Brevet FR2950882A1 — publié le 20110408

PROCEDE DE SYNTHESE DU 3,5-DICHLOROANISOLE A PARTIR DU 1,3,5-TRICHLOROBENZENE DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte à un procédé permettant de synthétiser du 3,5-dichloro- anisole à partir du 1,3,5-trichlorobenzène, qui présente, entre autres avantages, celui de n'utiliser 10 aucun solvant considéré comme ayant des effets néfastes, réels, présumés ou possibles, sur la santé de l'homme et des animaux, et celui de ne nécessiter aucune opération de purification du 3,5-dichloroanisole produit au cours de cette synthèse. Elle est susceptible de trouver application dans la synthèse du 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène dont le 3,5-dichloroanisole représente un produit intermédiaire. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène est un explosif puissant qui présente une insensibilité particulièrement élevée aux chocs, aux vibrations, aux impacts et au feu, ce qui en fait un explosif de choix pour l'industrie de l'armement. Cet explosif est notamment obtenu par nitration du 3,5-dichloroanisole puis amination du composé trinitré résultant. Un procédé permettant de réaliser ces réactions de nitration et d'amination est décrit dans le brevet US 4,952,733 [1]. 15 20 25 Le 3,5-dichloroanisole est disponible commercialement mais il est relativement cher à l'achat, d'où l'intérêt pour les fabricants d'explosifs de pouvoir en assurer eux-mêmes la synthèse. La littérature en matière de synthèse du 3,5-dichloroanisole est extrêmement pauvre et se limite en pratique à un article publié en 1983 par L. Testaferri et al. dans Tetrahedron, 39(1), 193-197, [2] Cet article enseigne qu'il est possible d'obtenir des mono-, di- et trichloroanisoles par substitution nucléophile des di-, tri- et tétrachlorobenzènes correspondants par des ions méthanolate mais à la condition expresse que cette réaction de substitution soit réalisée dans de l'hexaméthylphosphoramide (noté HMPT en français, HMPA en anglais), aussi connu sous le nom de « triamide hexaméthylphosphorique ». Ainsi, dans ce document, le 3,5-dichloro- anisole est produit en ajoutant 1,5 équivalent de méthanolate de sodium à une suspension, préalablement maintenue sous azote à 120°C, de 1,3,5-trichlorobenzène dans de l'HMPT et en laissant réagir pendant 1 heure. Il est ensuite isolé par extraction à l'éther et purifié par chromatographie sur colonne de gel de silice, en utilisant un mélange d'éther de pétrole et d'éther éthylique comme éluant. Le rendement de cette synthèse est de 78%. Bien que l'article de Testaferri et al. date de plus de 25 ans, la condition exprimée par ses auteurs quant à la nécessité d'utiliser de l'HMPT comme solvant de réaction ne semble pas avoir été depuis remise en cause dans la littérature. Or, il s'avère que l'HMPT est classé par la règlementation de l'Union Européenne dans les substances CMR, c'est-à-dire dans les substances qui sont considérées comme potentiellement ou de manière avérée cancérigènes, mutagènes et/ou toxiques pour la reproduction, ce qui rend rédhibitoire l'utilisation de ce solvant dans un procédé de synthèse destiné à être mis en oeuvre à une échelle industrielle. Par ailleurs, le fait d'avoir à purifier le 3,5-dichloroanisole en fin de synthèse, notamment par chromatographie sur colonne, alourdit notablement le procédé en augmentant le nombre d'opérations à effectuer ainsi que le volume de solvants organiques consommés et est économiquement pénalisant pour une exploitation à une échelle industrielle. Les Inventeurs se sont donc fixé pour but de fournir un procédé de synthèse du 3,5-dichloro- anisole qui n'utilise ni HMPT ni aucun autre solvant considéré comme présentant ou susceptible de présenter des effets néfastes sur la santé de l'homme et des animaux. Ils se sont, de plus, fixé pour but que ce 25 procédé de synthèse ne comprenne aucune opération de purification du 3,5-dichloroanisole produit. Ils se sont encore fixé pour but que, tout en présentant les avantages ci-dessus mentionnés, ce procédé de synthèse ait un excellent rendement et 30 conduise à l'obtention d'un 3,5-dichloroanisole présentant un haut degré de pureté. