Brevet FR2947264A1 — publié le 20101231

PROCEDE DE PREPARATION DE L'ACIDE DIFLUOROACETIQUE. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation de l'acide difluoroacétique. L'invention vise la préparation d'un acide difluoroacétique de haute pureté. Il existe dans la littérature plusieurs voies d'accès à l'acide 10 difluoroacétique. L'une des voies d'accès décrite dans EP-A 1 137 615 consiste à effectuer l'hydrogénodéshalogénation de l'acide chlorodifluoroacétique, par hydrogénation en milieu basique et en présence notamment de nickel de Raney. 15 L'acide difluoroacétique peut être préparé également à partir de l'acide chlorodifluoroacétique, selon un procédé en phase gazeuse comme décrit dans US 5 455 376: l'hydrogénation étant conduite entre 120°C et 250°C, en présence d'un catalyeur à base de palladium/platine et/ou nickel sous forme métallique ou supportée, par exemple sur alumine. 20 Il est connu également selon JP-A 6228043 de préparer l'acide difluoroacétique par hydrolyse basique d'un N,N-dialkyldifluoroacétamide : ce dernier étant préparé par échange KF d'un N,N-dialkyldichloroacétamide obtenu par réaction du chlorure de dichloroacétyle et d'une dialkylamine. Tous ces procédés conduisent à l'acide difluoroacétique ou son sel. 25 Le problème qui se pose est qu'il est très difficile de purifier l'acide difluoroacétique obtenu en solution aqueuse, car c'est un produit qui est soluble dans l'eau et dans ces conditions, plus difficilement séparable par distillation. L'objectif de la présente invention est de fournir un procédé simple de 30 préparation de l'acide difluoroacétique, permettant de l'obtenir pur. Par � haute pureté �, on entend dans le présent texte, un acide difluoroacétique ayant une pureté supérieure ou égale à 95 %, de préférence supérieure ou égale à 98 % et plus préférentiellement supérieure ou égale à 99 %. 35 Il a maintenant été trouvé et c'est ce qui constitue l'objet de la présente invention, un procédé de préparation de l'acide difluoroacétique caractérisé par le fait qu'il comprend la réaction d'un ester de l'acide difluoroacétique avec un acide aliphatique carboxylique conduisant, suite à une réaction de transestérification, à la formation de l'acide difluoroacétique et de l'ester de l'acide carboxylique correspondant et par le fait que l'ester dudit acide carboxylique a un point d'ébullition inférieur à celui de l'acide difluoroacétique permettant ainsi sa séparation par distillation. On donne ci-après, le schéma réactionnel du procédé de l'invention pour faciliter la compréhension de l'invention sans pour autant lier la portée de l'invention, à celui-ci. H-CF2- COOR1 + R2 - COOH H-CF2- COOH + R2 - COOR1 (I) (II) (III) Intervient donc dans le procédé de l'invention, un ester de l'acide difluoroacétique dont le groupe hydrocarboné RI de la fonction ester COOR1 est déterminé de telle sorte qu'il conduise à un ester de l'acide carboxylique (III) qui présente un point d'ébullition inférieur à celui de l'acide difluoroacétique. Ce groupe RI est avantageusement un groupe alkyle ayant une faible condensation en carbone, par exemple de 1 à 4 atomes de carbone mais l'on préfère que RI représente un groupe méthyle, éthyle, propyle ou isopropyle. Ainsi, préférentiellement, les esters de l'acide difluoroacétique répondent à la formule suivante : H-CF2- COOR1 (I) dans ladite formule : - RI représente un groupe alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence 1 ou 2 atomes de carbone. Les composés de formule (I) préférentiellement mis en oeuvre dans le procédé de l'invention sont l'ester méthylique ou éthylique de l'acide difluoroacétique. Les esters de l'acide difluoroacétique de formule (I) sont des composés 30 disponibles dans le commerce ou pouvant aisément être préparés selon les procédés décrits dans la littérature. Une voie d'accès privilégiée consiste à faire réagir un alcool R1OH avec un fluorure de difluoroacétyle de formule H-CF2 - COF. On peut se référer en particulier à la préparation décrite dans EP-A 0 694 523. 