Brevet FR2867777A1 — publié le 20050923

(I) La présente invention concerne un procédé de préparation de dérivés du 1, 8 naphthalimide ou de ses formes polymères comme le pérylène tétracarboxylique diimide. Le pérylène tétracarboxylique diimide (ci-après PTCDI) est un composé très utilisé. Dans ses utilisations dans l'électronique, il est nécessaire de 10 disposer de ce composé dans une qualité de très haute pureté. Actuellement, on sait préparer le PTCDI par fusion alcaline du naphtalimide à température supérieure à 200 C suivie d'une oxydation. Dans DE-A-276 357, le PTCDI est préparé par réaction entre 280 et 300 C d'un mélange de naphtalène-1,8-dicarboxylique imide, d'hydroxyde de potassium et d'une faible quantité d'eau. Dans EP-A-0 054 806, le PTCDI est préparé par fusion alcaline du naphtalène-1,8-dicarboxylique imide dans un mélange d'hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium et d'acétate de sodium à une température de 190 à 220 C, puis oxydation du composé obtenu. US-A-4 588 814 décrit un procédé comparable mis en oeuvre dans un mélange d'hydroxyde de potassium et d'acétate de sodium desséchés, par exemple sous vide ou en absence d'oxygène. De même, par exemple US-A-6 372 910 décrit la préparation du 1,8 naphthalimide à partir d'anhydride 1,8 naphthalique en utilisant une solution aqueuse d'ammoniac à 29% comme agent d'imidation. Des procédés de préparation du 1,8 naphthalimide sont également décrits dans le brevet israélien 38 952, dans US-A-4 892 950 et dans SU 491 631. Mais les sels alcalins fondus sont très corrosifs et endommagent le matériel comme décrit notamment par Desilets et Al. dans Can. J. Chem., 1995, 3, 325). En outre, l'isolation du produit final nécessite des procédés de purification en plusieurs étapes. De plus les composés utilisés pour préparer des produits N-substitués (méthylamine, chlorométhane, éthylamine, chloroéthane, phénylamine etc) sont affectés d'un ou plusieurs des défauts ci-après: extrêmement inflammable, nocif par inhalation et/ou ingestion, irritant pour les yeux et les voies respiratoires. Enfin, les réactions mises en jeu sont polluantes car il se forme des brouillards alcalins pendant la synthèse et les lavages produisent de grandes quantités d'eau usées fortement alcalines. On sait également préparer le PTCDI par condensation du pérylène tétracarboxylique dianhydride avec l'ammoniac en présence de sels alcalins, comme décrit par exemple dans DE-A-1 619 531. Mais le rendement est en particulier très faible. Pour leur part, les PTCDI dialkylés et diarylés sont essentiellement préparés à partir du dianhydride ci-dessus par réaction avec un alkyl- ou arylamine. On sait également préparer des PTCDI dialkylés N,N'- di C1-C4 alkyl pérylène tétracarboxylique diimides à partir du PTCDI par réaction avec un halogénure d'alkyle comme décrit par exemple dans US-A- 3 331 847. Après de longues recherches, la demanderesse a découvert un procédé de préparation simple et rapide du pérylène tétracarboxylique diimide ou du 1,8 naphtalimide et de certains de leurs dérivés N-substitués conduisant à des composés de très haute pureté avec de bons rendements. C'est pourquoi la présente demande a pour objet un procédé de préparation d'un composé de formule (I) (I) ou de formule (l') N -RI dans laquelle RI et R2, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène ou un radical alkyle renfermant de 1 à 8 atomes de carbone, un radical aryle renfermant de 6 à 10 atomes de carbone ou aralkyle renfermant de 7 à 12 atomes de carbone, caractérisé en ce que l'on fait réagir le pérylène tétracarboxylique dianhydride ou l'anhydride naphthalique avec un composé de formule (III) R1-NH-CO-NH-R2 (III) dans laquelle RI et R2, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène ou un radical alkyle renfermant de 1 à 6 atomes de carbone, un radical aryle renfermant de 6 à 10 atomes de carbone ou aralkyle renfermant de 7 à 10 atomes de carbone, puis l'on isole le composé de formule I désiré. RI et R2, représentent particulièrement un radical alkyle. Lorsque RI ou R2 représente un radical alkyle renfermant de 1 à 8 atomes de carbone, il s'agit d'un radical ramifié ou non, particulièrement d'un radical n-butyle ou n-propyle et de préférence un radical éthyle ou méthyle. Lorsque RI ou R2 représente un radical aryle renfermant de 6 à 10 atomes de carbone, il s'agit de préférence d'un radical phényle. Lorsque RI ou R2 représente un radical aralkyle renfermant de 7 à 12 atomes de carbone, il s'agit de préférence d'un radical phényléthyle ou benzyle. Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, RI et R2 ont la même signification. Dans d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, RI et R2 représentent un atome d'hydrogène ou un radical phényle. Dans d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, la réaction est effectuée à une température supérieure ou égale à la température de fusion du composé de formule III, par exemple à une température allant de 130 C à 280 C, de préférence de 150 C à 260 C, notamment de 180 C à 240 C, et particulièrement à environ 210 C. Dans encore d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, on met en oeuvre de 1 à 20 moles, de préférence de 1,5 à 20 moles, notamment de 5 à 15 moles, particulièrement de 8 à 12 moles et tout particulièrement environ 10 moles de composé de formule III pour une mole de pérylène tétracarboxylique dianhydride ou d'anhydride naphthalique. Dans toujours d'autres conditions préférentielles de mise en oeuvre de l'invention, on opère à la pression atmosphérique. L'isolation du composé de formule I obtenu peut être réalisée très 30 simplement, par exemple par lavage dans un solvant approprié, de préférence à chaud, pour éliminer l'excédent du composé de formule III. On peut, si désiré, utiliser un solvant du composé de formule (III), 10 de point d'ébullition supérieur à 170 C, de préférence supérieur à 175 C, particulièrement supérieur à 180 C comme par exemple le nitrobenzène ou la quinoléine. On préfère éviter le nitrobenzène comme solvant et notamment opérer sans solvant. On peut cependant aussi utiliser un solvant du composé de formule (III), de point d'ébullition inférieur ou égal à la température de fusion du composé de formule (III), comme l'eau. De manière générale, on peut opérer à température plus basse lors de la préparation de dérivés du 1,8 naphthalimide que lors de la préparation de ses formes polymères comme les dérivés du pérylène tétracarboxylique diimide. Le procédé objet de la présente invention est doué de nombreuses qualités. Il permet de préparer un produit de haute pureté, avec un 15 rendement élevé, en utilisant seulement deux réactifs: le dianhydride et l'urée éventuellement substituée. En effet, on observe sur les spectres infra rouges des composés obtenus selon le procédé ci-dessus en particulier deux bandes d'absorption vers 1770-1780 cm-1 qui n'avaient jusqu'à présent pas été décrites sur les spectres des produits obtenus par les procédé antérieurs car leur intensité était bien trop faible par rapport au bruit de fond. Le procédé est rapide, et n'utilise pas de base alcaline. Il ne se forme pas de forme leuco pendant le procédé et il est donc inutile d'avoir recours à une oxydation ultérieure. La réaction ne nécessite pas la présence d'un catalyseur et peut se faire à pression atmosphérique. La réaction qui se fait en une étape est effectuée selon le même protocole, que l'on cherche à obtenir un composé de formule I substitué ou non. Le composé de formule I obtenu est de grande pureté et trouve de ce fait son utilisation notamment comme colorant laser, comme photoconducteur et photorécepteur organique, en lithographie, en microélectronique et, après traitement, comme pigment. C'est pourquoi la présente demande a aussi pour objet un dérivé du pérylène tétracarboxylique diimide de formule I obtenu par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit et un dérivé du pérylène tétracarboxylique diimide de formule I dont le spectre infra rouge est conforme à celui décrit dans les figures ci-après concernant les produits des exemples. Les conditions préférentielles de mise en oeuvre des procédés ci-dessus décrites s'appliquent également aux autres objets de l'invention visés cidessus, notamment aux dérivés de formule 1 obtenus par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit. Les exemples qui suivent illustrent la présente demande. Exemple 1. Pérylène tétracarboxylique diimide On mélange dans un réacteur 2 g de pérylèné tétracarboxylique 15 dianhydride avec 4,6 g d'urée, on porte à la température de 175 C pendant 2 heures. On isole le produit attendu. Exemple 2. Pérylène tétracarboxylique diimide On mélange dans un réacteur 51,6 g de pérylène tétracarboxylique dianhydride avec 115 g d'urée, on porte à la température de 220 C en 30 mn sous agitation puis on laisse la réaction se poursuivre pendant 90 mn. On laisse refroidir à 80 C et on lave à l'eau chaude jusqu'à élimination complète de l'excès d'urée. Après séchage à l'étuve pendant 12 heures, on isole 50,4 g du produit attendu, sous forme de poudre cristalline. Analyse élémentaire Calculé % C: 71,91, H: 2,55, N: 7,14, 0: 17,42 Obtenu % C: 73,80, H: 2,56, N: 7,18, 0: 16,40 Le spectre infrarouge du produit obtenu est reproduit sur la figure 1. On observe sur ce spectre deux bandes d'absorption que l'on 25 30 n'avait jusqu'à présent jamais pu observer sur les spectres du pérylène tétracarboxylique diimide obtenu par les procédé antérieurs (voir bandes aux environs de 1756 et 1716 cm-1 identifiées par une flèche sur la figure 1). Le spectre infrarouge du composé décrit par K. Akers et al. dans Spectrochimica Acta Vol. 44A, n 11, pp. 1129-1135, 1988 est reproduit sur la figure 5 et celui