SULFONYLATION PROCESS

Abstract: 1. Process for the preparation of diaryl sulphones of formula (III) see diagramm : EP0147298,P7,F1 in which : Ar denotes a mono- or polycyclic aromatic radical A denotes a covalent bond or an oxygen or sulphur atom each of X1 , X2 and X3 denotes an identical or different halogen atom n is between 0 and 2 and when A is a covalent bond n is equal to 0 p is equal to 1 or 2 R is chosen from hydrogen, C1 -C6 alkyl, alkoxy, alkylthio and hydroxyl m is equal to 1 characterized in that a compound of formula (R)m -Ar-[ACn X1 (X2 )n (X3 )n ]p in which R, Ar, A, X1 , X2 , X3 , m, n and p have the same meaning as above, is reacted with sulphuric acid in liquid hydrofluoric acid at an absolute pressure of borontrifluoride of at least one bar, at a temperature below 120 degrees C.

Description: PROCEDE DE SULFONYLATION La presente invention a pour objet un procède de sulfonylation de dérives aromatiques. Elle concerne plus particulierement un procédé de sulfonylation de dérives aromatiques désactivés. On entend au sens de la presente invention par derivé aromatique désactivé, tout dérive aromatique porteur d'au moins un groupe -A Cn X1 (X2)n (X3)n où A représente une liaison covalente, un atome d'oxygène ou de soufre, XIy X2, X3 représentent chacun un halogène identique ou différent et où n est égal 9 O ou 1. On connalt dans l'art antérieur, des documents décrivant des procédés de sulfonylation. Ces documents peuvent être regroupés en trois catégories. La première catégorie de documents (Chemical Abstract 1941, 35, 2123 ; brevet français N 2 381 027) divulgue des procédés de sulfonylation par l'acide sulfurique en milieu HF à haute temperature (140 à 1500 C) sur des dérivés activés. Ces procédés ne s'appliquent jamais aux dérivés désactivés. La deuxième catégorie de documents (brevet polonais N 102 679, brevet anglais N 1 351 453, demande de brevet allemand 2 252 571) divulgue des procédés de sulfonylation par H2 S04 seul à très haute température (230 à 2500 C). La troisième catégorie de documents (Shestov and N.A. Osipova Sb Statei Nauchn-Issled Inst. Organ. Poluprod. i Krasitelei 1961, No 2, 13-45 et demande de brevet allemand 1 950 394) divulgue des procédés de sulfonylation par H2 SO4 en présence de catalyseur tel que Na2 S04 ou l'hexachloroéthane a haute température (150 environ). Dans cette dernière catégorie, on peut aussi inclure un procédé de sulfonylation décrit par Rozlov et ses collaborateurs dans Zh. Org. Rhim. 1978, 14 (9), 1918-21 qui divulgue une sulfonylation en présence d'un catalyseur à base de pentafluorure d'antimoine dans l'acide fluorhydrique à 0 C. Cette sulfonylation est réalisée sur des dérivés aromatiques activés. Aucun des procédés préalablement cités ne permet de réaliser une sulfonylation sur des dérivés aromatiques désactivés à une température inférieure à 1200 C. I1 a maintenant été découvert un procédé de sulfonylation permettant notamment d'atteindra cet objectif, depuis longtemps recherché. En effet, la présente invention concerne un procédé de sulfonylation caractérisé par le fait qu'on fait réagir un dérivé aromatique désactivé avec de l'acide sulfurique dans de l'acide fluorhydrique liquide sous une pression absolue de trifluorure de bore d'au moins un bar. Le trifluorure de bore présente de grands avantages par rapport aux catalyseurs utilisés dans l'art anterieur. C'est un produit industriel, donc disponible sur le marché, et il se présente sous une forme gazeuse ce qui permet de le récupérer facilement et de le recycler en fin