Brevet FR2796067A1 — publié le 20010112

-1- T2796067 PERFECTIONNEMENT A L'ECHANGE ET A LA LIBERATION D'UNE AMINE, DE SON FLUORURE DE CARBAMOYLE La présente invention a pour objet un procédé de synthèse de composés comportant à la fois un carbone perfluoré et une fonction aniline à partir de son fluorure de carbamoyle ou de I'isocyanate correspondant et comportant des atomes de chlore à la place des atomes de fluor sur le carbone perfluoré. Le carbone perfluoré est dans ce cas un carbone de nature aliphatique, c'est- à-dire qu'il est d'hybridation sp3. La présente invention vise plus particulièrement, un procédé d'échange et d'hydrolyse dans un même réacteur et ce en milieu acide fluorhydrique. Au cours des derniers lustres et plus précisément de la dernière décennie, les composés comportant un atome aliphatique perfluoré sont devenus de plus en plus importants dans le domaine de l'agrochimie et de la pharmacie. Ces produits perfluorés, le plus souvent comportant un radical perfluorométhyle ou perfluoroéthyle, ont en effet des propriétés physiologiques qui rendent les molécules qui les comportent particulièrement actives. Aussi, a-t-on vu fleurir de nombreuses propositions de procédé conduisant à de tels produits. Le plus souvent, I'agent de fluoration est l'acide fluorhydrique liquide et le substrat de départ est un isocyanate. On peut ainsi citer les brevets Occidental Chemical Corporation n EP-A129 214 et le brevet du prédécesseur en droit de la demanderesse, à savoir le brevet européen déposé au nom de Rhône Poulenc Spécialité chimique, sous le n 152 310. Plus récemment, un brevet européen au nom de la société HOECHST A.G. a été publié sous le n 639 556. Ces documents exposent différentes variantes de traitement en voie acide fluorhydrique. Selon cette technique, on commence par protéger la fonction amine par une fonction isocyanate, par exemple par phosgénation. Puis, on chlore en général de manière radicalaire le carbone qui devra être à l'étape finale sous une forme perfluorée. Enfin, on soumet le composé chloré ainsi obtenu à une étape d'échange chlore/fluor dans un milieu acide fluorhydrique liquide anhydre. Deux variantes ont été à ce jour explorées: la libération de l'amine au moyen d'un chauffage en présence d'un large excès d'acide fluorhydrique pour donner du fluorophosgène ou bien une hydrolyse en milieu acide fluorhydrique par une quantité relativement peu importante d'eau. -2- 2796067 La technique utilisant la décomposition des fluorures de carbamoyle en fluorophosgène, présente l'inconvénient certain d'être concomitant au dégagement du fluorophosgène dont la toxicité est réputée bien supérieure à celle du phosgène proprement dit qui fut utilisé comme gaz de combat lors de la Première Guerre Mondiale. Un autre inconvénient de cette technique réside dans la consommation accrue d'acide fluorhydrique, qui est un réactif relativement coûteux dès lors qu'il doit être utilisé en large excès. Les autres techniques, à savoir les techniques utilisant l'hydrolyse in situ du fluorure de carbamoyle, donnent des rendements qui sont loin d'être excellents. Ces faibles rendements grèvent lourdement le prix de revient du produit final, et donc la rentabilité de l'opération complète. Par ailleurs, l'utilisation de très large excès d'acide fluorhydrique, ce qui implique un recyclage pour le moins coûteux, ainsi qu'une déshydratation subséquente est aussi extrêmement pénalisante en ce qui concerne le prix de revient de l'opération. Enfin, au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été montré que même lorsque le noyau aromatique de la molécule était appauvri en électrons, la réactivité des fluorures de carbamoyle était très importante et conduisait à de multiples sous-produits qui nuisaient au rendement de transformation, c'est-à-dire à la sélectivité de la transformation. C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir un procédé d'obtention d'aniline comportant en outre un atome de carbone perfluoré, à partir de l'isocyanate ou du fluorure de carbamoyle correspondant, qui permette d'obtenir des rendements élevés, c'est-à-dire présentant un rendement de transformation au moins égal à 70%, de préférence à 75%, plus préférentiellement à 80%. