Brevet FR2849026A1 — publié le 20040625

La présente invention concerne un procédé de synthèse du chlorure de phosgène-iminium. Le chlorure de phosgène-iminium est un réactif très utilisé en synthèse chimique Une de ses principales 5 caractéristiques est son fort pouvoir électrophile. Ainsi, il est utilisé pour la synthèse d'hétérocycles. On peut citer par exemple la synthèse de composés indazoles, par réaction du chlorure de phosgène-iminium avec une phényl hydrazine, ou encore la synthèse de 10 composés oxodiazoles par réaction du chlorure de phosgèneiminium avec le composé hydrazide correspondant De telles réactions sont décrites dans l'article Angew Chem, Internat Edit, 1973, 12 ( 10), 806-18 Une autre application du chlorure de phosgène15 iminium est la synthèse de sels de guanidinium quaternaires En effet, le chlorure de phosgèneiminium réagit, en présence de triéthylamine, avec deux équivalents molaires d'amines secondaires, les substituants des amines étant identiques ou différents, 20 pour donner un chlorure de guanidinium hexasubstitué avec un très bon rendement Une telle application est décrite dans l'article du Journal of Organic Chemistry, 1997, 62, 4200-2. L'homme du métier connaît déjà des procédés de synthèse du chlorure de phosgène-iminium, en deux étapes, par chloration du disulfure de tétraméthylthiurame Ainsi, il est connu de faire réagir du disulfure de tétraméthylthiurame avec du chlore, pour 30 obtenir le chlorure de diméthylthiocarbamoyle Ce dernier réagit ensuite avec du chlore pour donner le chlorure de phosgène-iminium Le schéma réactionnel est le suivant: me S me/me Me N-C-S-S-C-N +CI 2,,2 N-C-Cl + 25 P Me X, Me l S Me CI Me N-C CI + 2 C 12 -CN/ Cr +SCI 2 Me/ il Cl \+Cb S Un autre procédé de synthèse du chlorure de phosgène10 iminium, en deux étapes, consiste à oxyder le disulfure de tétraméthylthiurame avec du chlorure de sulfuryle, puis à faire réagir le composé ainsi obtenu avec du pentachlorure de phosphore Un tel procédé est décrit dans l'article Synth Commun ( 1990), 20 ( 18), 2769-73. L'inconvénient des procédés précédemment décrits est la production de soufre au cours de la réaction, ce qui rend leur mise en oeuvre est difficile. L'homme du métier est donc toujours à la recherche d'un procédé de synthèse du chlorure de phosgène-iminium 20 qui soit simple de mise en oeuvre et qui permette d'obtenir le produit désiré avec un bon rendement. La présente invention a pour objet un tel procédé. La présente invention concerne un procédé de 25 synthèse du chlorure de phosgène-iminium caractérisé en ce que le chlorure de phosgène-iminium est obtenu par réaction du sulfure de tétraméthylthiurame avec un agent chlorant choisi dans le groupe constitué par le phosgène, le diphosgène et le triphosgène Un tel 30 procédé permet d'obtenir du chlorure de phosgène-iminium avec un très bon rendement, supérieur à 90 % Ce procédé ne comporte qu'une seule étape et est simple de mise en oeuvre. Les produits mis en oeuvre dans cette synthèse sont des composés que l'on trouve dans le commerce Le sulfure de tétraméthylthiurame est largement utilisé dans l'industrie des pneumatiques en tant qu'agent de vulcanisation L'agent chlorant utilisé est choisi parmi le phosgène, le diphosgène et le triphosgène Sa quantité est telle qu'il y ait entre 3 et 5 équivalents molaires de phosgène par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame Le phosgène, le diphosgène et le triphosgène générant respectivement 1 mole, 2 moles et 3 10 moles de phosgène, la quantité de phosgène utilisée sera comprise entre 3 et 5 moles par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame, la quantité de diphosgène utilisée sera comprise entre 1,5 mole et 2,5 moles par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame et la quantité de 15 triphosgène sera comprise entre 1 mole et 1,7 mole par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame. De préférence l'agent chlorant