de réaction. Les catalyseurs utilisés par Kozlov et ses collaborateurs tels que le pentafluorure d'antimoine sont iiquides. De ce fait, ils ne sont récupérables et recyclables sans opération accessoire que lorsque les produits issus de la réaction sont gazeux aux temperatures de réaction ce qui n'est pas le cas dans la présente invention. Au sens de la présente invention, on entend par dérivé benzénique désactivé le composé de formule générale (I). (R)m-Ar-[A Cn X1 (X2)n (X3)n]p (I) dans laquelle Ar représente un radical aromatique mono ou polycyclique A represente une liaison covalente, un atome d'oxygène ou de soufre X1, X2 et X3 représentent chacun un atome d'halogène identique ou différent n est compris entre O et 2 et quand A est une liaison covalente n est égal à O p est égal à 1 ou 2 R est choisi parmi l'hydrogdne, un groupe halogéno, alkyle de C1 à C6, alkoxy, alkylthio, hydroxyle, m est égal à 1 ou 2. Selon un mode de réalisation preféré de l'invention dans la formule (I) R est l'hydrogène et Ar représente un radical monocyclique. Le dérivé aromatique est alors représenté par un halogénobenzène, un perhalogénoalkoxybenzène ou un perhalogénoalkylthio benzène. Encore plus préférentiellement, le dérivé benzénique est choisi parmi les halogenobenzènes. L'acide sulfurique utilisé est l'acide sulfurique concentré du commerce. I1 peut être remplacé sans sortir du cadre de l'inven- tion par l'anhydride sulfurique ou un oleum et peut être present au sein du milieu réactionnel sous la forme d'acide fluorosulfonique. Avantageusement, le rapport molaire de l'acide sulfurique au composé aromatique est compris entre 0,4 et 1,5. L'acide fluorhydrique utilisé est de préférence anhydre. La mise en oeuvre d'acide fluorhydrique aqueux entrainerait une consommation inutile de trifluorure de bore sous forme de HF, BP3 > H20 (H30+3F4). I1 est préférable de travailler avec une quantité de BF3 telle que la pression absolue de BF3 dans l'enceinte réactionnelle soit comprise entre 6 et 20 bars. Plus la pression sera élevée, plus la vitesse de réaction augmentera. Une pression supérieure à 20 bars n'est pas exclue du domaine de l'invention mais n'apporte pas d'avantage particulier. L'homme de l'art adaptera donc la pression à l'économie du procédé. Avantageusement, le rapport molaire de l'acide fluorhydrique au dérivé benzénique est compris entre 5 et 50. Encore plus préfé- rentiellement, il est compris entre 10 et 30. La température de la réaction est comprise de préférence entre 20 et 120"C. Les dérivés sulfonés obtenus dépendent des conditions de réaction ; ce sont soit des fluorures de sulfonyle répondant à la formule générale suivante EMI3.1 soit des diarylsulfones répondant à la formule générale suivante EMI3.2 soit un mélange des deux. La position de fixation du groupe SO2P sur le noyau se fera selon les règles de substitution bien connues de l'homme de l'art en fonction de la présence d'autres radicaux ortho, meta ou para orienteurs. Dans les formules précédentes (Il) et (III) n, m et p ont la signification précédente et si n =0 X a la signification précédente si n rl X1 X2 et X3 sont remplacés par du fluor si n =2 on obtient des dérivés de formule générale EMI4.1 où X1 X2 Xg ont la même signification que dans le produit de départ, l'échange avec les atomes de fluor ne se réalise que pour les halogènes situés en a de l'hétéroatome (A) Le processus de la réaction se réalise en deux étapes. Dans une première étape, il y a réaction entre l'acide sulfurique, le dérivé aromatique, 1'HF et le BF3 pour