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé du type précédent, qui permette d'avoir un taux de transformation au moins égal à 80%, de préférence au moins égal à 90%. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé du type précédent, qui permette d'obtenir un bon rendement avec une quantité minimale d'acide fluorhydrique. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé du type précédent, qui permette d'éviter le dégagement ou du moins de limiter le dégagement de fluorophosgène. Ces buts, et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints au moyen d'un procédé de mise en contact de fluorure de carbamoyle, ou d'isocyanate, -3- 2796067 avec de l'acide fluorhydrique en phase liquide et avec de l'eau, caractérisé par le fait que le rapport entre le fluorure de carbamoyle et l'acide fluorhydrique (HF/substrat) est maintenu pendant la durée de la réaction à une valeur au moins égale à environ 4, de préférence à 5, plus préférentiellement à 6, par le fait que ce rapport est au plus égal à environ 11, de préférence à 10, plus préférentiellement à 8. Dans la présente description le terme "environ" est employé pour mettre en exergue le fait que les valeurs qui le suivent correspondent à des arrondis mathématiques et notamment que lorsque le, ou les, chiffres les plus à droite d'un nombre sont des zéros, ces zéros sont des zéros de position et non des chiffres significatifs, sauf bien entendu s'il en est précisé autrement. La valeur supérieure limite n'a d'importance qu'économique. En effet, les études qui ont mené à la présente invention, ont montré qu'à partir du rapport de 4, l'acide fluorhydrique joue un rôle de protection vis-à-vis des réactions secondaires mettant en oeuvre le fluorure de carbamoyle. Si l'on se place en dessous de ces valeurs, on observe une quantité importante de réactions secondaires, notamment formation de biuret, réaction pour former des lourds par condensation de l'halogénure d'acyle sur le noyau aromatique, etc. Il convient de signaler que ce rapport de 4 est strict et que si l'on se place en dessous ou, si au cours de la réaction le rapport descend en dessous de cette valeur, il convient de rajouter de l'acide fluorhydrique pour maintenir au cours de la réaction ce rapport supérieur à 4. Ainsi, par exemple, si on introduit dans l'acide fluorhydrique du fluorure de carbamoyle sous la forme d'un isocyanate, et qu'il y ait 3 atomes de chlore à échanger avec le fluor, il faudra ajouter suffisamment d'acide fluorhydrique liquide pour que cette valeur soit observée tout au long de la réaction. Cette addition pourra aussi bien être réalisée dès le départ, qu'au fur et à mesure de l'échange. La première option est la plus simple. Le plus simple dans le cas qui précède, est d'observer un rapport total de I'ordre de 8, à savoir 4 pour assurer les réactions d'échange et d'addition sur la fonction isocyanate du substrat et 4 pour assurer un bon rapport entre fluorure de carbamoyle et acide fluorhydrique. Selon la présente invention, il a été montré qu'il était préférable que l'addition d'eau intervienne seulement à des phases précises du procédé. Ainsi, il est préférable d'attendre qu'il y ait au plus un atome de chlore à échanger avec l'atome de fluor pour introduire l'eau. On peut en effet suivre la réaction par rapport à l'acide chlorhydrique qui se dégage du milieu, surtout lorsqu'on utilise l'acide fluorhydrique pur liquide, et -4- 2796067 lorsqu'il ne reste plus qu'un seul chlore à échanger avec le fluor, on peut commencer à envisager d'ajouter l'eau qui servira à hydrolyser le fluorure de carbamoyle et à prévenir le dégagement de fluorophosgène. Il est même préférable, avant de procéder à l'addition d'eau, d'attendre qu'il ne