utilisé est le phosgène. La quantité de phosgène utilisée est généralement comprise entre 3 et 5 équivalents molaires par rapport 20 au sulfure de tétraméthylthiurame Dans ce dernier cas, le schéma réactionnel est le suivant: Me S S Me Ci Me N-C-S-C-N + 3 COCI c 2 \C =NX CI + 3 COS Me Cl Me La réaction est généralement effectuée en présence d'un solvant organique choisi dans le groupe constitué par le toluène, le chlorobenzène, le dichlorométhane et le 1,2dichloroéthane Les solvants préférés sont le dichlorométhane et le 1,2-dichloroéthane. Selon une variante préférée de l'invention, la réaction est effectuée en présence d'un catalyseur choisi dans le groupe constitué par les chlorures d'ammonium quaternaires, les chlorures de phosphonium quaternaires 35 et les chlorures d'hexaalkylguanidinium Les catalyseurs préférés sont les chlorures d'ammonium quaternaires et plus particulièrement le chlorure de benzyltributylammonium La quantité de catalyseur 5 utilisée est comprise entre 0,01 mole et 0,1 mole par mole de sulfure de tétraméthylthiurame Le catalyseur est surtout utile dans le cas o l'agent chlorant est du diphosgène ou du triphosgène Le catalyseur permet de transformer le diphosgène ou le triphosgène en phosgène, 10 rapidement et sans réaction parasite, c'est-à-dire sans formation de dioxyde de carbone et de tétrachlorure de carbone. La réaction est effectuée à une température comprise entre 10 C et 100 C, de préférence entre 20 C et 80 C. L'agent chlorant est ajouté progressivement au sulfure de tétraméthylthiurame, placé au préalable dans le réacteur L'agent chlorant est introduit soit sous forme gazeuse, dans le cas du phosgène, soit sous forme d'une solution dans le solvant utilisé pour la réaction, dans 20 le cas du diphosgène et du triphosgène. On donne maintenant un mode de réalisation préférée de l'invention La réaction est effectuée dans un réacteur anticorrosion équipé d'un système d'agitation 25 efficace, d'un système d'introduction de gaz ou de liquides et d'un dispositif de traitement et de recyclage des gaz de réaction La température au sein du réacteur est comprise entre 10 C et 30 C On introduit dans ce réacteur le sulfure de tétraméthylthiurame, puis 30 un solvant organique choisi dans le groupe constitué par le toluène, le chlorobenzène, le dichlorométhane et le 1,2-dichloroéthane Les solvants préférés sont le dichlorométhane et le 1,2-dichloroéthane On ajoute ensuite progressivement l'agent chlorant choisi dans le 35 groupe constitué par le phosgène, le diphosgène et le triphosgène La quantité introduite est telle qu'il y ait entre 3 et 5 équivalents molaires de phosgène par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame De préférence l'agent chlorant est le phosgène, et sa quantité est telle qu'il y ait entre 3,3 et 3,7 équivalents molaires 5 de phosgène par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame Le phosgène est introduit sous forme gazeuse à l'aide d'un tube plongeur anti-retour. Lors de l'introduction du phosgène, la température du milieu réactionnel est maintenue entre 25 C et 40 C. 10 L'addition dure de 4 à 10 heures Le mélange réactionnel est ensuite agité pendant une durée comprise entre 5 à 7 heures, la température du milieu étant comprise entre 35 C et 90 C On refroidit ensuite le milieu réactionnel à une température comprise entre O C et 5 C, puis on 15 récupère, par filtration, le précipité de chlorure de phosgène-iminium formé Ce précipité est ensuite lavé avec le solvant de la réaction puis séché Le chlorure de phosgène-iminium est obtenu avec un très bon rendement, supérieur à 90 %. Les exemples qui suivent illustrent, à titre non limitatif des possibilités de mise en oeuvre de l'invention. Exem Dle 1: réaction du sulfure de tétraméthylthiurame avec du phosgène Dans un réacteur double enveloppe en verre de 2 L, équipé d'une agitation mécanique, d'un thermomètre, d'un 30 tube d'introduction de gaz et surmonté