CA1148499A - Procede d'addition d'iodoperfluoroalcanes sur des composes ethyleniques ou acetyleniques - Google Patents

Procede d'addition d'iodoperfluoroalcanes sur des composes ethyleniques ou acetyleniques

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CA1148499A
CA1148499A CA000381281A CA381281A CA1148499A CA 1148499 A CA1148499 A CA 1148499A CA 000381281 A CA000381281 A CA 000381281A CA 381281 A CA381281 A CA 381281A CA 1148499 A CA1148499 A CA 1148499A
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reagents
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CA000381281A
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Auguste Commeyras
Patrick Calas
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Produits Chimiques Ugine Kuhlmann
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Produits Chimiques Ugine Kuhlmann
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Procédé d'addition d'iodoperfluoroalcanes de formule CF3 (CF2)nI où n varie de 1 à 19, sur des composés éthyléniques ou acétyléniques caractérisé par une électrocatalyse du mélange des réactifs. L'addition d'iodure de perfluoroalcanes CF3(CF2)nI à des composés éthyléniques ou acéthyléniques peut conduire à des produits qui sont utilisés comme intermédiaires de synthèse.

Description

L'inven-tion concerne un procede d'addition d'iodo-perfluoroalcanes de formule CF3 (CF2)nT o~ n varie de 1 ~
19, sur des composes ethyleniques ou acetyléniques, caracté-risé en ce que l'addition affectue par électroca-talyse du mélange des réactifs.
L'addition d'iodures de perfluoroalcane CF3 (CF2)nI
que nous désignerons sous le terme genérique de RFI a des composés éthyléniques ou acétyleniques peut conduire a des produits qui sont utilisés comme intermédiaires de synthèse.
Plusieurs procédes sont connus, mais ceux-ci ne don-n~nt que des rendements mediocres dans le cas des alcools ethyléniques ou acétyléniques et notamment dans le cas de l'alcool allylique.
Cette addition peut s'effectuer par exemple par voie radicalaire initiant la réaction par une elé~ation de tempé-rature (R.N. Haszeldine, J. Chem. Soc. 1953 p. 1199, Brevet des Etats Unis N 3 016 406 et 3 016 407), par irradiation par les rayons UV (article de R.N. Haszeld:ine , J.D. Park, J. Org. Chem. 26 1961 p. 2086 et D. Centacuzene J. Chem. Soc.
Perkin I 1977 p. 1365), par l'intermédiaire des derivés azol-ques ~N.O. Brace, J. Org. Chem. 27 1962 p. 3027 et Brevets des~tats Unis Ns 3~083,224, 3,145,222 et 3,257,407).
Il est également possible de catalyser l'addition par le systeme d'Assher (J. Chem. Soc. 1961 p. 2261), le catalyseur étant un melange de sels cuivreux et cui~riques et d'aminesO Ce procedé a éte etendu a des molécules fluorées par D.J. Burton (Tetrahedron Letters 1966 p. 5163) N.O.
Brace ~J. Org. Chem. 44 1979 p. 212) et décri~ dans le Brevet Francais M 2,103,459.
Si tous ces systèmes permettent d'additionner RFI
à un compose ethylenique, ils presentent l'inconvenient de n'aboutir qu'à des rendements médiocres et tres variables .,~

suivant la nature de l':initiateur et celle de l'olefine utilisée~ Il n'existe pas de catalyseur universel et en par-ticuli.er il n'existe pas de système capable de provoquer l'addition quantitative de RFI sur les alcools ethyleniques.
C'est ainsi que l'addition photochimique suivant J.D. Park~
ou le procede decrit dans le Brevet Fran~ais N 2,103,459 donnent un taux de trans~ormation de seulement 50-55 ~ avec l'alcool allylique.
La demanderesse a mis au point un procede d'addi-tion des iodoperfluoroalcanes aux alcools non satures par electrocatalyse, qui conduit a des rendements pratiquement quantitatifs. Avec l'alcool allylique par exemple, on obtient dans ~ln premier temps l'iodoalcool poLyfluore cor-respondant, puis en poursuivant l'electrolyse on obtient l'epoxyde par déshydroi.oduration.

RFI ~ CH2 = CH - C~2OH ~ RF ~ CH2 - CHI - CH2OH
RF - CH2 - CHI - CH2OH ~~ ~F ~ CH2CH ~ CH2 -HI O
Les ions iodures produits migrent vers llanode où
ils sont oxydes avec formation d'iode qui decante dans l'ano-lyte sous forme d'iode elémentaire.
La phase de ~or~ation de l'halohydrine et celle de l'époxyde sont successives ou simultanées selon'la densité
du courant imposée.
Le procédé de l'invention est applicable aux alcools acetyléniques. C'est ainsi que l'alcool propar~ylique donne un mélange de iodo alcool éthylénique et d'alcoo~ acétyleni-que :
RFI + CH C - CH2OH ~ R~CH = CI CH2OH ~ RFC~CCH2OH