35 Pour ce qui est de la source de protons permettant d'effectuer la transestérification, on la symbolise par la formule (Il), R2 û COOH dont le groupe hydrocarboné R2 lié à la fonction acide COOH est déterminé de telle sorte qu'il conduise à un ester de l'acide carboxylique (III) qui présente un point d'ébullition inférieur à celui de l'acide difluoroacétique. Les acides aliphatiques carboxyliques choisis préférentiellement pour être mis en oeuvre dans le procédé de l'invention répondent à la formule suivante R2 ù COOH (II) dans ladite formule : R2 représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle ayant 1 ou 2 atomes de carbone, un groupe halogénoalkyle ayant 1 atome de 10 carbone dont un à 3 atomes d'hydrogène peuvent être remplacés par un atome d'halogène. Par � atome d'halogène �, on entend un atome de fluor, chlore ou brome. On fait appel plus particulièrement, à titre de composés de formule (Il) à 15 l'acide formique, l'acide acétique, l'acide trifluoroacétique, l'acide monochloroacétique, l'acide dichloroacétique, l'acide trichloroacétique. Parmi les composés précités, l'acide formique est préféré. Conformément à l'invention, on fait réagir l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et l'acide aliphatique carboxylique de formule 20 (II), dans des proportions telles que le rapport entre le nombre de moles d'ester d'acide difluoroacétique et le nombre de moles de l'acide aliphatique carboxylique varie entre 0,8 et 1,2, et se situe de préférence aux environs de 1. La réaction de transestérification est préférentiellement conduite en 25 l'absence de catalyseur mais l'invention n'exclut pas la mise en oeuvre d'un catalyseur classiquement utilisé pour ce type de réaction, à savoir un catalyseur de type acide fort. On peut citer notamment, l'acide sulfurique, l'acide p-toluène sulfonique, Comme autres exemples de catalyseurs acides protiques convenant 30 également, on peut citer les résines constituées d'un squelette polystyrénique qui porte des groupes sulfoniques et plus particulièrement les résines commercialisées sous différentes dénominations commerciales AMBERLYST 15, AMBERLYST 35, AMBERLYST 36 ou les résines perfluorées porteuses de groupes sulfoniques et, plus particulièrement le 35 NAFION qui est un copolymère de tétrafluoroéthylène et de perfluoro[2-(fluorosulfonyléthoxy)-propyl] vinyl éther. La quantité de catalyseur mis en oeuvre, exprimée en protons H+ par rapport à l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I), représente généralement de 0,1 à 10 % en moles. Le procédé, objet de la présente invention comprend au moins une étape de mélange de l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et de l'acide aliphatique carboxylique de formule (II) et une étape de distillation conçue pour obtenir : - en pied de distillation, l'acide difluoroacétique attendu, - et en tête de distillation, une phase gazeuse comprenant l'ester formé de formule (III). 10 Un premier mode de réalisation de l'invention consiste à conduire le procédé de l'invention en discontinu. Le procédé de l'invention comprend une opération de mélange de l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et de l'acide aliphatique carboxylique de formule (Il) par mise en contact des deux réactifs à température ambiante 15 (le plus souvent entre 15°C et 25°C) puis l'on porte le mélange réactionnel maintenu sous pression atmosphérique, à sa température de reflux et l'on distille le mélange en recueillant en tête de distillation l'ester de formule (III) et en pied de distillation l'acide difluoroacétique et éventuellement l'un des deux réactifs en excès. 20 On introduit les réactifs séparément ou en mélange dans un réacteur équipé de moyens d'agitation et de chauffage et surmonté d'une colonne de distillation. Pour effectuer la distillation, l'apport des calories en pied de colonne peut être fait notamment par circulation d'un fluide caloporteur dans la double 25 enveloppe d'un réacteur ou un autre mode consiste à chauffer dans un échangeur thermique, une fraction du mélange réactionnel prélevé en pied de distillation : le flux prélevé traverse de bas en haut, un échangeur thermique et en sortie d'échangeur est introduit latéralement dans la partie inférieure de la colonne de distillation. La circulation du flux peut être naturelle ou forcée à 30 l'aide d'une pompe. L'opération de distillation vise à obtenir en pied l'acide difluoroacétique dépourvu de l'ester de formule (III) qui est éliminé en tête de distillation. Dans le cas où, l'un des réactifs est en excès, il est distillé après distillation de l'ester de formule (III). 