EP1181246A1 - Procede d'activation de fluorures mineraux en milieu organique - Google Patents

Procede d'activation de fluorures mineraux en milieu organique

Info

Publication number
EP1181246A1
EP1181246A1 EP00915275A EP00915275A EP1181246A1 EP 1181246 A1 EP1181246 A1 EP 1181246A1 EP 00915275 A EP00915275 A EP 00915275A EP 00915275 A EP00915275 A EP 00915275A EP 1181246 A1 EP1181246 A1 EP 1181246A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluoride
reaction
microwaves
fluorides
phase transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00915275A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Saint-Jalmes
Edith Lecomte-Norrant
Nathalie Laurain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhodia Chimie SAS
Original Assignee
Rhodia Chimie SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Chimie SAS filed Critical Rhodia Chimie SAS
Publication of EP1181246A1 publication Critical patent/EP1181246A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/0234—Nitrogen-, phosphorus-, arsenic- or antimony-containing compounds
    • B01J31/0235—Nitrogen containing compounds
    • B01J31/0239—Quaternary ammonium compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/126—Microwaves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D3/00—Halides of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D3/02—Fluorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B39/00—Halogenation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/093—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
    • C07C17/20—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms
    • C07C17/202—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms two or more compounds being involved in the reaction
    • C07C17/208—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms two or more compounds being involved in the reaction the other compound being MX
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C201/00—Preparation of esters of nitric or nitrous acid or of compounds containing nitro or nitroso groups bound to a carbon skeleton
    • C07C201/06—Preparation of nitro compounds
    • C07C201/12—Preparation of nitro compounds by reactions not involving the formation of nitro groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00—Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/005—General concepts, e.g. reviews, relating to methods of using catalyst systems, the concept being defined by a common method or theory, e.g. microwave heating or multiple stereoselectivity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00—Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/40—Substitution reactions at carbon centres, e.g. C-C or C-X, i.e. carbon-hetero atom, cross-coupling, C-H activation or ring-opening reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/90—Catalytic systems characterized by the solvent or solvent system used
    • B01J2531/98—Phase-transfer catalysis in a mixed solvent system containing at least 2 immiscible solvents or solvent phases

