EP0203851A1 - Procédé électrochimique de préparation de dérivés organiques trifluoro(ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro) méthylés - Google Patents
Procédé électrochimique de préparation de dérivés organiques trifluoro(ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro) méthylés Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a process for trifluoro (or chlorodifluoro or dichlorofluoro) methylation of non-electroactive electrophilic substrates.
- the invention relates to the preparation of methyl trifluoro (or chlorodifluoro or dichlorofluoro) methyl derivatives, useful in particular as synthesis intermediates.
- the trifluoromethylation reaction can be carried out radically from CF 3 l by initiating the reaction by raising the temperature or by irradiation with UV rays (J .. Chem. Soc. 1953, p. 1199 ; US Patents 3,016,406 and 3,016,407); however, this method has not yet been industrialized since access to trifluoromethyl iodide from trifluoroacetyl fluoride according to the scheme: is difficult and expensive.
- the trifluoromethylation of olefins was also carried out by electrochemical oxidation of the trifluoroacetate anion according to a radical mechanism, as described by BROOKES et. al (J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1974, 323) and RENAUD et al. (Can. J. Chem. 53, 1975, 529).
- ISHIKAWA Choemistry Letters 1984, 517-520
- phosphines a generator of polluted effluents
- the present invention therefore relates to a process for the preparation of trifluoro (or chlorodifluoro or dichlorofluoro) methylated organic derivatives, characterized in that a compound of formula (I) is electrochemically reduced in the presence of a non-electroactive electrophilic substrate and a support electrolyte in an aprotic solvent.
- non-electroactive electrophilic substrate here any organic electron-attracting compound which, under the operating conditions, has a reduction potential more negative than the potential at which the operation is carried out.
- substrates there may be mentioned more particularly carbon dioxide, aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde, ketones such as acetone and benzophenone, and activated olefins (i.e. comprising at least one electron-withdrawing group) such as allyl alcohol and methyl acrylate.
- the support electrolyte whose role is to ensure the passage of current can be chosen from all the mineral or organic salts known for this purpose (cf. for example, Organic Electrochemistry by MM BAIZER, 1973, p. 227-230) and, more particularly, among the bromides, chlorides, perchlorates or arylsulfonates of alkali metals (preferably lithium ) or tetraalkylammonium (C 1 -C 4 alkyl radicals).
- the amount of support electrolyte in the aprotic solvent can range from 0.01 mole / liter until saturation; preferably, the support electrolyte is used at a concentration of 0.1 to 1 mole per liter of aprotic solvent.
- the reaction can be carried out in any aprotic solvent or mixture of such solvents provided that its cathodic limit is less than the reduction potential of the compound (I).
- amides such as dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide - (DMA), N-methylpyrrolidone (NMP) or hexamethylphosphorotriamide (HMPT), sulfoxides such as dimethylsulfoxide (DMSO), nitriles like acetonitrile (ACN) and ethers like tetrahydrofuran (THF).
- aprotic solvents mention may be made of pyridine, nitromethane, nitrobenzene, propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, methylene chloride, tetrahydrothiophene-dioxide.
- the cathode which constitutes the working electrode can be a carbon, graphite, platinum, nickel, gold, lead or mercury electrode.
- the anode can be identical to the working electrode, but can also be made of any usual electrode material insofar as it is inert under the reaction conditions.
- the electrochemical reduction according to the present invention can be carried out in the various usual cell types. Although one can operate in a cell with a single compartment, it is preferred to conduct the operation in a cell with two compartments to avoid free circulation between the cathode and the anode; the separator is generally made of an inert material, for example porcelain, sintered glass or ion exchange membrane.
- the operation can be carried out according to a potentiostatic or intensiostatic control and is preferably carried out at the reduction potential of the compound of formula (I) under the operating conditions, this potential being able to be determined in a manner known per se by polarography or by cyclic voltammetry.
- the range of temperatures at which the electrochemical reduction according to the invention can be carried out can vary within wide limits depending on the nature of the substrates and solvents used. In general, one operates at a temperature which can range from -15 ° C. to the boiling point of the aprotic solvent or even at a higher temperature by operating under pressure (from 0 to 50 bars). However, it is preferred to operate at a temperature between 0 and 80 ° C.