reste plus que 0,5 et même 0,2 atome de chlore à échanger par molécule. Ainsi, selon un mode préféré de mise en oeuvre de la présente invention, on soumet le substrat chloré à un échange, à une température au plus égale à 500C, de préférence à une température au plus égale à 400C, et ce pendant une durée suffisante pour obtenir un échange laissant qu'au plus un atome de chlore à échanger par molécule. Cette première phase est avantageusement menée à une température comprise entre 0 et 40 C, de préférence à une température comprise entre 200C et 400C. Une fois l'échange partiel, qui ne laisse qu'au plus un atome de chlore à échanger, a été atteint, on porte le mélange réactionnel à une température comprise entre 300C et 500C, et l'on commence à ajouter de l'eau, avantageusement progressivement, la chaleur dégagée par l'hydrolyse permet à ce moment là d'augmenter la température et l'on atteint une température comprise entre 70 et 1 00 C, de préférence entre 80 et 900C. L'addition d'eau étant terminée, on maintient le mélange réactionnel dans ce domaine de température jusqu'à ce que le dégagement de gaz carbonique cesse. La quantité d'eau utilisée est avantageusement comprise entre 1 et 1,5 fois la quantité stoechiométrique, de préférence entre 1,05 et 1,4 fois la quantité stoechiométrique, la valeur optimale se situe entre 1,1 et 1,2. Lorsque l'on utilise l'isocyanate comme produit de départ, ce qui est le cas le plus fréquent, il convient de l'ajouter dans l'acide fluorhydrique. Pour éviter toute réaction parasite, il est très important que la réaction de formation du fluorure de carbamoyle par réaction de l'acide fluorhydrique sur l'isocyanate se fasse par addition de l'isocyanate dans l'acide fluorhydrique. Cette addition se fait avantageusement à une température inférieure à 10 C. L'homme du métier remarquera que cette opération d'addition d'isocyanate dans l'acide fluorhydrique est parfaitement cohérente avec la contrainte de maintenir un rapport élevé entre l'acide fluorhydrique et l'isocyanate. En effet, si l'on fait le mélange dans le sens inverse, on passe par des concentrations qui ne respectent pas cette contrainte. La réaction peut être menée sous pression et notamment sous celle qui est autogène au mélange réactionnel. En effet, l'acide fluorhydrique a un point - 5 - 2796067 d'ébullition suffisamment bas pour qu'aux températures de réaction il risque de passer en phase gazeuse. Aussi, est-on obligé de maintenir une pression plus élevée que la pression atmosphérique. Une autre solution consiste à mener la réaction en présence d'un solvant. On s peut notamment utiliser des solvants aromatiques, surtout des solvants aromatiques appauvris en électrons, pour éviter des réactions entre le fluorure de carbamoyle et le noyau aromatique du solvant. Conviennent bien à ce type de dilution, les halogéno aromatiques tels que les différents mono, di ou trichlorobenzènes. Toutefois, I'intérêt de l'utilisation de ces solvants n'est pas suffisant pour qu'ils soient utilisés systématiquement, elle n'apporte un intérêt que dans la perspective d'étape ultérieure. Des solvants aprotique polaires peuvent également donner de bons résultats. Ainsi, selon une mise en oeuvre particulièrement avantageuse de la présente invention, le procédé consiste: a) à ajouter l'isocyanate ou l'halogénure, avantageusement fluorure, de carbamoyle dans de l'acide fluorhydrique liquide, à une température au plus égale à environ 10 C (environ est placé ici pour indiquer que l'on se trouve en face d'arrondi mathématique); b) une fois l'addition réalisée, on porte progressivement le mélange réactionnel à une température comprise entre l'ambiante (environ 20 C) et environ C; c) le mélange réactionnel est maintenu dans ce domaine de température pendant une durée suffisante pour qu'il n'y ait plus qu'un seul atome de chlore à échanger avec le fluor; d) le mélange réactionnel est en suite porté à une température comprise entre et 50 C pendant que l'on