboxylique. 5. Réactif selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que sa teneur en éléments de la colonne VIII de la classification périodique des éléments est inférieure à 100 ppm molaires, par rapport audit sel d' acide fluorocarboxylique. 6. Réactif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que sa teneur, exprimée en équivalent, en fluorure ionique est au plus égale à la concentration molaire initiale dudit sel d'acide fluorocarboxylique. 7. Réactif selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'indice donneur dudit solvant aprotique polaire est compris entre 10 et 30. 8. Réactif selon les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le pKa correspondant à la première acidité dudit solvant est au moins égale à 20. 9. Réactif selon les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ledit atome ou groupement électroattracteur est choisi parmi les groupes électroattracteurs dont la constante de Hammet ap est au moins égale à 1. 10. Réactif selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que ledit acide est choisi parmi les composés de formule (1) X - CF2 - COOH, où X représente un atome d'halogène, et les composés de formule (2) R - G - CF2 - COOH, où R - G représente un groupe nitrile ou G représente ,C = O, oS = O ou ~(CF2)n~ avec n supérieur ou égal à 1 et R représente un résidu organique ou minéral indifférent. 11. Réactif selon les revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que ledit acide ou sel d'acide fluorocarboxylique est complètement soluble dans le milieu réactif. 12. Réactif selon les revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que ledit sel d'acide est un sel de métal alcalin choisi parmi le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium, ou un sel d'ammonium quaternaire. 13. Réactif selon les revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que les solvants choisis parmi les amides N-disubstitués, y compris les urées tétrasubstituées et les lactames monosubstitués, et les éthers cycliques ou non. 14. Procédé de synthèse d'un dérivé comportant un groupement difluorométhylène, caractérisé par le fait qu'il comporte l'étape a) de mise en présence d'un réactif selon les revendications 1 à 13 avec un composé comportant au moins une fonction électrophile, et b) de chauffage du mélange résultant à une température comprise entre 100 et 200 C d'un réactif, pendant une durée comprise entre 1/2 heure et un jour. 15. Procédé de synthèse d'un dérivé comportant un groupement difluorométhylène, caractérisé par le fait qu'il comporte l'étape de chauffage d'un réactif selon la revendication 2 à une température comprise entre 100 et 200"C, pendant une durée comprise entre 1/2 heure et un jour. 16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé par le fait que ledit composé à fonction électrophile est choisi parmi les composés hydrocarbonés halogénés ou pseudohalogénés, les dérivés halogénés de composés organiques du silicium, les halogénures de sulfényle, de sulfinyle ou de sulfonyle, et les thiocyanates. 17. Procédé selon les revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que ledit composé comportant au moins une fonction électrophile ne comporte pas d'hydrogène arrachable par une base forte.