- the molar ratio: electrophilic substrate / compound of formula (I) can vary between 1 and 20 and is advantageously between 3 and 10.
- the reaction medium is preferably saturated with the compound of formula (I), this saturation possibly being possible maintained during operation by continuous or discontinuous addition of compound (I).
- the product formed can be isolated by any conventional method, in particular by liquid-liquid extraction and / or by distillation, etc.
- anode compartment of the cell 40 ml of a 0.1 mol / liter solution of LiClO 4 in DMF are introduced as anolyte.
- cathode compartment 550 ml of a solution containing 0.055 mole of LiClO 4 and 0.55 mole of acetaldehyde in DMF are introduced as catholyte.
- the reactor is closed, the stirring is started and brought to 3 ° C. by circulation of a water glycol mixture (2/1 weight ratio) in the jacket of the reactor, then the catholyte is saturated with bromo-trifluoromethane.
- the electrolysis potential is -2.00 volts / DHW.
- reaction solution is hydrolyzed in an acid medium (HCl, pH 1), neutralized with sodium hydroxide and added sodium chloride until saturation. Then extracted with ethyl ether and dried over sodium sulfate. After evaporation of the ether and distillation, the triffuoro-1,1,1 propanol-2 (PEb. 78 ° C.) is obtained, the structure of which has been identified by NMR and by mass spectrography coupled to gas chromatography.
- the current yield that is to say the ratio: mass of product identified after analysis / theoretical mass, is 35%.
- reaction solution is then hydrolyzed in an acid medium, then subjected to distillation.
- the water-trifluoroacetic acid azeotrope changes to 105.5 ° C at atmospheric pressure.
- Example 1 The following table summarizes seven operations carried out by operating as in Example 1 with other solvents, other electrolytes and / or other substrates.
- the abbreviation TBAB stands for tetrabutylammonium bromide.
- the temperature indicated in the fifth column of the table and of Example 3 for which we have used as a cathode a rectangular plate of platinum (30 cm 2 ) the other operating conditions are the same as in Example 1.
- the products were all identified by NMR.
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Abstract
Description
- L'invention concerne un procédé de trifluoro(ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro)méthylation de substrats électrophiles non électroactifs. En particulier, l'invention a pour objet la préparation de dérivés organiques trifluoro (ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro) méthylés, utiles notamment comme intermédiaires de synthèse.
- On connaît déjà plusieurs procédés pour introduire un groupe trifluorométhyle, mais ces procédés font en général appel à des produits difficiles d'accès et/ou doivent être réalisés en présence de catalyseurs et/ou de réducteurs chimiques. Ainsi, par exemple, la réaction de trifluorométhylation peut être effectuée par voie radicalaire à partir de CF3l en initiant la réaction par élévation de la température ou par irradiation par les rayons U.V.(J.. Chem. Soc. 1953, p. 1199 ; brevets US 3 016 406 et 3 016 407); cependant, cette méthode n'a pas encore été industrialisée car l'accès à l'iodure de trifluorométhyle à partir du fluorure de trifluoroacétyle suivant le schéma:
-
- La trifluorométhylation d'oléfines a par ailleurs été effectuée par oxydation électrochimique de l'anion trifluoroacétate selon un mécanisme radicalaire, comme décrit par BROOKES et. al (J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1974, 323) et RENAUD et al. (Can. J. Chem. 53, 1975, 529).
- La réaction de trifluorométhylation peut également être effectuée à partir de CF3l ou de CF3Br en présence de réducteurs et/ou d'activateurs. Ainsi, ISHIKAWA (Chemistry Letters 1984, 517-520) utilise des réducteurs à base de zinc et des catalyseurs à base de sels de nickel ou de palladium complexés avec des phosphines ; l'emploi de zinc, générateur d'effluents pollués, rend cette technique peu attractive industriellement.
- Il a maintenant été trouvé que les composés de formule :
- La présente invention a donc pour objet un procédé de préparation de dérivés organiques trifluoro (ou chlorodifluoro ou dichlorofluoro) méthylés, caractérisé en ce que l'on réduit par voie électrochimique un composé de formule (I) en présence d'un substrat électrophile non électroactif et d'un électrolyte support dans un solvant aprotique.