~'alcool ethylenique se trouve sous les deux formes cis et trans.
Les ethers ethyleniques peuvent egalement ~ixer RFI

dan~ les conclitions opératoires décrites. Le dlallyl ether CH2 = CH - CH2 - O - CH2 - CH - CH2 par exemple donne par electrocatalyse le composé :
RF - CH2 ~ CH - CH - CH2I
I I
\2 / 2 ~ \O
Tous ces produits sont des intermediaires et peuve~t être utilises pour la fabrication de tensio-actifs fluores et pour l'obtention de dérivés hydro et oléophobes utiles en particulier pour le traitement des textiles, cuir, papier, etc.
La réactionpeut etre mise en oeuvre en milieu sol-vant ou en emulsion aqueuse en fonction du matériau cathodi-que employe. C'est ainsi qu'avec une cathode en mercure la réaction aura lieu en milieu D M F (nimethyl formamide), et qu'avec une cathode en fibre de ca:rbone il est possible d'u-tiliser une émulsion aque~se conte~ant 1'1.odoperfluoroalcane, l'alcool insature et un electrolyte tel le KCl. Comme type de fibres de carbone utilisables comme cathode, on peut ci-ter les fibres RIGILOR AGTF 10.000 (marque de commerce), les fibres longues V S C (marque de commerce) et les ~eutres de graphite R V G (marque de commerce) qui sont tous des pro-: duits de Carbone-Lorraine.
: Bien que l'invention soit réalisable avec l'ensemble des matériaux cathodiques et l'emploi de solutions ou d'émul-sions, le procédé, lorsqu'il est mis en oeuvre dans ces der-nières conditions, avec une cathode en fibre de carbone et une émulsion aqueuse contenant les reactifs presente le maximum d'avantages :

- absence de sous-produits, de catalyseur ou de solvant qui constituent autant de rlsques de pollution.
- separation facile du co~pose obtenu.

8~

- possibilité de travailler sur des solutions très concen-.~
trees ce ~ui economise l'energie necessaire ~ la separa-tion des produits et a~lgmente la productivité des instal-lations.
- conductivité électrique très élevée du milieu permettant l'utilisation de bas voltage et de fort amperage.
- récuperation directe de l'iode sous forme elémentaire dans le cas de la préparation d'epoxyde.
- facilité pour résoudre le problème du diaphragma séparant les deux compartiments avec un materiau non mouillable par la phase organique, Le rendement Faraday varie avec le type de cellule utilise. Il est excelle~t pour les cellules ~ cathode de mercure, nettement moins bon pour les cellules ~ cathode en fibre de carbone. Neanmoins la phase de formation du com~o-se d'addition du RFI sur l'olefine ou le composé acétyleni-que est toujours electrocatalytique avec une consommation de courant électrique nettement inférieure a 1 Faraday par mole, alors que la phase d'ép~xydation n'est pas électroca-talytique et necessite au moins 1 Faraday par mole de pro~
duit forme.
La chute ohmique dans la cellule depend etroitement de la ~eometrie du monta~e et du rapport phase aqueuse/phase organi~ue du catholyte. Cependant, elle reste faible si on la compare aux valeurs rencolltrées en electrochimie organi-que. Elle varie d'environ 4 a 10 volts selon les intensites utilisees.
Les exemples suivant lllustrent l'invention sans tou-tefois la limiter.

On utilise une cellule du type Moinet decrite dans le Bull Soc. Chim. Fr. 1969 p. 690. Les electrGdes sont une cathode de mercure de 6 cm de diam~tre et une anode en toile de platine. Le potentiel d'electrolyse est contr~lé par une electrode de reference au calomel, saturee en KCl (ECS).
Potentiel d'electrolyse : - 0,750 v/ECS
Anolyte : 25 ml DMF 0,1 M en LiC104 Catholyte : 35 ~1 DMF 0,1 M en LiC104 3 ~1 C6F13I
2 5 ml CH - CH - CH OH
La reduction monoelectronique de l'iodoalcane per-fluore necessiterait 1258 ~oulombs. Apres le passage de seulement 60 coulombs on observe la conversion compl~te du C6F13I en l'halohydrine C6F13 CH2-CHI-CH2H Rendement electrique : 21,6 moles de RFI converties par Faraday con-somme.

On utilise une cathode en fibre de carbone, RIGILOR
AGTF 10.000 (marque de commerce) de Carbone-Lorralne, obte-nue par pyrolyse de fibre de crylor. L'anode est un carbone telectrode pour arc de 6 mm de diamètre). L'anolyte est une solution saturée en ~.Cl, le catholyte contient Solution aqueuse saturée en KCl 2 ml CH2 = CH~CH2 OH 4 ~1 C4FgI 6 ml Le catholyte est agité au moyen d'un agitateur ma-gnétique, La ~igure 1 montre le plan de l'appareillage uti-lisé.
Avec un courant de 0,2 A on obtient en 1 heure, un taux de transformation de 90 % en C4FgCH2CHICH20H~
Si l'électrolyse est poursuivie on observe la con~
version progressive de llhalolydrine en époxyde C~F~CH2 -CH - CH
o 9~

XEMPLES 3 a 6 Dans ses exemples RF = C4F9 On répete l'exemple 2 en faisant varier l'intensite du courant d'électrolyse. Les resultats sont donnes dans le tableau c.t dessous:

Ex mn~ 15 30 60 120 240 _ _
3 0,1 10 35 50 80 % de ~1) . 0 _ 0 traces ~ de (2)
4 0,2 5 60 traces 20 id.

