Brevet FR2791057A1 — publié le 20000922

La présente invention concerne un procédé perfectionné pour la préparation d'acides benzophénonesulfoniques de formule I . dans laquelle R, représente un groupe alkyle en C1-C15, facultativement substitué par un ou plusieurs groupes halogéno, cyano, hydroxyle ou alcoxy en C1-C15 ; R2 et R3 représentent chacun indépendamment l' hydrogène, un groupe alkyle en C1-C12, alcoxy en C1-C12, hydroxyle, hydroxyméthyle ou hydroxyalkyle en CZ-C6 ; R4 représente l' hydrogène ou le groupe S03X ; et X peut être l'hydrogène, un métal monovalent ou un groupe -N (Rs) 3, où chacun des trois radicaux R5 est choisi indépendamment parmi l'hydrogène, un groupe alkyle en C,-C6, hydroxyméthyle ou hydroxyalkyle en CZ-C6. Les groupes alkyles et alcoxy peuvent être linéaires ou ramifiés. Des exemples représentatifs, mais non limitatifs, des groupes alkyles sont les groupes méthyle, éthyle, n-propyle, isopropyle, n-butyle, isobutyle, sec- et tert-butyle, n-pentyle, n-hexyle, n-octyle, 1,1,3,3tétraméthylbutyle, 2-éthylhexyle, n-nonyle, n-décyle, isodécyle, isoundécyle, n-tétradécyle, n-pentadécyle et analogues. Comme indiqué ci-dessus, ces groupes alkyles peuvent être facultativement substitués par un ou plusieurs groupes halogéno, cyano, hydroxyle ou alcoxy en C1-C15. Des exemples représentatifs, mais non limitatifs, des groupes alcoxy sont les groupes méthoxy, éthoxy, propoxy, butoxy, tert-butoxy, n-pentyloxy, isopentyloxy, n-hexyloxy, 2-éthylhexyloxy, n-nonyloxy, n-décyloxy, n-dodécyloxy et analogues. Des exemples représentatifs, mais non limitatifs, des groupes hydroxyalkyles en C2-C6 sont les groupes 2hydroxyéthyle, 2-hydroxypropyle, 4-hydroxy-n-butyle, 2,2diméthyl-3-hydroxypropyle, 6-hydroxy-n-hexyle et analogues. Des exemples représentatifs de métaux monovalents sont le sodium et le potassium, tandis que le groupe -N(R5)3 désigne essentiellement des radicaux dérivés de triméthylamine, triéthylamine, triméthylolamine, triéthanolamine et N,N,N-tris-isopropylamine. Les composés de formule I sont des produits connus. Ils sont utilisés dans des compositions cosmétiques et/ou dermatologiques pour protéger la peau et les cheveux contre les rayons du soleil, soit ceux du type UV-A, soit ceux du type UV-B. Des composés de formule I particulièrement préférés sont le composé dans lequel RI est un groupe méthyle, R2, R3 et R4 représentent simultanément l'hydrogène et X représente l'hydrogène ou un atome de sodium, et l'acide 2,2'- dihydroxy-4,4'-diméthoxy-5,5'-benzophénonedisulfonique,tel quel ou sous la forme du sel disodique correspondant (composé de formule I dans lequel RI = méthyle, R2 = 2'hydroxy, R3 - 4'-méthoxy, R4 = SO3X, et X = hydrogène ou sodium) . Les procédés connus dans la littérature, y compris la littérature des brevets, pour la préparation des composés de formule I, prévoient la sulfonation des substrats de formule II au moyen de l'acide chlorosulfonique de formule ClSO3H. Selon la technique connue, les réactions de sulfonation sont effectuées dans les solvants organiques les plus divers. Par exemple, il est connu d'utiliser des hydrocarbures aliphatiques désaromatisés de 5 à 8 atomes de carbone dans un travail à l'échelle industrielle. Cependant, ceux-ci posent plusieurs problèmes de coloration à cause de la présence d'impuretés insaturées très réactives avec l'acide chlorosulfonique, ou de sous-produits provenant du solvant lui-même, problèmes qui se répercutent sur la pureté du produit final. On a utilisé par la suite des solvants aromatiques et aliphatiques halogénés, comme par exemple le 1,2dichloréthane (FR 1 545 111 et US 3 468 938) ; cependant, ceux-ci sont caractérisés par une grande toxicité au point de