ajoute progressivement l'eau. Cette eau provoque une augmentation de la température qui, jointe à l'opération de chauffage, conduit le mélange réactionnel à une température comprise entre 70 et 100 C (deux chiffres significatifs). Le mélange réactionnel est maintenu à cette température jusqu'au moment o la réaction est finie, ce que l'on détermine par l'absence de dégagement de gaz carbonique. Ainsi que cela été mentionné au début de la présente description, la présente invention vise essentiellement comme substrat les isocyanates et les dérivés d'isocyanate (halogénure de carbamoyle) présentant à la fois un noyau arylique porteur de l'azote de la fonction isocyanate ou de la fonction halogénure de carbamoyle, et un atome de carbone, de nature sp3, perhalogéné, en général perchloré en vue de le transformer en carbone perfluoré. -6- 2796067 Ce carbone doit être situé en position proche d'un doublet réputé stabiliser les carbocations (sans que le mécanisme de la réaction implique nécessairement la formation d'un carbocation, la demanderesse connaît mal les mécanismes de cet échange). Ce doublet peut aussi bien être une insaturation et surtout l'on vise ici des carbones de nature sp3 qui sont en position benzylique par rapport à un noyau aromatique et en particulier, les carbones Sp3 directement liés au noyau arylique de la définition. Le doublet peut également être fourni par un atome de chalcogène ou être situé en alpha d'une double liaison susceptible d'activer l'échange chlore/fluor sur ledit atome sp3. Ce type de conjugaison est explicité dans la demande de brevet européenne EP 729 930 au nom de la demanderesse. En ce qui les concerne, les dérivés activables par la présence d'une insaturation ou plus généralement d'une double liaison, sont décrits dans la demande WO 97143231. Selon la présente invention, il est hautement souhaitable que le noyau aromatique porteur de l'azote de la fonction isocyanate ou de la fonction halogénure de carbamoyle, ne porte pas de fonctions nitrées. En effet, les fonctions nitrées, ou nitro, gênent la réaction et conduisent à beaucoup de sous- produits. Plus généralement, il est préférable que la molécule substrat ne comporte aucune fonction nitro. Le carbone aliphatique à substituer est en général un trihalogénométhyle qui conduira à un trifluorométhyle. Le nombre de carbones total de la molécule substrat est avantageusement au plus égal à 25, de préférence à 15. Il est préférable que le noyau aromatique soit appauvri en électrons, c'est-à- dire que compte non tenu de la fonction azote engagée dans la fonction isocyanate ou dans les fonctions en dérivant, la somme des constantes de Hammett crp des substituants du dit noyau, soit supérieure à 0, avantageusement supérieur ou égal à 0,15, plus préférentiellement à 0,25. Pour les constantes de Hammett, on pourra se référer au livre de référence sur la chimie organique, à savoir Advanced Organic Chemistry, 3ème édition, de Jerry March, publié par John Wiley and Sons, en 1985. Le carbone sp3 porteur des halogènes à échanger comporte au moins deux halogènes. Les substrats utilisables selon la présente invention peuvent préférentiellement être de formule Ainsi le substrat répond avantageusement à la formule: (R)m - Ar(-Z- (CX2)p-GEA)-NH-CO-F - 7- 2796067 o: D les X semblables ou différents représentent un fluor ou un radical de formule CnF2n+1 avec n entier au plus égal à 5 de préférence à 2; a p représente un entier au plus égal à 2; a GEA représente un groupe hydrocarboné, un groupe électro-attracteur dont les éventuelles fonctions sont inertes dans les conditions de la réaction, avantageusement fluor ou un reste perfluoré de formule CnF2n+1 avec un entier au plus égale à 8, avantageusement à 5; Le nombre total de carbone de -(CX2)p-GEA est avantageusement compris entre 1 et 15, de préférence entre 1 et 10. a m est 0 ou un entier choisi dans l'intervalle fermé (c'est-à-dire comprenant les bornes) 1 à 4; a R est un substituant inerte dans