Definitions

  • the subject of the present invention is a process for the actinic activation of mineral fluorides in an organic medium. It relates more particularly to the exchanges between fluorine and halogen of higher rank.
  • the fluorine ion is involved in many reactions in organic chemistry.
  • the sources of fluorine ions are either very expensive or particularly difficult to implement due to the low reactivity of the alkali or alkaline earth salts of hydrofluoric acid.
  • alkali or alkaline earth fluorides are very little or little soluble in the usual organic media.
  • these fluorides are generally hygroscopic while their action is profoundly modified or altered by the presence of water.
  • the reactions involving alkali fluorides and a fortiori alkaline - earths remain particularly lazy and require a high reaction time which considerably reduces the productivity of installations using such fluorides.
  • the object of the present invention is precisely to provide a technique which, applied to alkaline fluorides, or even to alkaline earth fluorides, makes it possible to significantly increase their reaction kinetics.
  • Another object of the present invention is to provide an activation process which makes it possible to significantly accelerate the exchange reactions between fluorine and halogens of higher atomic number, and in particular the exchange reactions between fluorine and chlorine. It is undoubtedly advisable here to recall some essential elements of the exchange reaction between fluorine and halogens of higher atomic number.
  • one of the techniques most used to manufacture a fluorinated derivative consists in reacting a halogenated derivative, generally chlorinated, to exchange the halogen (s) with one or more fluorine (s) of mineral origin.
  • a halogenated derivative generally chlorinated
  • an alkali metal fluoride is used, most often of a high atomic weight such as for example potassium, cesium or rubidium fluorides.
  • the fluoride used is potassium fluoride which constitutes a satisfactory economic compromise.
  • the high atomic alkali cations such as cesium cations and rubidium cations are phase transfer catalysts.
  • the reaction is carried out at a temperature lower than that used for a conventional reaction, that is to say without the actinic activation according to the present invention.
  • the reaction is generally carried out in a solvent and, in this case, it is preferable to carry out the reaction with actinic activation at a temperature of at least 10 ° C, advantageously 20 ° C, preferably 40 ° C lower than that of the temperature limit usually accepted for said solvent used.
  • the microwaves are emitted in short periods (from 10 seconds to 15 min) alternating with cooling phases.
  • the respective durations of the microwave emission periods and the cooling periods are chosen so that the temperature at the end of each microwave emission period remains below a fixed initial temperature which is general lower than that of the resistance of the ingredients of the reaction mixture.
  • the invention can also carry out the invention according to a procedure in which the reaction mixture is subjected simultaneously to microwaves and to cooling.
  • the power released by the microwaves is then chosen so that, for a fixed initial temperature, generally that of operation, it is equivalent to the energy evacuated by the cooling system and this to heat released or absorbed by the reaction.
  • the claimed activation method also has the advantage of being compatible with a continuous operating mode.
  • This mode of use advantageously makes it possible to overcome the problems of heat exchange which may be generated during the opening and closing operations of the reactor where the microwaves are emitted.
  • the materials to be activated are introduced continuously via an inlet orifice into the reactor where they undergo activation by microwave and the activated products are continuously discharged from said reactor via an outlet orifice. .
  • microwaves are preferably used at a frequency of 300 MHz to 3 GHz.
  • the frequency used is generally 2.45 GHz and the associated wavelength is close to 12 cm in the air, the penetration of the electromagnetic field can vary between 2 and 10 cm depending on the importance of the losses.
  • the power released by the microwaves is between 2 and 100 watts per gram of reaction mixture.
  • phase transfer catalysts As has been mentioned before, the presence of a phase transfer catalyst is useful, even necessary for the smooth running of the reaction.
  • the best phase transfer catalysts that can be used are generally oniums, that is to say they are organic cations whose charge is supported by a metalloid.
  • phase transfer catalysts can also be either represented by or used in the presence or absence, preferably in the presence, of a particularly heavy alkaline cation and therefore of high atomic rank such as the cations of cesium and rubidium.
  • phase transfer catalyst is preferably chosen from oniums, cesium or rubidium cations and their mixtures.
  • this cation transfer catalyst when the nucleophile is an anion, this cation transfer catalyst can then also play the role of counterion of this anion.
  • Cesium fluoride is a compound illustrating very particularly this variant of the invention. It leads to completely satisfactory results.
  • phase transfer catalysts than those mentioned above can be used as soon as these phase transfer catalysts are positively charged. They may thus be encrypted cations, for example crown ethers encrypting alkalis. However, the latter are not preferred because of their cost and chemical instability. During the study which led to the present invention, it was shown that the action of microwaves on oniums in the presence of a large amount of fluorides was extremely detrimental to the survival of this transfer catalyst. phases.
  • the chloride ion is a good candidate for reducing the degradation of oniums during the reaction.