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ces buts sont atteints par la présente invention qui propose un procédé permettant de synthétiser du 3,5-dichloroanisole à partir du 1,3,5-trichlorobenzène, qui comprend : a) la réaction entre le 1,3,5-trichlorobenzène et un méthanolate d'un métal alcalin ou alcalino-terreux dans un premier solvant polaire aprotique ; b) la précipitation du produit résultant de l'étape a) dans un deuxième solvant ; puis c) le recueil du précipité ainsi obtenu ; et dans lequel les premier et deuxième solvants ne font pas partie des substances considérées comme cancérigènes, mutagènes et/ou toxiques pour la reproduction par le Règlement (CE) n° 1272/2008 du Parlement Européen et du Conseil du 16 décembre 2008. Ainsi, selon l'invention, on fait tout d'abord réagir le 1,3,5-trichlorobenzène avec un méthanolate d'un métal alcalin ou alcalino-terreux dans un premier solvant que l'on choisit parmi les solvants polaires aprotiques qui ne sont pas classés dans les substances CMR par la réglementation de l'Union Européenne, les Inventeurs ayant en effet constaté que, contrairement à l'enseignement de la référence [2] précitée, il est tout à fait possible d'obtenir la substitution, par un ion méthanolate, de l'atome de chlore situé en position 1 du cycle benzénique du 1,3,5-trichlorobenzène dans un solvant polaire aprotique autre que l'HMPT. 4 Puis, on isole du milieu réactionnel le 3,5-dichloroanisole ainsi produit en le faisant précipiter dans un deuxième solvant qui est également choisi parmi les solvants qui ne sont pas classés dans les substances CMR par la réglementation de l'Union Européenne. On recueille alors le précipité ainsi formé. On obtient de la sorte, comme illustré dans les exemples ci-après, du 3,5-dichloroanisole avec un rendement qui est proche de 90% et, dans certains cas, largement supérieur à cette valeur. Dans ce qui précède et ce qui suit, les termes « solvant polaire aprotique » sont pris dans leur acceptation habituelle, à savoir qu'ils désignent un solvant qui possède un moment dipolaire permanent non nul mais qui ne possède pas d'hydrogène lié à un hétéroatome en sorte que ce solvant ne peut pas échanger de protons avec les substances qui y sont dissoutes. Des solvants polaires aprotiques qui ne sont pas classés parmi les substances CMR par la réglementation de l'Union Européenne et qui peuvent donc être utilisés dans le cadre de l'invention sont notamment le diméthylsulfoxyde, le sulfolane, la 1,1,3,3-tétraméthylurée et la 1,3-diméthyl-2- imidazolidinone. Parmi ces solvants, on préfère utiliser le diméthylsulfoxyde et la 1,1,3,3-tétraméthylurée, l'utilisation du diméthylsulfoxyde étant tout particulièrement préférée. Conformément à l'invention, le méthanolate peut être un méthanolate d'un métal alcalin, par exemple de sodium, de potassium ou de lithium, ou bien un méthanolate d'un métal alcalino-terreux, par exemple de magnésium, de calcium ou de baryum. Toutefois, on préfère utiliser du méthanolate de sodium. Ce méthanolate peut être utilisé sous une forme solide ou sous la forme d'une solution alcoolique, par exemple méthanolique. Dans tous les cas, il est de préférence utilisé à hauteur de 1 à 2 équivalents molaires et, mieux encore, de 1 à 1,3 équivalent molaire par rapport au 1,3,5-trichlorobenzène. La réaction entre le méthanolate et le 1,3,5-trichlorobenzène est réalisée à une température pouvant aller de 20°C à la température d'ébullition du premier solvant mais qui est avantageusement de 40 à 120°C et, mieux encore, de 60 à 100°C. La durée de la réaction peut aller de 15 minutes à 24 heures selon la cinétique qu'elle présente à la température utilisée mais elle est, de préférence, de 15 minutes à 5 heures. Par ailleurs, la réaction peut être menée en introduisant simultanément le méthanolate, le 1,3,5-trichlorobenzène et le premier solvant dans un même réacteur et en les soumettant aux conditions précitées. Toutefois, il peut être avantageux, pour 30 contrôler le caractère exothermique de la réaction, d'ajouter soit le méthanolate par portions à un mélange de 1,3,5-trichlorobenzène et de solvant déjà présent dans