rendre leur emploi problématique, sinon strictement déconseillé, même si les produits désirés sont apparemment obtenus en un bon rendement. Pour remédier à ces inconvénients, le document EP 0 351 615 Bl décrit des réactions de sulfonation de substrats benzophénoniques dans des solvants tels que des esters d'acides carboxyliques et dicarboxyliques, aliphatiques ou aromatiques, linéaires ou ramifiés. Toutefois, même l'emploi de ces solvants n'est pas tout à fait satisfaisant, car ceux-ci se décomposent facilement dans les conditions d'acidité élevée requises par la réaction. Il s'ensuit des rendements de réaction résolument bas et rien n'est dit au sujet des pertes de solvant dues à sa décomposition ; ces pertes représentent clairement un problème non négligeable sur le plan économique lorsque la réaction est conduite à l'échelle industrielle. On a maintenant découvert le fait surprenant que si la réaction de sulfonation avec l'acide chlorosulfonique, ou avec un de ses dérivés fonctionnels, est conduite dans des solvants particuliers, c'est-à-dire des carbonates de dialkyle de formule R6-O-CO-O-R7 où R6 et R7 représentent chacun indépendamment un groupe alkyle de 1 à 3 atomes de carbone, on obtient les produits désignés de formule I en des rendements presque quantitatifs, qu'on les calcule par rapport au substrat de formule II ou par rapport à l'acide chlorosulfonique, avec un haut degré de pureté et, ce qui est important du point de vue industriel, les solvants utilisés peuvent être récupérés à partir du milieu réactionnel et réutilisés de nombreuses fois pour la même réaction sans recourir à leur purification répétée. Les solvants préférés sont le carbonate de diméthyle, le carbonate de méthyle et d'éthyle, le carbonate de diéthyle et le carbonate de diisopropyle. Les solvants davantage préférés sont le carbonate de diméthyle, le carbonate de méthyle et d'éthyle et le carbonate de diéthyle. Les solvants peuvent être utilisés individuellement ou en mélange de deux ou plusieurs d'entre eux. La réaction se déroule selon le schéma suivant : où R1, R2, R3, R4 et X sont tels que définis ci-dessus, et elle est conduite à une température comprise entre environ -10 C et environ 120 C. De préférence, la température est comprise entre environ 0 C et environ 50 C. La concentration du substrat de formule II peut varier entre des intervalles assez larges par rapport à la quantité de solvant utilisée. Habituellement, elle peut être comprise entre environ 1 et environ 60 % en poids par rapport au poids du solvant et, avantageusement, entre environ 10 et environ 30 %. La quantité d'acide chlorosulfonique que l'on utilise est généralement comprise entre environ 0,9 et 2 équivalents molaires, ou plus, par équivalent molaire de substrat de formule II. Elle varie sensiblement en fonction du substrat à sulfoner et du type de produit final qui est souhaité. Ainsi, par exemple, lorsque R2 et R3 représentent des groupes donneurs d'électrons tels que hydroxyle et alcoxy en C,-C12, la réaction de sulfonation conduit à l'introduction d'un groupe S03H sur les deux noyaux benzéniques. Dans ce cas, il est préférable d'utiliser au moins 2 équivalents molaires d'acide chlorosulfonique par équivalent molaire du substrat de formule II. Cette façon d'opérer s'est révélée particulièrement avantageuse lorsqu'on veut préparer l'acide 2,2'-dihydroxy-4,4'diméthoxybenzophénone-5,5'-disulfonique. Dans le cas où les substituants R2 et R3 sont autre chose que des groupes hydroxyle et alcoxy en C1-C12, on assiste généralement à l'introduction d'un seul groupe sulfonique sur le noyau 2-hydroxy-4-alcoxybenzénique. Il est alors préférable d'utiliser une quantité d'acide chlorosulfonique