d'un réfrigérant à reflux à -30 C, on introduit 1200 g de 1,2dichloroéthane (soit 955 m L) et 215 g de tetraméthylthiurame monosulfure à 97 %, soit 1 mole On porte le mélange à 30 C et on règle l'agitation à 300 35 tr/min. On introduit régulièrement au sein du milieu réactionnel, en 6 heures, 360 g de phosgène gazeux, soit 3,64 moles, avec un débit moyen de 60 g/heure La température du milieu réactionnel est maintenue à 30 C 5 3 C L'introduction du phosgène terminée, on porte progressivement le milieu réactionnel à 80 C, température que l'on maintient ensuite pendant 6 heures. On refroidit le milieu réactionnel à 30 C et on élimine le phosgène en excès par barbotage d'azote puis on 10 refroidit le milieu à une température comprise entre O C et 5 C Le précipité formé est recueilli par filtration, lavé avec 100 m L de 1,2-dichloroéthane puis séché sous pression réduite ( 1 mm Hg) à 60 C pendant 6 h. On obtient ainsi 320 g de chlorure de phosgène-iminium, 15 ce qui correspond à un rendement de 97 % Le produit est obtenu sous forme d'un solide pulvérulent fondant à 188-190 C avec décomposition et dont la pureté mesurée par chromatographie en phase gazeuse ( dérivation à l'éthylène glycol) est de 98 %. 20 Exemple 2: réaction du sulfure de tétraméthylthiurame avec du triphosgène Dans un réacteur double enveloppe en verre de 1 L, équipé d'une agitation mécanique, d'un thermomètre, d'une ampoule de coulée de 500 m L et surmonté d' un réfrigérant à reflux à -30 C, on introduit 400 g de dichlorométhane ( 300 m L), 107,5 g de tetraméthylthiurame monosulfure à 97 %, soit 0,5 mole, et 7,8 g de chlorure de 30 benzyltributylammonium, soit 0,025 mole On porte le mélange à 35 C sous agitation et on introduit en 6 heures, goutte-à- goutte, par l'intermédiaire de l'ampoule de coulée, une solution de triphosgène ( 170 g, 0,57 mole) dans du dichlorométhane ( 400 g, 300 m L). 35 L'introduction terminée, on porte progressivement le milieu réactionnel à reflux, on maintient le reflux pendant 5 heures. On refroidit ensuite le milieu à 20 C et on élimine le phosgène résiduel par barbotage d'azote puis on 5 refroidit le milieu à une température comprise entre O C et 5 C Le précipité formé est recueilli par filtration, lavé avec 50 m L de dichlorométhane puis séché comme à l'exemple 1. On obtient ainsi 154 g de chlorure de phosgène-iminium, 10 ce qui correspond à un rendement de 91 % Le produit obtenu fond à 186-189 C et sa pureté (mesurée comme à l'exemple 1) est de 96 %. Revendications 1 Procédé de synthèse du chlorure de phosgène-iminium, caractérisé en ce que le chlorure de phosgène-iminium 5 est obtenu par réaction du sulfure de tétraméthylthiurame avec un agent chlorant choisi dans le groupe constitué par le phosgène, le diphosgène et le triphosgène. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent chlorant est le phosgène. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température comprise 15 entre 10 C et 100 C. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée en présence d'un solvant organique choisi dans le groupe constitué par le 20 toluène, le chlorobenzène, le dichlorométhane et le 1, 2dichloroéthane. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'agent chlorant est telle qu'il y ait 25 entre 3 et 5 équivalents molaires de phosgène par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée en présence d'un 30 catalyseur choisi dans le groupe constitué par les chlorures d'ammonium quaternaires, les chlorures de phosphonium quaternaires et les chlorures d'hexaalkylguanidinium. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le catalyseur est un chlorure d'ammonium quaternaire. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le catalyseur est le chlorure de benzyltributylammonium. 9 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce 10 que la quantité de catalyseur est comprise entre 0,01 mole et 0,1 mole par rapport au sulfure de tétraméthylthiurame.