35 La distillation de l'ester de formule (III) est conduite à une température dans le bouilleur choisie de manière que la température soit suffisante pour obtenir en tête de colonne, la température d'ébullition de l'ester de formule (III). On conduit de préférence la distillation sous pression atmosphérique. Toutefois, une pression légèrement inférieure ou supérieure à la pression atmosphérique est également possible. La distillation est effectuée à l'aide d'un colonne de distillation classique. L'homme du métier est parfaitement en mesure de choisir les moyens à mettre en oeuvre en fonction des composés à séparer. On rappellera simplement ce qui suit. La taille (notamment le diamètre) des colonnes de distillation dépend du flux circulant et de la pression interne. Leur dimensionnement se fera donc principalement suivant le débit de mélange à traiter. Le paramètre interne qu'est le nombre d'étages théoriques est déterminé notamment par la pureté du composé de départ et la pureté du produit devant être obtenus en tête de distillation. On précisera que les colonnes pourront être garnies indifféremment de plateaux ou de garnissage ordonné, comme cela est parfaitement connu de l'homme du métier. L'installation étant déterminée, l'homme du métier ajuste les paramètres de fonctionnement de la colonne. Ainsi, la colonne de distillation pourra être avantageusement, mais non limitativement, une colonne ayant les spécifications suivantes : - nombre d'étages théoriques : de 1 à 20, de préférence de 5 à 10, - taux de reflux R compris entre 0 et 10 , de préférence entre 1 et 5. En bas de colonne, on récupère un culot de distillation comprenant l'acide difluoroacétique et en tête de colonne une phase gazeuse constituée par l'ester de formule (III). On refroidit cette phase gazeuse et la transforme sous forme liquide par refroidissement à une température par exemple comprise entre -10°C et 25°C, de préférence comprise entre 0°C et 10 °C. Cette opération est conduite par passage dans un condenseur qui est un appareil classique par exemple un échangeur tubulaire alimenté par de l'eau ou par un fluide maintenu à une température voisine de la température de refroidissement choisie. Le flux condensé est introduit, latéralement en tête de colonne de distillation afin d'assurer le reflux de la colonne. On récupère en pied de distillation, l'acide difluoroacétique avec une très 35 bonne pureté chimique. Dans le cas où il est mis en oeuvre un catalyseur transestérification, celui se retrouve également dans le pied de distillation et il y a lieu de séparer l'acide difluoroacétique à partir de ce milieu par une opération de distillation supplémentaire à une température de 132°C-133°C lorsque la distillation est conduite sous pression atmosphérique. Un autre mode d'exécution de l'invention consiste à mettre en oeuvre le procédé de l'invention en continu et de faire une distillation réactive ce qui signifie que l'on effectue le mélange et la distillation dans une colonne de distillation. Ce mode de réalisation de l'invention est préféré. On alimente en continu la colonne de distillation à l'aide des deux réactifs, à savoir l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et l'acide 10 aliphatique carboxylique de formule (II). Plus précisément, l'alimentation de l'ester de l'acide difluoroacétique est faite de préférence dans la partie inférieure de la colonne. L'alimentation de l'acide aliphatique carboxylique de formule (II) est faite de préférence dans la partie supérieure de la colonne. 15 La zone de réaction se situe à mi-hauteur de la colonne. Conformément au procédé de l'invention, on distille l'ester de formule (III) au fur et à mesure de sa formation et l'on récupère en pied de colonne, l'acide difluoroacétique. Le reflux de la colonne est assuré par le flux liquide récupéré suite à la 20 condensation de l'ester de formule (III) et renvoyé latéralement sur la colonne. Toutes les conditions de distillation, notamment température et pression sont telles que précédemment mentionnées pour le mode discontinu. On soutire en pied de colonne, l'acide difluoroacétique formé. Dans le cas où un catalyseur de transestérification est mis en oeuvre, 25 celui-ci est introduit sous forme solide (résines ou acide supporté) dans la partie réactive de la colonne à distiller. L'acide difluoroacétique est récupéré en pied de colonne et une séparation du catalyseur n'est donc pas nécessaire. 