comprise entre environ 0,9 et environ 1,2 équivalent molaire par équivalent molaire du substrat de formule II. Cette façon d'opérer est particulièrement avantageuse dans le cas de la préparation de l'acide 2hydroxy-4-méthoxybenzophénone-5-sulfonique. Pendant la réaction, il se forme de l'acide chlorhydrique. Celui-ci est convenablement éliminé en réchauffant le mélange réactionnel à la température d'ébullition du solvant, parfois en présence d'un courant d'azote qui barbote dans le mélange lui-même. L'acide chlorosulfonique est ajouté au substrat de formule II, dissous dans le solvant ou le mélange de solvants choisis, en environ 10 à 70 minutes. Il peut être ajouté à l'état pur, ou dissous dans le même solvant ou mélange de solvants. La réaction de sulfonation est presque instantanée ; en effet, à mesure qu'on ajoute l'acide chlorosulfonique, on observe la précipitation du produit désiré qui peut être recueilli par simple filtration après avoir refroidi la masse réactionnelle. Les produits obtenus sont pratiquement anhydres, ou ont une teneur en eau inférieure à 0,1 %. Enfin, si cela est souhaité, les produits ainsi obtenus peuvent être amenés à réagir avec des hydroxydes ou alcoolates de métaux monovalents tels que, par exemple, l'hydroxyde de sodium ou de potassium, ou avec une amine de formule H-N(R5)3, af in d' obtenir les sels correspondants . Ces transformations sont exécutées par des techniques tout à fait classiques. Les exemples suivants illustrent davantage l'invention. Exemple 1 : Préparation de l'acide 2-hydroxy-4-méthoxy- benzophénone-5-sulfonique Dans une solution de 96,1 g (0,402 mole) de 2hydroxy-4-méthoxybenzophénone dans 600 ml de carbonate de diméthyle, à 10 C, on ajoute goutte à goutte 47,6 g (0,408 mole) d'acide chlorosulfonique. L'addition est effectuée en environ 60 minutes, et la température, au cours de l'addition, s'élève jusqu'à environ 35 C. Ensuite, le mélange réactionnel est chauffé au reflux de manière à éliminer le HC1 engendré au moyen d'un piège à NaOH. On obtient une suspension qui est refroidie en environ 1 heure à 5 C et filtrée. Le précipité obtenu est lavé avec un peu de carbonate de diméthyle neuf et séché jusqu' à poids constant. On obtient 118 g du produit du titre sous forme d'un solide cristallin ayant un point de fusion supérieur à 180 C. Rendement : 95,3 %, calculé par rapport au substrat aromatique de départ. Le solvant réactionnel est récupéré et réutilisé tel quel pour au moins 30 réactions successives, effectuées sensiblement dans les mêmes conditions que pour cet exemple, sans nécessité de purifications, de distillations ou de traitements intermédiaires. On obtient l'acide 2-hydroxy-4- méthoxy-benzophénone-5-sulfonique en un rendement pratiquement quantitatif. Exemple 2 : On reprend sensiblement le mode opératoire de l'exemple précédent en utilisant les mêmes rapports molaires de 2-hydroxy-4-méthoxybenzophénone/acide chlorosulfonique et, comme solvant, du carbonate de diéthyle à la place du carbonate de diméthyle, mais en éliminant le HCl qui se forme à 90 C dans un courant d'azote au lieu de porter le mélange réactionnel au reflux. Dans ce cas également, l'acide 2-hydroxy-4-méthoxy-benzophénone-5-sulfonique est obtenu en des rendements pratiquement quantitatifs et le solvant récupéré est utilisé tel quel dans 20 réactions successives. Exemple 3 : On reprend le mode opératoire de l'Exemple 1 en partant de 100 g (0,438 mole) de 2-hydroxy-4méthoxybenzophénone et en utilisant 500 ml de carbonate de méthyle et d'éthyle comme solvant. Le rendement en acide 2hydroxy-4-méthoxybenzophénone-5-sulfonique est de 98 %, même après la 22ème charge. Exemple 4 - Préparation de l'acide 2,2'-dihydroxy- 