  • the reaction is carried out in the presence of chlorides in an amount greater than once the equivalent amount of said unstable onium.
  • the alkali or alkaline earth fluoride is at least partially present in the form of a solid phase.
  • the fluoride is a fluoride of an alkali metal with an atomic number at least equal to that of sodium and preferably is a potassium or cesium fluoride.
  • fluorides that can be used there are also complex fluorides of the KHF 2 type. However, preference will be given to the use of fluorides which do not carry a hydrogen atom.
  • Chlorine / fluorine exchange is also the technique in which the use of microwaves has proven to be the richest in the future.
  • a dipolar aprotic solvent a solid phase consisting at least partially of alkaline fluorides and a cation promoting the reaction, said cation being a heavy alkali or a cationic organic phase transfer agent.
  • the content of alkali metal cation when used as promoter is generally greater than 5%, advantageously between 1 and 5%, and preferably between 2 and 3 mole% of alkali fluoride used.
  • the reagent can comprise, as promoter, phase transfer agents which are oniums (organic cations, the name of which ends with onium).
  • Oniums generally represent 1 to 10%, preferably 2 to 5 mol% of the alkaline fluoride, the counter ion is indifferent but most often halogen.
  • the preferred reagents are tetraalkylammoniums of 4 to 28 carbon atoms, preferably of 4 to 16 carbon atoms. Tetraalkylammonium is generally tetramethylammonium.
  • halex-type aprotic solvent advantageously has a significant dipole moment.
  • epsilon is advantageously at least equal to around 10, preferably the epsilon is less than or equal to 100 and greater than or equal to 25.
  • the oniums are chosen from the group of cations formed by the columns VB and VIB as defined in the table of the periodic classification of the elements published in the supplement to the Bulletin of the Society
  • said suspended solid In general, it is known that a fine particle size has an influence on the kinetics.
  • said suspended solid it is desirable for said suspended solid to have a particle size such that its d 90 (defined as the mesh allowing 90% by mass of the solid to pass) is at most equal to 100 ⁇ m, advantageously at most equal to 50 ⁇ m, preferably at most equal to 200 ⁇ m.
  • the lower limit is advantageously characterized by the fact that the d 10 of said suspended solid is at least equal to 0.1 ⁇ m, preferably at least equal to 1 ⁇ m.
  • the ratio between said alkaline fluoride and said substrate is between 1 and 1.5, preferably around 1.25 with respect to the stoichiometry of the exchange.
  • the mass content of solids present in the reaction medium is advantageously at least equal to 1/5, advantageously 1/4, preferably 1/3.
  • the agitation is advantageously carried out so that at least 80%, preferably at least 90% of the solids, is kept in suspension by the agitation.
  • the aryl radical in question is preferably depleted in electrons and at an electronic density at most equal to that of benzene, preferably at most close to that of a halobenzene.
  • This depletion may be due either to the presence in the aromatic cycle of a heteroatom such as for example in pyridine, quinoline. Obviously, electronic depletion can also be caused by electro-attracting groups.
  • said aryl advantageously carries at least one substituent on the same nucleus as that carrying chlorine, said substituent preferably being chosen from attractor groups by inductive effect or by mesomeric effect as defined in the reference work in organic chemistry " Advanced organic chemistry "by MJ MARCH, 3rd edition, publisher Willey, 1985 (see in particular pages 17 and 238).
  • pseudohalogen is intended to denote a group the departure of which leads to an oxygenated anion, the anionic charge being carried by the chalcogen atom and the acidity of which, expressed by the Hammett constant, is at least equal to that of the acetic acid, advantageously at the second acidity of sulfuric acid and preferably that of trifluoroacetic acid.
  • this type of pseudohalogen mention may in particular be made of sulfinic and sulphonic acids, perhalogenated on the carrier carbon. sulfur as well as the perfluorinated carboxylic acids in ⁇ of the carboxylic function.
  • the tests were carried out on orthonitrochlorobenzene, ONCB.
  • the KF and the ONCB are weighed beforehand in glass bottles.
  • KF and the catalyst if necessary
  • the walls of the reactor are then rinsed with the added sulfolane using a syringe.
  • the reaction medium is irradiated by microwaves and, if possible, opened at the end of irradiation. Cooling is accelerated by an ice bath.
  • the reaction mixture is entrained with dichloromethane, filtered through a frit in order to separate the solid which is washed with dichloromethane.
  • the dichloromethane is distilled from the organic phase with a rotary evaporator. The residual phase is then analyzed by HPLC.
  • reaction medium is irradiated (3 min. 300 W) without catalyst with the stoichiometries: 1 eq. ONCB, 1, 13 eq. KF, 1.05 eq. TMS0 2 .
  • the irradiation is carried out in the presence of Me 4 NCI 4% molar catalysts in a diluted or undiluted medium.
  • the microwave irradiation time is increased by accumulating sequences of 3 min at 300 W with return to ambient temperature between each sequence.
  • Table 1 shows the results obtained. The results observed are as follows: O 00/58215 ⁇
  • the reagents used are identical to those used in Example 1.
  • reaction medium is irradiated (3 min. 300W) without catalyst with the stoichiometry: 1 eq. ONCB, 1, 13 eq. KF, 1.05 eq. TMS0 2 .
  • the temperature value recorded at the opening of the reactor for this type of test (test A) varies from 150 to 160 ° C.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé d'activation de fluorures minéraux en milieu organique. Ce procédé se définit en ce que l'on soumet ledit fluorure à l'action de micro-ondes en présence d'un catalyseur de transfert de phase avantageusement cationique. Application à la synthèse organique.