récemment décrit par Takaaki Sakamoto et al dans J. Org. Chem. 2001, 66, pp. 94-98 sur la figure 6. Exemple 3. N,N'-diméthyl pérylène tétracarboxylique diimide On mélange dans un réacteur 3,0 g de pérylène tétracarboxylique dianhydride avec 6,8 g de N,N'-diméthylurée, introduit un faible quantité d'eau pour former une pâte et on porte à la température de 249 C pendant 2 heures. On laisse refroidir et on élimine l'excès de diméthylurée par simple lavage à l'eau chaude. On isole 3,0 g du produit attendu sous forme de poudre cristalline. Le spectre infrarouge du produit obtenu est reproduit sur la figure 2. On observe sur ce spectre deux bandes d'absorption que l'on n'avait jusqu'à présent jamais pu observer sur les spectres du N,N'-diméthyl pérylène tétracarboxylique diimide obtenu par les procédé antérieurs (voir bandes aux environs de 1765 et 1732 cm-1 identifiées par une flèche sur la figure). Le spectre infrarouge du composé décrit par K. Akers et al. dans Spectrochimica Acta Vol. 44A, n 11, pp. 1129-1135, 1988 est reproduit sur la figure 7. Dans une variante, on a opéré de même, mais sans eau, à 180-220 C. On a isolé un produit analogue. L'utilisation d'un peu d'eau permet cependant notamment une limitation des pertes d'urée avant le début de la réaction et limite les pertes en évitant l'adhérence des produits de la réaction aux parois. Exemple 4. N,N'-diéthyl pérylène tétracarboxylique diimide On opère comme à l'exemple 3, sans eau, à partir de 1 g de dianhydride et 4,44 g de N,N'diéthylurée pendant une heure à 170 C. On isole 1,11 g du produit attendu sous forme de poudre cristalline. Le spectre infrarouge du produit obtenu est reproduit sur la figure 3. Exemple 5. N,N'-diphényl pérylène tétracarboxylique diimide On opère comme à l'exemple 3 en mélangeant 2,0 g de dianhydride et 10,55 g de N,N'diphénylurée et une faible quantité d'acide acétique. On chauffe pendant 2 H à 249 C. Le lavage est effectué à l'aide d'acide acétique concentré et chaud. On isole 2,60 g du produit attendu sous forme de poudre cristalline. Le spectre infrarouge du produit obtenu est reproduit sur la figure 4. On observe sur ce spectre deux bandes d'absorption que l'on n'avait jusqu'à présent jamais pu observer sur les spectres du N,N'-diphényl pérylène tétracarboxylique diimide obtenu par les procédés antérieurs (voir bandes aux environs de 1770 et 1730 cm-1 identifiées par une flèche sur la figure). Le spectre infrarouge du composé décrit K. Akers et al. dans Spectrochimica Acta Vol. 44A, n 11, pp. 1129-1135, 1988 est reproduit sur la figure 8. Exemple 6. 1,8-naphthalimide On mélange dans un réacteur 2 g l'anhydride 1,8-naphthalique avec 3,0 g d'urée, et porte à la température de 175 C pendant 2 heures. On lave à l'eau chaude et on isole le produit attendu. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un composé de formule (I) R1-N N-R2 0 0 (1) ou de formule (I') dans laquelle RI et R2, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène ou un radical alkyle renfermant de 1 à 8 atomes de carbone, un radical aryle renfermant de 6 à 10 atomes de carbone ou aralkyle renfermant de 7 à 12 atomes de carbone, caractérisé en ce que l'on fait réagir le pérylène tétracarboxylique dianhydride o O ou l'anhydride naphthalique avec un composé de formule (III) RI-NH-CO-NH-R2 (III) dans laquelle RI et R2, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène ou un radical alkyle renfermant de 1 à 6 atomes de carbone, un radical aryle renfermant de 6 à 10 atomes de carbone ou aralkyle renfermant de 7 à 10 atomes de carbone, puis l'on isole le composé de formule 1 désiré. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que RI et R2 ont la même signification. 3. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que RI et R2 représentent un atome d'hydrogène ou un radical phényle. 4. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température supérieure ou égale à la température de fusion du composé de formule III. 5. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température allant de 130 C à 280 C. 6. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre de 5 à 15 moles de composé de formule III pour une mole de pérylène tétracarboxylique dianhydride ou d'anhydride naphthalique. 7. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on opère à la pression atmosphérique. 20 25 8. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'isolation du composé de formule I est réalisée par lavage dans un solvant approprié à chaud, pour éliminer l'excédent du composé de formule III. 9. Un dérivé du pérylène tétracarboxylique diimide de formule I obtenu par la mise en oeuvre du procédé tel que défini à l'une des revendications 1 à 8. 10. Un dérivé du pérylène tétracarboxylique diimide de formule I telle que définie à la revendication 1 dont le spectre infra rouge est conforme à celui décrit dans l'une des figures 1 à 4.