le réacteur, soit le 1,3,5-trichlorobenzène par portions à un mélange de méthanolate et de solvant déjà présent dans le réacteur. Conformément à l'invention, le deuxième solvant peut être tout solvant dans lequel le 3,5-dichloroanisole est peu soluble, voire insoluble. Toutefois, pour des questions de simplicité et de coûts, on préfère qu'il s'agisse d'eau et, mieux encore, d'eau dont la température ne dépasse pas 20°C. Le procédé de l'invention peut comprendre de plus, après le recueil du précipité, une opération de lavage de ce précipité si l'on souhaite augmenter la pureté du 3,5-dichloroanisole, ce qui sera typiquement le cas si le degré de pureté de ce composé dans le précipité recueilli est inférieur à 90%. Auquel cas, cette opération de lavage est avantageusement réalisée avec un troisième solvant qui, lui aussi, est choisi parmi les solvants qui ne sont pas classés dans les substances CMR par la réglementation de l'Union Européenne. Là également, ce troisième solvant peut être tout solvant dans lequel le 3,5-dichloroanisole est peu soluble, voire insoluble mais, pour des raisons de simplicité et de coûts, il est préférentiellement de l'eau et, mieux encore, de l'eau dont la température ne dépasse pas 20°C. On obtient de la sorte, comme illustré dans les exemples ci-après, du 3,5-dichloroanisole dont le degré de pureté est toujours au moins de 90% et est typiquement de l'ordre de 96-98%. Le procédé de l'invention peut comprendre en outre, après le recueil du précipité ou, le cas échéant, après son lavage, une opération de séchage de ce précipité si la présence d'une faible quantité de solvant et, notamment, d'eau dans ledit précipité peut s'avérer gênante pour l'utilisation ultérieure du 3,5-dichloroanisole. Cette opération de séchage est, par exemple, réalisée par séchage sous un flux d'air présentant une température égale ou supérieure à la température ambiante, par lyophilisation, au moyen d'un fluide supercritique (CO2 par exemple) ou encore sous vide à température ambiante ou à une température supérieure à la température ambiante. Compte tenu de son degré de pureté, le 3,5-dichloroanisole obtenu par le procédé de l'invention peut être utilisé pour synthétiser du 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène sans qu'il soit nécessaire de le soumettre préalablement à une quelconque opération de purification. L'invention a donc également pour objet un procédé de synthèse du 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène, qui comprend : i) la synthèse de 3,5-dichloroanisole par 25 un procédé tel que précédemment défini ; puis ii) la conversion du 3,5-dichloroanisole en 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène. Cette conversion peut notamment être réalisée par nitration du 3,5-dichloroanisole puis 30 amination du composé résultant de cette nitration, comme décrit dans la référence [1]. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture des exemples suivants qui sont donnés, bien entendu, à titre illustratif et non limitatif. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE MISE EN îUVRE PARTICULIERS Exemple 1 : Dans un ballon tricol de 50 mL, on introduit 5 g (27,6 mmoles) de 1,3,5-trichlorobenzène que l'on met en suspension dans 20 mL de diméthylsulfoxyde. On ajoute à cette suspension 1,78 g (33,0 mmoles) de méthanolate de sodium. On chauffe le mélange ainsi obtenu à 62°C, sous agitation, pendant 5 heures 30. Après quoi, on ramène le contenu du ballon à température ambiante puis on le verse dans 200 mL d'eau glacée. Un solide blanc précipite. Ce solide est récupéré par filtration, lavé trois fois avec 20 mL d'eau glacée puis séché sous vide, à température ambiante. On obtient ainsi 4,31 g d'une poudre blanche dont l'analyse par résonance magnétique nucléaire (RMN), conforme à celle du 3,5-dichloroanisole attendu, est la suivante : RMN 1H (CDC13, 200 MHz) b (ppm) : 3,75 (s, 3H) ; 6,77 25 (d, J = 2 Hz, 2H) ; 6,93 (t, J = 2 Hz, 1H ; RMN 13C (CDC13, 50 MHz) b (ppm) : 55,4 ; 112,9 ; 120,7 ; 135,2 ; 160,4. Par ailleurs, une analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la 30 spectrométrie de masse (GC-MS), montre que le 