- Par substrat électrophile non électroactif, on entend ici tout composé organique attracteur d'électrons qui dans les conditions opératoires présente un potentiel de réduction plus négatif que le potentiel auquel est effectuée l'opération. Comme exemples de tels susbstrats, on peut mentionner plus particulièrement le dioxyde de carbone, des aldéhydes tels que le formaldéhyde et l'acétaldéhyde, des cétones telles que l'acétone et la benzophénone, et des oléfines activées (c'est-à-dire comportant au moins un groupe électroattracteur) telles que l'alcool allylique et l'acrylate de méthyle.
- Pourvu qu'il ait un potentiel de réduction plus négatif que celui auquel est effectuée l'opération et qu'il soit suffisamment soluble dans le milieu, l'électrolyte support dont le rôle est d'assurer le passage du courant peut être choisi parmi tous les sels minéraux ou organiques connus à cet effet (cf. par exemple, Organic Electrochemistry par M.M. BAIZER, 1973, p. 227-230) et, plus spécialement, parmi les bromures, chlorures, perchlorates ou arylsulfonates de métaux alcalins (de préférence lithium) ou de tétraalkylammonium (radicaux alkyle en C, à C4). La quantité d'électrolyte support dans le solvant aprotique peut aller de 0,01 mole/litre jusqu'à la saturation ; de préférence, on utilise l'électrolyte support à une concentration de 0,1 à 1 mole par litre de solvant aprotique.
- Conformément à la présente invention, la réaction peut être réalisée dans tout solvant aprotique ou mélange de tels solvants pourvu que sa limite cathodique soit inférieure au potentiel de réduction du composé (I). On préfère cependant le choisir parmi les amides comme le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétamide - (DMA), la N-méthylpyrrolidone (NMP) ou l'he- xaméthylphosphorotriamide (HMPT), les sulfoxydes comme le diméthylsulfoxyde (DMSO), les nitriles comme l'acétonitrile (ACN) et les éthers comme le tétrahydrofuranne (THF). Comme autres exemples de solvants aprotiques, on peut citer la pyridine, le nitrométhane, le nitrobenzène, le carbonate de propylène, le diméthoxy-1,2 éthane, le chlorure de méthylène, le tétrahydrothiophène-dioxyde.
- Dans le procédé selon l'invention, la cathode qui constitue l'électrode de travail peut être une électrode en carbone, graphite, platine, nickel, or, plomb ou mercure. L'anode peut être identique à l'électrode de travail, mais peut aussi être constituée de tout matériau usuel pour électrode dans la mesure où il est inerte dans les conditions réactionnelles.
- La réduction électrochimique selon la présente invention peut être effectuée dans les différents types de cellules habituels. Bien qu'on puisse opérer dans une cellule à un seul compartiment, on préfère conduire l'opération dans une cellule à deux compartiments pour éviter la libre circulation entre la cathode et l'anode ; le séparateur est en général réalisé en une matière inerte, par exemple en porcelaine, verre fritté ou membrane échangeuse d'ions.
- L'opération peut être conduite selon un contrôle potentiostatique ou intensiostatique et est de préférence réalisée au potentiel de réduction du composé de formule (I) dans les conditions opératoires, ce potentiel pouvant être déterminé de façon connue en soi par polarographie ou par voltamétrie cyclique.
- Le domaine de températures auxquelles peut être effectuée la réduction électrochimique selon l'invention peut varier dans de larges limites selon la nature des substrats et solvants mis en oeuvre. En général, on opère aTune température pouvant aller de -15°C jusqu'au point d'ébullition du solvant aprotique ou même à une température plus élevée en opérant sous pression (de 0 à 50 bars). Cependant, on préfère opérer à une température comprise entre 0 et 80°C.
- Le rapport molaire : substrat électrophile/composé de formule (I) peut varier entre 1 et 20 et est avantageusement compris entre 3 et 10. On opère de préférence à saturation du milieu réactionnel en composé de formule (I), cette saturation pouvant éventuellement être maintenue en cours d'opération par addition continue ou discontinue de composé (I).