les conditions opératoires, avantageusement choisi parmi les halogènes avantageusement légers (c'est à dire chlore et fluor) et les radicaux hydrocarbonés, de préférence alcoyle, aryle, alcoylchalcogényle (tel que alcoyloxyle), arylchalcogényle (tel que aryloxyle); Z Z représente une liaison simple, un atome de chalcogène avantageusement léger (soufre et oxygène) en particulier le substrat peut répondre à la formule o: Z représente une simple liaison ou un atome de chalcogène, o XI, X2, X3 représentent des halogènes semblables et différents, avec la condition qu'au moins deux halogènes soient différents du fluor. R et R2 sont des substituants parmi les halogènes, les alcoyles, les aryles, les nitriles. Le radical X3 peut être un groupe électro-attracteur n'interférant pas avec la réaction et notamment peut être un groupe perfluoré, généralement désigné dans le domaine de la technique Rf. Le composé substrat peut notamment être de la formule (les substituants éventuels inertes dans les conditions réactionnelles ne sont pas figurés) des composés des équations ci après: - 8 - 2796067 cI z 1) H-F F Z Z H -t N - / Cli 2) H20 F N\ H F Cl ci ci 1I) H-F F H2N OC.:S- CZXzl l 2) H20} ,F dans la deuxième équation les Z semblables ou différents représente un chalcogène avantageusement légers (soufre et surtout oxygène). Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention. Exemple 1 On introduit dans un réacteur de l'HF (9 moles) à une température de -5 C. On introduit alors le trichlorométhylphénylisocyanate (1 mole) que l'on désire transformer, la fluoration dure 1 h30 à une température de 20 C. Une opération de finition est menée à la température de 45 C pendant 2 heures. On observe qu'il reste alors moins de 0,1 atome de chlore à échanger. On ajoute l'eau (1,05 mole) en 1 heure la température s'élève à 80 C. On chauffe alors pour porter et maintenir la température à 90 C pendant 2 heures. Le rendement isolé après neutralisation et distillation est de 93%. - 9- 2796067 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'un fluorure de carbamoyle arylique, comportant dans sa molécule au moins un carbone aliphatique perhalogéné, lequel porte au moins 1, avantageusement au moins 2 atomes d'halogène à échanger avec le fluor, par mise en contact de ce dernier avec de l'acide fluorhydrique et de l'eau en phase liquide, caractérisé par le fait qu'il comporte l'étape de mise en contact dudit fluorure de carbamoyle avec de l'acide fluorhydrique, le rapport acide fluorhydrique sur fluorure de carbamoyle étant maintenu pendant la réaction à une valeur au moins égale à 4, de préférence à 5, et caractérisé par le fait que ledit rapport est au plus égal à 11. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit fluorure de carbamoyle est formé in situ par addition d'un isocyanate dans l'acide fluorhydrique liquide, à une température au plus égale à 10 C. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la température est maintenue à une valeur comprise entre 20 et 40 C jusqu'au moment o il ne reste qu'au plus un atome d'halogène à échanger avec le fluor. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'addition de l'eau au mélange réactionnel n'intervient qu'après qu'il ne reste qu'un seul halogène à échanger avec le fluor, ladite addition intervenant à une température comprise entre 40 C et 90 C. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'addition de l'eau commence à une température au plus égale à 50 C. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que une fois l'addition d'eau terminée, le mélange réactionnel est maintenu à une température comprise entre 80 et 100 C et ce jusqu'à ce que le dégagement de gaz carbonique cesse. 7. Procédé selon les revendications I à 6, caractérisé par le fait que la quantité d'eau introduite dans le mélange réactionnel est égale à une valeur comprise entre 1 fois et 1,5fois la quantité stoechiométrique nécessaire pour l'hydrolyse de la fonction fluorure de carbamoyle.