4,4'-diméthoxvbenzophénone-5,5'-disulfonique On reprend le mode opératoire de l'Exemple 1 en partant de 110 g (0,401 mole) de 2,2'-dihydroxy-4,4'diméthoxybenzophénone et 94,4 g (0,81 mole) d'acide chlorosulfonique, dans 600 ml de carbonate de diméthyle. On obtient le produit du titre en un rendement de 96 %. Le solvant est récupéré et réutilisé tel quel pendant 15 sulfonations successives. Le produit du titre est toujours obtenu en des rendements variant entre environ 95 et environ 98 %. Exemple 5 - Préparation d'un sel sodique On met en suspension 100 g (0,3246 mole) d'acide 2hydroxy-4-méthoxybenzophénone-5-sulfonique sous agitation dans 300 ml de méthanol. On ajoute ensuite lentement 58,3 g d'une solution à 30 % de méthylate de sodium dans le méthanol (0,324 mole) en maintenant la température audessous de 20 C au moyen d'un bain de glace. Après quelques minutes, on filtre la suspension obtenue et on lave le précipité avec 50 ml de méthanol neuf. Après séchage à l'étuve jusqu'à poids constant, on obtient 106,5 g du sel de sodium de l'acide 2-hydroxy-4méthoxybenzophénone-5-sulfonique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation d'acides benzophénone-sulfoniques de formule (I) : dans laquelle R, représente un groupe alkyle en C1-C15, facultativement substitué par un ou plusieurs groupes halogéno, cyano, hydroxyle ou alcoxy en C1-C15 ; R2 et R3 représentent chacun indépendamment l' hydrogène, un groupe alkyle en C1-C12, alcoxy en C1-C12, hydroxyle, hydroxyméthyle ou hydroxyalkyle en CZ-C6 ; R4 représente l' hydrogène ou le groupe S03X ; et X peut être l'hydrogène, un métal monovalent ou un groupe -N(R5)3, où chacun des trois radicaux R5 est choisi indépendamment parmi l'hydrogène, un groupe alkyle en C1-C6, hydroxyméthyle ou hydroxyalkyle en C2-C6, qui comprend la réaction d'un composé de formule II dans laquelle RI, R2 et R3 sont tels que définis ci-dessus, avec l'acide chlorosulfonique et, facultativement, la réaction des composés obtenus de formule I où X est l'hydrogène avec des hydroxydes ou alcoolates de métaux monovalents ou des amines de formule H-N(R5)3, ledit procédé étant caractérisé en ce que la réaction du composé de formule II avec l'acide chlorosulfonique est conduite en présence d'un ou plusieurs carbonates de dialkyle de formule R6-O-CO-O-R7, dans laquelle IZ6 et R7 représentent chacun indépendamment un groupe alkyle de 1 à 3 atomes de carbone, comme solvants de ladite réaction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les carbonates de dialkyle sont choisis parmi le carbonate de diméthyle, le carbonate de méthyle et d' éthyle, le carbonate de diéthyle et le carbonate de diisopropyle. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les carbonates de dialkyle sont choisis parmi le carbonate de diméthyle, le carbonate de méthyle et d'éthyle et le carbonate de diéthyle. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque équivalent molaire de composé de formule II, on utilise environ 0, 9 à environ 2 équivalents molaires, ou plus, d'acide chlorosulfonique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction entre le substrat de formule II et l'acide chlorosulfonique s'effectue à une température comprise entre environ -10 C et environ 120 C. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température est comprise entre environ 0 C et environ 50 C. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration du substrat de formule II est comprise entre environ 1 et environ 60 % en poids par rapport au poids du solvant. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la concentration du substrat de formule II est comprise entre environ 10 et environ 30 % en poids par rapport au poids du solvant.