3,5- dichloroanisole ainsi obtenu présente un degré de pureté de 98%. Les conditions de réalisation de l'analyse par GC-MS sont les suivantes : colonne : CP-Sil 8 gaz vecteur : hélium, 1,0 mL/min température de l'injecteur : 250°C volume injecté : 1 pL température du four : 1 min à 50°C, puis 20°C/min jusqu'à 100°C, puis 40°C/min jusqu'à 240°C, puis 1 min à 240°C. Le rendement est de 88%. Exemple 2 : Dans un ballon tricol de 50 mL, on introduit 5 g (27,6 mmoles) de 1,3,5-trichlorobenzène et 1,79 g (33,1 mmoles) de méthanolate de sodium que l'on met en suspension dans 10 mL de 1,1,3,3-tétraméthylurée. On chauffe cette suspension à 62°C, sous agitation, pendant 1 heure puis à 100°C pendant 20 heures 30. On lui ajoute alors 1,49 g (27,6 mmoles) de méthanolate de sodium et on poursuit le chauffage à 100°C, toujours sous agitation, pendant 3 heures 30. Après quoi, on ramène le contenu du ballon à température ambiante puis on le verse dans 100 mL d'eau glacée. Un solide blanc précipite. Ce solide est récupéré par filtration, lavé trois fois avec 20 mL d'eau glacée puis séché sous vide, à température ambiante. On obtient ainsi, sous la forme d'une poudre blanche, 4,24 g de 3,5-dichloroanisole dont une analyse par GC-MS (dans les mêmes conditions que précédemment) montre qu'il présente un degré de pureté de 97%. Le rendement est de 87%. Exemple 3 : Dans un ballon tricol de 50 mL, on introduit 5 g (27,6 mmoles) de 1,3,5-trichlorobenzène que l'on met en suspension dans 20 mL de diméthylsulfoxyde. Puis, on ajoute à cette suspension 5,97 g d'une solution de méthanolate de sodium à 30% dans le méthanol, soit 33,1 mmoles de méthanolate de sodium. On chauffe le mélange ainsi obtenu à 80°C, sous agitation, pendant 3 heures. Après quoi, le contenu du ballon est traité comme décrit dans l'exemple 1 ci-avant. On obtient ainsi, sous la forme d'une poudre blanche, 4,34 g de 3,5-dichloroanisole dont une analyse par GC-MS (dans les mêmes conditions que précédemment) montre qu'il présente un degré de pureté de 97%. Le rendement est de 89%. Exemple 4 : Dans un ballon tricol de 50 mL, on introduit 1,79 g (33,1 mmoles) de méthanolate de sodium que l'on met en suspension dans 10 mL de diméthyl- sulfoxyde. On chauffe cette suspension à 60°C puis on lui ajoute, par portions, 5 g (27,6 mmoles) de 1,3,5-trichlorobenzène préalablement fondu. On poursuit alors le chauffage à 62°C, toujours sous agitation, pendant 3 heures. Après quoi, le contenu du ballon est traité comme décrit dans l'exemple 2 ci-avant. On obtient ainsi, sous la forme d'une poudre blanche, 4,24 g de 3,5-dichloroanisole dont une analyse par GC-MS (dans les mêmes conditions que précédemment) montre qu'il présente un degré de pureté de 97%. Le rendement est de 87%. Exemple 5 : Dans un ballon tricol de 1 L, on introduit 100 g (551 mmoles) de 1,3,5-trichlorobenzène que l'on met en suspension dans 400 mL de diméthylsulfoxyde. On chauffe cette suspension à 80°C, sous agitation, puis on lui ajoute, goutte à goutte, 119,06 g d'une solution de méthanolate de sodium à 30% dans le méthanol, soit 661,2 mmoles de méthanolate de sodium. On poursuit le chauffage à 90°C, toujours sous agitation, pendant 3 heures 10. Après quoi, on ramène le contenu du ballon à température ambiante puis on le verse dans 4 L d'eau glacée. Un solide blanc précipite. Ce récupéré par filtration, lavé trois fois d'eau glacée puis séché sous vide, à ambiante. On obtient ainsi, sous la forme d'une poudre blanche, 95,55 g de 3,5-dichloroanisole dont une analyse par GC-MS (dans les mêmes conditions que précédemment) montre qu'il présente un degré de pureté de 96%. Le rendement est de 98%. Exemple 6 : Dans un réacteur de 2 L, on introduit 107,18 g (1,984 mole) de méthanolate de sodium que l'on solide est avec 250 mL température met en suspension dans 600 mL de diméthylsulfoxyde. On chauffe cette suspension, sous agitation, à 60°C. Puis on lui ajoute, par portions, 300 g (1,653 mole) de 1,3,5-trichlorobenzène solide. On poursuit le chauffage à 62°C, toujours sous agitation, pendant 2 heures 50. Après quoi, on ramène le contenu du ballon à température ambiante puis on le verse dans 6 L d'eau glacée. Un