30 Le procédé de l'invention est avantageusement conduit dans un appareillage susceptible de résister à la corrosion provoquée par l'acide difluoroacétique. A cet effet, on choisit des matériaux pour la partie en contact avec le milieu réactionnel résistant à la corrosion avantageusement des aciers vitrifiés 35 ou des aciers inoxydables, tels que les aciers austénitiques [Robert H. Perry et al, Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition (1984), page 23-44]. et plus particulièrement les aciers inoxydables 304, 304 L, 316 ou 316 L. On met en oeuvre un acier ayant une teneur en nickel au plus de 22 % en masse, de préférence comprise entre 6 et 20 %, et plus préférentiellement comprise entre 8 et 14 %. Les aciers 304 et 304 L ont une teneur en nickel variant entre 8 et 12 % et les aciers 316 et 316 L ont une teneur en nickel variant entre 10 et 14 %. On fait appel plus particulièrement aux aciers 316 L. L'ensemble des différentes étapes du procédé de l'invention peuvent donc être mises en oeuvre en continu ou en discontinu. 10 On donne ci-après des exemples de réalisation de l'invention. Ces exemples sont donnés à titre illustratif et sans caractère limitatif. Dans les exemples, on définit le taux de conversion et le rendement obtenu. Le taux de conversion (TT) correspond au rapport entre le nombre de 15 moles de substrat [ester de l'acide difluoroacétique de formule (I)] transformées et le nombre de moles de substrat [ester de l'acide difluoroacétique de formule (I)] engagées. Le rendement (RR) correspond au rapport entre le nombre de moles de produit formées (l'acide difluoroacétique) et le nombre de moles de substrat 20 [ester de l'acide difluoroacétique de formule (I)] engagées. Les différentes analyses sont effectuées par RMN1H et RMN19F. Exemple 1 Dans un réacteur en verre surmonté d'une colonne à distiller, le 25 difluoroacétate d'éthyle (15 g ; 0,121 mol) est mis en présence d'acide formique (9 g ; 0,196 mol ; 1,6 équivalents) et de 0,1 g d'acide sulfurique à 98 % en poids. Le milieu réactionnel est porté à la température de 70°C, sous pression atmosphérique. 30 Un reflux apparaît et le reflux total est maintenu jusqu'à ce que la température en tête de colonne soit stablilisé à 55°C. Une fraction est alors recueillie de façon à maintenir la température en tête de colonne constante à 55°C. On obtient une fraction de 9 g de formiate d'éthyle. 35 L'analyse du milieu réactionnel montre que l'intégralité du difluoroacétate d'éthyle a été transformé en acide difluoroacétique (TT = 100%). L'acide difluoroacétique obtenu a une pureté supérieure à 98 % en poids. Le rendement (RR) est de 95 %. Exemple 2 Dans un réacteur en verre surmonté d'une colonne à distiller, le difluoroacétate d'éthyle (20 g ; 0,161 mol) est mis en présence d'acide formique (7,4 g ; 0,161 mol ; 1 équivalent) et de 0,1 g d'acide sulfurique à 98 % en poids. Le milieu réactionnel est porté à la température de 70°C, sous pression atmosphérique et une fraction de distillation est alors recueillie de façon à maintenir la température en tête de colonne constante à 55°C. On obtient une fraction de 12 g de formiate d'éthyle. L'analyse du milieu réactionnel montre que l'intégralité du difluoroacétate d'éthyle a été transformé en acide difluoroacétique (TT = 100 %). Le milieu est alors distillé sous pression atmosphérique. On récupère une fraction (m = 14,8 g) ayant un point d'ébullition de 133°C. L'acide difluoroacétique obtenu a une pureté supérieure à 98 % en poids. Le rendement (RR) est de 96 %. Exemple 3 Dans un réacteur en verre surmonté d'une colonne à distiller, le difluoroacétate d'éthyle (60 g ; 0,484 mol) est mis en présence d'acide trifluoroacétique (56 g ; 0,484 mol ; 1 équivalent). Le milieu réactionnel est porté à la température de 85°C, sous pression atmosphérique. Le trifluoroacétate d'éthyle est distillé en maintenant la température en tête de distillation de 63°C. On obtient une fraction de 69 g de trifluoroacétate d'éthyle. Le difluoroacétate d'éthyle a été intégralement consommé (TT = 100 %) et l'acide difluoroacétique obtenu en pied de distillation a une pureté de 30 99,5 % en poids. Le rendement (RR) est supérieur à 99 %. . REVENDICATIONS1 - Procédé de préparation de l'acide difluoroacétique caractérisé par le fait qu'il comprend la réaction d'un ester de l'acide difluoroacétique avec un acide aliphatique carboxylique conduisant, suite à une réaction de transestérification, à la formation de l'acide difluoroacétique et de l'ester de l'acide carboxylique correspondant et par le fait que l'ester dudit acide carboxylique a un point d'ébullition inférieur à celui de l'acide difluoroacétique 10 permettant ainsi sa séparation par distillation. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'ester de l'acide difluoroacétique répondent à la formule suivante : H-CF2 - COOR1 (I) 15 dans ladite formule : - RI représente un groupe alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence 1 ou 2 atomes de carbone. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'ester de 20 l'acide difluoroacétique est l'ester méthylique ou éthylique de l'acide difluoroacétique. 4 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'acide aliphatique carboxylique répond à la formule suivante : 25 R2 û COOH (II) dans ladite formule : - R2 représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle ayant 1 ou 2 atomes de carbone, un groupe halogénoalkyle ayant 1 atome de carbone dont un à 3 atomes d'hydrogène peuvent être remplacés par 30 un atome d'halogène. - Procédé selon la revendication 4 caractérisé par le fait que l'acide aliphatique carboxylique est l'acide formique, l'acide acétique, l'acide trifluoroacétique, l'acide monochloroacétique, l'acide trichloroacétique. 6 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on fait réagir l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et l'acide aliphatique carboxylique de formule (Il), dans des proportions telles que le rapport entre le 35 nombre de moles d'ester d'acide difluoroacétique et le nombre de moles de l'acide aliphatique carboxylique varie entre 0,8 et 1,2, et se situe de préférence aux environs de 1. 7 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la réaction de transestérification est conduite en présence d'un catalyseur de type acide fort, de préférence l'acide sulfurique, l'acide p-toluène sulfonique ou une résine sulfonique. 8 - Procédé selon l'un des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une étape de mélange de l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et de l'acide aliphatique carboxylique de formule (Il) et une étape de distillation conçue pour obtenir - en pied de distillation, l'acide difluoroacétique attendu, - et en tête de distillation, une phase gazeuse comprenant l'ester formé de formule (III). 9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé par le fait qu'il comprend une opération de mélange de l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) et de l'acide aliphatique carboxylique de formule (II) par mise en contact des deux réactifs à température ambiante puis l'on porte le mélange réactionnel maintenu sous pression atmosphérique à sa température de reflux et l'on distille le mélange en recueillant en tête de distillation l'ester de formule (III) et en pied de distillation l'acide difluoroacétique et éventuellement l'un des deux réactifs en excès. 10 Procédé selon l'un des revendications 8 et 9 caractérisé par le fait que l'on introduit les réactifs séparément ou en mélange dans un réacteur équipé de moyens d'agitation et de chauffage et surmonté d'une colonne de distillation. 11 - Procédé selon l'un des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que l'on effectue une distillation réactive : le mélange et la distillation sont effectués dans une colonne de distillation. 12 - Procédé selon la revendication 11 caractérisé par le fait que l'on alimente en continu la colonne de distillation à l'aide des deux réactifs, à savoir l'ester de l'acide difluoroacétique de formule (I) de préférence dans la partie35inférieure de la colonne et l'acide aliphatique carboxylique de formule (Il) de préférence dans la partie supérieure de la colonne. 13 - Procédé selon l'un des revendications 8 à 12 caractérisé par le fait que le reflux de la colonne est assuré par le flux liquide récupéré suite à la condensation de l'ester de formule (III) et renvoyé latéralement sur la colonne. 14 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé par le fait que l'acide difluoroacétique obtenu a une pureté supérieure ou égale à 95 %, de 10 préférence supérieure ou égale à 98 % et comprise plus préférentiellement entre 99 et 99,5 %.