0,3 30 traces 70 50 100 id.

6 0,6 traces 80 60 100 id.

les % de (1) e~ (2) sont donnes par rapport au RFI de départ (1) RF-CH2-CHI fH2 OH
~2~ RF-CH2-C\ /H2 Notons que pour l'exemple 4, le rendement electrique pour la conversion du RFI en halohydrine, est au temps 60 mm de 0,25 Faraday par mole de RFI de depart.

On utilise la cellule definie dans l'exemple 2.
Le catholyte est charge de 2 ml H2O saturée en XCl, 4 ml d'alcool propargyl1que CH = C - CH2OH, 6 ml de C4~9I. On impose un courant de 0,2 A.

~4~99~

_ . ~
Temps mn 30 60 240 % A 20 35 0 % B 40 65 65 ~ C 0 traces 35 Les ~ de A, B, C sont donnes en % ~olaire par rap-port au RFI de depart C4F9 / I C4Fg \ CH2H
A : C = C\ B : C = C

C : C FC ~ C CH OH
Apres formation des composes d'addition A et B on observe la deshydroioduration de A conduisant à C. Cette elimination de HI est provoquee par l'elévation du pH du cathol~te (reduction de la phase aqueuse) et ne se produit que sur le compose A dans lequel I et H sont en position trans.

On utilise la ~ellule definie dans l'exemple 2.
Le catholyte contient 2 ml H2O saturee en KCl 4 ml diallylether CH2=CH-CH2-O--CH = CH2 ~: 6 ml C4FgI
.
Temps mn 30 60 80 ~ A 50 80 ~100 ~ A C4Fg ~ CH2 ~ fH - fH - CH2I
CH CH
~ o/ 2 Le compose en C6F13 est obtenu de façon analogue.

~ ~4~t~ ~

Ces composes sont solubles dans l'acetone d'o~ ils recristallisent par eavaporation lente du solvant. L'analyse en R.M.N. du carbone 13 permet de determiner le pourcentage cis-trans de A. (ef. ~.O, srace J. Org. Chem. 44 1979 p. 212).

L'exemple 2 est répete en utilisant les chaînes C6F13I et C8F17I au lieu de C4FgI. Deux situations sont a considerer :
- cas du C6F13I
L'électrolyse donne des resultats quasi identiques a ceux obtenus pour le C4FgI~
- cas du C8F17I
Pour ce compose la phase organique a tendance a n'être constituee que de C~F17I avec tres peu d'alcool allyli-que, ce dernier passant dans la phase aqueuse preferentielle-ment. L'electrolyse ne conduit alors à aucune reaction sur Cette difficulte est resolue si on electrolyse une phase mixte C4FgI ~ C8F17I~ dans une proportion de 20 % de C4 en volume. On obser~e alors la formation des produits attendus. Avec un courant de 0,2 A on a obtenu les resultats suivants :

Temps (mn)0 30 ~60 240 C4FgI28 % 11 traces traces C 8F 1 7 7 2 2 9 _ '!
C4Fg-CH2-CHI-CH2OH 0 17 25 traces C8F17-CH2-CHI CH2 0 43 65 ~!

C4F9-CH2-Cj C/H2 0 0 traces 26 C8Fj,~CH rCH~ 0 0 t~aces 70 Les compositions sont incliquées en % molaire.
Les ~eux époxydes formés sont séparables par dis-tillation;ce sont des liquides incoloresl denses (d ~ 1,75).

Claims (7)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit :
1. Procédé d'addition d'iodoperfluoroalcanes de formule CF3 (CF2)nI où n varie de 1 à 19, sur des composés éthyléniques ou acétyléniques, caractérisé en ce que l'addi-tion est effectué par électrocatalyse du mélange des réactifs.
2. Procédé selon la revendication 1 où le mélange des réactifs est en milieu solvant organique.
3. Procédé selon la revendication 1 où le mélange des réactifs une émulsion aqueuse.
4. Procédé selon la revendication 1 où la cathode de la cellule d'électrolyse est une cathode en fibre de car-bone.
5. Procédé selon la revendication 1 où la cathode de la cellule est une cathode de mercure.
6. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le composé éthylénique est l'alcool allylique et le produit formé par électrocatalyse l'halohydrine polyfluorée RFCH2-CHI-CH2OH.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel l'électrocatalyse est suivie d'une électrolyse conduisant à
l'époxyde .
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