solide blanc précipite. Ce solide est récupéré par filtration, lavé trois fois avec 600 mL d'eau glacée puis séché sous vide, à température ambiante. On obtient ainsi, sous la forme d'une poudre blanche, 282,17 g de 3,5-dichloroanisole dont une analyse par GC-MS (dans les mêmes conditions que précédemment) montre qu'il présente un degré de pureté de 92%. Le rendement est de 96%. Exemple 7 : Dans un ballon tricol de 100 mL, on introduit 2,31 g (33 mmoles) de méthanolate de potassium et 33 mL de diméthylsulfoxyde. On chauffe cette suspension à 60°C, sous agitation, puis on lui ajoute par portions 5 g (27,6 mmoles) de 1,3,5-trichlorobenzène. On poursuit le chauffage à 62°C, toujours sous agitation, pendant 5 heures à l'issue desquelles on ajoute 1 g de méthanolate de potassium au milieu réactionnel, puis pendant 2 heures supplémentaires. Après quoi, on ramène le contenu du ballon à température ambiante puis on le verse dans 330 mL d'eau glacée. Un solide blanc précipite. Ce solide est récupéré par filtration, lavé quatre fois avec 50 mL d'eau glacée puis séché sous vide à température ambiante. On obtient ainsi, sous la forme d'une poudre blanche, 4,25 g de 3,5-dichloroanisole dont une analyse par RMN montre qu'il présente un degré de pureté de 90%. Le rendement est de 87%. REFERENCES CITEES [1] US-A-4,952,733 [2] L. Testaferri et al., Tetrahedron (1983), 39(1), 193-197 REVENDICATIONS1. Procédé de synthèse du 3,5-dichloroanisole à partir du 1,3,5-trichlorobenzène, qui comprend : a) la réaction entre le 1,3,5-trichlorobenzène et un méthanolate d'un métal alcalin ou alcalino-terreux dans un premier solvant, polaire aprotique ; b) la précipitation du produit résultant de l'étape a) dans un deuxième solvant ; puis c) le recueil du précipité ainsi obtenu ; et dans lequel les premier et deuxième solvants ne font pas partie des substances considérées comme cancérigènes, mutagènes et/ou toxiques pour la reproduction par le Règlement (CE) n° 1272/2008 du Parlement Européen et du Conseil du 16 décembre 2008. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier solvant est choisi parmi le diméthylsulfoxyde, le sulfolane, la 1,1,3,3-tétra- méthylurée et la 1,3-diméthyl-2-imidazolidinone. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier solvant est du diméthylsulfoxyde. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le méthanolate est choisi parmi les méthanolates de sodium, de potassium, de lithium, de magnésium, de calcium et de baryum. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le méthanolate est du méthanolate de sodium. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le méthanolate est utilisé à hauteur de 1 à 2 équivalents molaires et, mieux encore, de 1 à 1,3 équivalent molaire par rapport au 1,3,5-trichlorobenzène. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape a) est réalisée à une température de 40 à 120°C et, mieux encore, de 60 à 100°C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape a) est réalisée pendant une durée allant de 15 minutes à 24 heures et, mieux encore, de 15 minutes à 5 heures. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième solvant est de l'eau et, mieux encore, de l'eau dont la température ne dépasse pas 20°C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend de plus le lavage du précipité recueilli à l'étape c) par un troisième solvant qui ne fait pas partie des substances considérées comme cancérigènes, mutagènes et/ou toxiques pour la reproduction par le Règlement (CE)n° 1272/2008 du Parlement Européen et du Conseil du 16 décembre 2008. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le troisième solvant est de l'eau et, mieux encore, de l'eau dont la température ne dépasse pas 20°C. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend de plus le séchage du précipité recueilli à l'étape c). 13. Procédé de synthèse du 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène, qui comprend : i) la synthèse de 3,5-dichloroanisole par un procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 12 ; puis ii) la conversion du 3,5-dichloroanisole en 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzène.20