donner un fluorure de sulfonyle ; ce dernier peut réagir sur une deuxième molécule de dérivé aromatique pour donner une diarylsulfone. Suivant les conditions de réaction et les réactifs de départ, on réalise la premiere étape, les deux étapes ou seulement une partie de la deuxième. Ainsi, dans le cas de composés pour lesquels p = 1 lorsque le rapport molaire acide sulfurique audit composé aromatique est infé- rieur ou égal à 0,5 la température comprise entre 80 et 120"C et la durée de réaction d'au moins cinq heures, on obtiendra majoritairement des diphénylsulfones. Dans le cas de composés pour lesquels p = 2 on obtiendra majoritairement des fluorures de sulfonyle. Parmi les molécules répondant à la formule (I), on peut mettre en oeuvre par exemple : le fluorobenzène, le chlorobenzène, le bromobenzène, l'iodobenzène, les difluorobenzènes, les dichlorobenzènes, les dibromobenzènes, les chlorofluorobenzènes, les chloro bromobenzenes, les bromofluorobenzènes, le trifluorométhoxybenzène, le trichlorométhoxybenzene, le tribromométhoxybenzène, le bromodi chlorométhoxybenzène, le bromodifluorométhoxybenzène, les chloro trifluorométhoxybenzènes, les fluorotrifluorométhoxybenzènes, le trifluorométhylthiobenzène, le trichlorométhylthiobenzène, les chlorotrifluorométhylthiobenzènes, les fluorotrifluorométhylthiobenzènes, le pentafluoroéthoxybenzène, le pentachloroéthoxybenzène, les fluorotoluènes, les chlorotoluènes, les fluorométhoxybenzènes, les chlorométhoxybenzènes, les fluorométhylthiobenzènes, les chlorophénols, les fluorophénols, les trifluorométhoxyphénols, les trifluorométhylthiophénols... Parmi les fluorures de sulfonyle répondant à la formule (II) on peut citer : le fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle, le fluorure de chloro-4 benzènesulfonyle, le fluorure de bromo-4 benzènesulfonyle, le fluorure de trifluorométhoxy-4 benzène sulfonyle, le fluorure de trifluoromethylthio-4 benzène sulfonyle, le fluorure d'a,a-difluoro B,B,B-trichloroéthoxy-4 benzène sulfonyle, le fluorure de fluoro-2 méthyl-5 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-3 methyl-6 benzènesulfonyle, le fluorure de dichloro-3,4 benzènesulfonyle, le fluorure de dichloro-2,4 benzène sulfonyle, le fluorure de difluoro-2,4 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-2 trifluorométhoxy-4 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-4 trifluorométhoxy-2 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-4 hydroxy-2 benzènesulfonyle, le fluorure de fluoro-4 méthoxy-2 benzenesulfonyle. Parmi les diarylsulfones répondant à la formule (III), on peut citer : la difluoro-4,4' diphénylsulfone, la dichloro-4,4' diphénylsulfone, la dibromo-4,4' diphénylsulfone, la bis-trifluoro méthoxy-4 ,4 '-diphénylsulfone, la bis-trifluorométhylthio-4,4" diphénylsulfone, la bis (a,a-difluoro B, B, B-trichloroéthoxy)-4 ,4' diphénylsulfone, les difluorodiméthyldiphénylsulfones, les difluoro dihydroxy diphénylsulfones, les difluoro diméthoxy diphénylsulfones, la tétrafluoro-2,2' '4,4' diphénylsulfone, la tétrafluoro-3,3',4, 4' diphénylsulfone. Les fluorures de sulfonyle ou les diarylsulfones obtenus par le procédé de l'invention sont utilisés comme intermédiaires de synthèse dans l'industrie pharmaceutique ou phytosanitaire (US 3970752 et J58067-604). L'invention va etre maintenant plus complètement décrite à l'aide des exemples qui vont suivre. Exemple 1 Dans un réacteur inox maintenu aux environs de 100C par un bain d'eau glacée, on introduit 100 g de HF anhydre, 32,4 g (0,2 m) de trifluorométhoxybenzène