- L'isolement du produit formé peut être réalisé par tout méthode conventionnelle, en particulier par extraction liquide-liquide et/ou par distillation, etc...
- Les exemples suivants qui illustrent l'invention sans la limiter, ont été réalisés en utilisant comme cellule d'électrolyse à compartiments séparés un réacteur en verre de 1 litre, muni d'un dispositif de reflux, d'un système d'agitation énergique, d'une double enveloppe et des tubulures nécessaires à l'introduction des réactifs. Sauf indication contraire, on a travaillé avec une cathode en graphite (plaque rectangulaire de 30 cm2) et une anode en platine - (disque de 10 cm2), en utilisant comme séparateur une membrane perfluorée NAFION® commercialisée par la Société DU PONT DE NEMOURS et en contrôlant le potentiel d'électrolyse avec une électrode de référence au calomel saturé (ECS).
- Dans le compartiment anodique de la cellule, on introduit comme anolyte 40 ml d'une solution à 0,1 mole/litre de LiClO4 dans le DMF. D'autre part, dans le compartiment cathodique, on introduit comme catholyte 550 ml d'une solution contenant 0,055 mole de LiClO4 et 0,55 mole d'acétaldéhyde dans le DMF. On ferme le réacteur, met en route l'agitation et porte à 3°C par circulation d'un mélange eauglycol (rapport pondéral 2/1) dans la double enveloppe du réacteur, puis on sature le catholyte en bromo-trifluorométhane.
- On met sous tension et maintient pendant 5 heures sous une densité de courant cathodique de 1 A/dm2, tout en introduisant 2,2 NI/h de CF3Br par barbotage dans le catholyte. Le potentiel d'électrolyse est de -2,00 volts/ECS.
- L'électrolyse terminée, on hydrolyse la solution réactionnelle en milieu acide (HCI, pH 1), neutralise avec de l'hydroxyde de sodium et ajoute du chlorure de sodium jusqu'à saturation. On extrait ensuite à l'éther éthylique et sèche sur sulfate de sodium. Après évaporation de l'éther et distillation, on obtient le triffuoro-1,1,1 propanol-2 (PEb. 78°C) dont la structure a été identifiée par RMN et par spectrographie de masse couplée à la chromatographie en phase gazeuse.
- Le rendement en courant, c'est-à-dire le rapport : masse de produit identifié apr analyse/masse théorique, est de 35 %.
- On utilise comme substrat électrophile le dioxyde de carbone et opère dans les conditions suivantes :
- . Potentiel d'électrolyse : -1,9 volts/ECS
- . Densité de courant : 0,1 A/dm 2
- . Température : 20°C
- . Durée : 6 heures
- . Anolyte : 40 ml d'une solution à 0,15 mole/1 de LiCl dans le DMF.
- . Catholyte : 550 ml d'une solution à 0,15 mole/1 de LiCl dans le DMF. Avant le démarrage de l'électrolyse, cette solution est saturée en CF3Br et en CO2 ; on ajoute ensuite au cours de l'opération 2,2 Nl/h de CF3Br et 2,2 Nl/h de C02 (rapport molaire = 1).
- La solution réactionnelle est ensuite hydrolysée en milieu acide, puis soumise à distillation. L'azéotrope eau-acide trifluoroacétique passe à 105,5°C à pression atmosphérique.
- On obtient ainsi, avec un rendement en courant de 52 %, l'acide trifluoroacétique dont la structure a été identifiée par RMN du 19F.
- Le tableau suivant résume sept opérations réalisées en opérant comme à l'exemple 1 avec d'autres solvant, d'autres électrolytes et/ou d'autres substrats. L'abréviation TBAB désigne le bromure de tétrabutylammonium. A l'exception de la température indiquée dans la cinquième colonne du tableau et de l'exemple 3 pour lequel on a utilisé comme cathode une plaque rectangulaire de platine (30cm2), les autres conditions opératoires sont les mêmes qu'à l'exemple 1. Les produits ont tous été identifiés par RMN.
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