et 10 g (0,1 m) d'acide sulfurique concentré. On ferme le réacteur puis on introduit BF3 gazeux jusqu a la pression de 10 bars à 200C. On porte alors à 80"C puis on laisse réagir 5 heures sous agitation. En fin de réaction, on refroidit le réacteur aux environs de 100C, on décomprime puis on coule le mélange réactionnel sur 200 g de glace pilée. On extrait alors par 3 fois 200 cm3 de CH2C12. La phase organique est lavée par 2 fois 200 cm3 d'eau permutée, 1 fois 200 cm3 d'une solution de ROH à 5 Z et 2 fois 200 cm3 d'eau permutée puis séchée et évaporée. On recueille ainsi 33,7 g (rendement = 87 t) de bis-trifluorométhoxy-4,4' diphénylsulfone. (Analyses infrarouge (IR), chromatographie phase gazeuse (CPG) et spectrométrie de masse F : 104,5 - 105"C (MeOH)). Exemple 2 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivantes - Acide fluorhydrique : 100 g (5 m) - Fluorobenzène : 19,2. g (0,2 m) - H2SO4 concentré : 1G g (0,1 m) - BF3: 7 7 bars-à 200C - Température : 800C - Durée : 4 H 15 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Fluorobenzène : = 30 Z - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle = 20 Z - Difluoro-4,4' diphénylsulfone : : = 50 % Exemple 3 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants - Acide fluorhydrique 40 g (2 m) - Chlorobenzène 22,5 g (0,2 m) - R2S04 concentré 10 g (0,1 m) - BF3 8 bars à 20 C - Température 500C - Durée 3 H 45 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Chlorobenzène - 50 % - Fluorure de chloro-4 benzènesulfonyle - 20 % - Dichloro-4,4' diphénylsulfone = 30 % Exemple 4 On procède d'une manière analogue à'exemple 1 avec les composés et conditions suivants - Acide fluorhydrique : 100 g (5 m) - Bromobenzène : 31,4 g (0,2 m) - R2SO4 concentré : 20 g (0,2 m) - BF3 : 10 bars à 20 C - Température : 50 C - Durée : 4 H 40 mn Par analyses IR, CPC et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Bromobenzène : 88 % - Fluorure de bromo-4 benzènesulfonyle 10 % - Dibromo-4,4' diphénylsulfone 2 x Exemple 5 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants : - Acide fluorhydrique : 120 g (6 m) - Bromobenzène : 31,4 g (0,2 m) - H2SO4 concentré : 10 g (0,1 m) - BF3 : 6 bars - Température : 80 C - Durée : 23 H 30 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Fluorure de bromo-4 benzènesulfonyle # 25 % - Dibromo-4,4' diphénylsulfone # 50 Z Exemple 6 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants - Acide fluorhydrique : 100 g (5 m) - Fluoro-4 toluène : 22 g (0,2 m) - H2S04 concentré : 10 g (0,1 m) - BF3 : 8 bars (20 C) - Température : 34 C - Durée : 5 heures Par analyses IR,-CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Fluoro-4 toluène - 60 Z - Fluorures de fluoro-2 méthyl-5 benzènesulfonyle et de fluoro-3 méthyl-6 benzènesulfonyle - 35 % - Difluorodiméthyldiphénylsulfones - 5 % Exemple 7 On procède d'une manière analogue à Itexemple 1 avec les composés et conditions suivants - Acide fluorhydrique : 50 g (2,5 m) - m-dichlorobenzène : 14,5 g (0,1 m) - H2SO4 concentré : 5 g (0,05 m) - BF3 : 6 bars à 20 C - Température : 1200 C - Durée : 19 R 30 mn Par analyses IR, CPC et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - m-dichlorobenzène : 75 Z - Fluorure de dichloro-2,4 benzène sulfonyle 25 % Exemple 8 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants - Acide fluorhydrique : 50 g (2,5 m) - o-dichlorobenzène : 14,5 g (0,1 m) - H2S04 concentré : 7,5 g (0,075 m) - BF3: 6 bars à 20 C - Température : 1200 C - Durée : 17 H 30 mn Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - o-dichlorobenzène : 80 % - Fluorures de dichloro-2,3 et dichloro -3,4 benzènesulfonyle = 20 % Exemple 9 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants - Acide fluorhydrique : 100 g (5 m) - Fluorobenzène : 9,6 g (0,1 m) - R2S04 concentré : 14,7 g (0,15 m) - BF3 : 10 bars à 20 C - Température : 50 C - Durée : 4 heures Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle 40 Z - Difluoro-4,4' diphénylsulfone 50 % - Divers 10 Z Exemple 10 On procède d'une manière analogue à l'exemple 1 avec les composés et conditions suivants : - Acide fluorhydrique : 60 g (3 m) - Fluorobenzène : 19,6 g (0,2 m) - H2S04 concentré : 9,8 g (0,1 m) - Bof3: 10 bars à 2O0C - Température : 23"C - Durée : 19 heures Par analyses IR, CPG et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Fluorure de fluoro-4 benzènesuîfonyle 27 Z - Difluoro-4,4' diphénylsulfone 66 Z - Divers 7 X Exemple 11 On procède d'une manière analogue a l'exemple 1 avec les composes et conditions suivants : - Acide fluorhydrique : 100 g (5 m) - Fluorobenzène : 19,6 g (0,2 m) - H2SO4 concentré : 9,8 g (0,1 m) - BF3 : 10 bars 20 C - Température : 800C - Duree : 1 heure Par analyses IR, CPC et spectrométrie de masse, on note la composition suivante - Fluorure de fluoro-4 benzènesulfonyle 48 % - Difluoro-4,4' diphénylsulfone : 48 7c - Divers: 4 %

Claims: REVENDICATIONS 1. Procédé de sulfonylation de dérivés aromatiques desactivés caractérisé par le fait qu'on fait réagir ledit dérivé aromatique avec de l'acide sulfurique dans de l'acide fluorhydrique liquide sous une pression absolue de trifluorure de bore d'au moins un bar. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le dérivé aromatique répond à la formule générale (R) )m Ar - C n X1 (X2) n (X 3) p dans laquelle Ar représente un radical aromatique mono ou polycyclique A représente une liaison covalente, un atome d'oxygène ou de soufre X1, X2 et X3 représentent chacun un atome d'halogène identique ou différent n est compris entre 0 et 2 et quand A est une liaison covalente, n est égal à 0 p est égal à 1 ou 2 R est choisi parmi l'hydrogène, un groupe halogéno, alkyl de Cl à C6, alkoxy, alkylthio, hydroxyle, m est égal à 1 ou 2. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que R est l'hydrogène. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que Ar est un radical aromatique monocyclique. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que A est une liaison covalente et n est égal à 0. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise par le fait que le dérivé aromatique est le fluorobenzène. 7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport molaire acide fluorhydrique au dérivé aromatique est compris entre 5 et 50. 8. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport molaire de l'acide sulfurique au dérivé aromatique est compris entre 0,4 et 1,5. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications caractérisé par le fait que l'acide fluorhydriqué mis en oeuvre est de l'acide fluorhydrique anhydre. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'on utilise une quantité de trifluorure de bore telle que la pression absolue de BF3 dans l'enceinte réactionnelle soit comprise entre 6 et 20 bars, 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la réaction est réalisée à une température comprise entre 20 et 1200C.

Inventors: DESBOIS, MICHEL
Applicants: RHONE-POULENC CHIMIE
Application year: 1984
Main classification: C07B45
IPC codes: C07C317, C07C301, B01J27, C07B45, C07C309, C07C323, C07C313, C07C67, C07B61, C07C315, C07C303