Description

PROCEDE D'ACTIVATION DE FLUORURES MINERAUX EN MILIEU ORGANIQUE
La présente invention a pour objet un procédé d'activation actinique de fluorures minéraux en milieu organique. Elle concerne plus particulièrement les échanges entre fluor et halogène de rang plus élevé.
L'ion fluor intervient dans de très nombreuses réactions de la chimie organique. Toutefois, les sources en ions fluor sont, soit très coûteuses, soit particulièrement difficiles à mettre en œuvre en raison de la faible réactivité des sels alcalins ou alcalino-terreux de l'acide fluorhydrique.
En effet, les fluorures alcalins ou alcalino-terreux sont très peu ou peu solubles dans les milieux organiques usuels.
En outre, ces fluorures sont en général hygroscopiques alors que leur action est profondément modifiée ou altérée par la présence d'eau. En fait et en général, malgré l'utilisation de températures élevées, supérieures à 100°C et souvent avoisinant, voire dépassant 200°C et l'emploi de fortes quantités de catalyseur, les réactions mettant en jeu les fluorures alcalins et a fortiori alcalino-terreux restent particulièrement paresseuses et nécessitent un temps de réaction élevé ce qui réduit considérablement la productivité des installations utilisant de tels fluorures. Or ces installations sont particulièrement coûteuses car les fluorures, notamment en présence de traces d'eau, sont particulièrement agressifs vis- à-vis des matériaux entrant dans la composition des réacteurs et d'autre part, l'agitation de particules solides de sels aussi durs que les fluorures conduit à une usure et à une abrasion des parois du réacteur, nécessitant de ce fait l'emploi de matériaux particulièrement coûteux.
A titre illustratif des réactions impliquant des fluorures alcalins, il convient d'ores et déjà de mentionner les réactions d'échange entre le fluor et les halogènes de nombre atomique plus élevé que le sien. Ce type de réaction est utilisé aussi bien pour les échanges d'halogènes portés par des carbones d'hybridation sp3 que pour des halogènes portés par des carbones d'hybridation sp2 comme cela est le cas dans les échanges portant sur les halogénures aromatiques. De même, il faut signaler également les réactions dans lesquelles les ions fluorures jouent un rôle basique significatif.
La présente invention a précisément pour objet de fournir une technique qui, appliquée aux fluorures alcalins, voire aux fluorures alcalino- terreux, permet d'augmenter significativement leur cinétique de réaction.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé d'activation qui permet d'accélérer significativement les réactions d'échanges entre le fluor et les halogènes de nombre atomique plus élevé, et notamment les réactions d'échanges entre le fluor et le chlore. II convient sans doute ici de rappeler quelques éléments essentiels de la réaction d'échange entre le fluor et les halogènes de nombre atomique plus élevé.
Ainsi, une des techniques les plus employées pour fabriquer un dérivé fluoré consiste à faire réagir un dérivé halogène, en général chloré, pour échanger le ou les halogène(s) avec un ou plusieur(s) fluor(s) d'origine minérale. On utilise, en général, un fluorure de métal alcalin, le plus souvent d'un poids atomique élevé tel que par exemple les fluorures de potassium, de césium ou de rubidium.
En général, le fluorure utilisé est le fluorure de potassium qui constitue un compromis économique satisfaisant.
Dans ces conditions, de nombreux procédés tels que par exemple ceux décrits dans le certificat d'addition français N°2 353 516 et dans l'article Chem. lnd.(1978)-56 ont été proposés et mis en œuvre industriellement pour obtenir des fluorures d'aryle, aryles sur lesquels sont greffés des groupements électro-attracteurs ou bien aryles naturellement pauvres en électrons, comme par exemple les noyaux pyridiniques.
Sauf dans le cas où le substrat est particulièrement adapté à ce type de synthèse, cette technique présente des inconvénients dont les principaux sont ceux que l'on va analyser ci-après. La réaction est lente et nécessite, en raison d'un temps de séjour élevé, des investissements importants. Cette technique, ainsi qu'on l'a déjà mentionné, est en général utilisée à des températures élevées pouvant atteindre les alentours de 250°C, c'est-à-dire dans la zone où les solvants organiques les plus stables commencent à se décomposer.
Les rendements restent relativement médiocres à moins que l'on utilise des réactifs particulièrement chers comme les fluorures de métal alcalin dont la masse atomique est supérieure à celle du potassium.
Enfin, compte tenu du prix de ces métaux alcalins, leur utilisation industrielle n'est justifiable que pour des produits à haute valeur ajoutée et lorsque l'amélioration de rendement et de cinétique le justifie ce qui est rarement le cas.
Les inconvénients qui viennent d'être énoncés ne sont plus rencontrés avec le procédé revendiqué selon lequel l'activation de fluorures minéraux en milieu organique est réalisée en soumettant ledit fluorure à l'action de micro-ondes en présence d'un catalyseur de transfert de phases, avantageusement cationique.
En effet, au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été montré que l'activation par micro-ondes était possible, même lorsque l'on utilise les micro-ondes dont la longueur d'onde est très fortement limitée par les règlements administratifs, notamment en République française. Cette activation en outre est surtout efficace lorsque les micro-ondes sont utilisés concomitamment avec un catalyseur réputé être un catalyseur de transfert de phases, surtout quand ce catalyseur est un catalyseur de nature cationique.
On considérera dans la présente description que les cations alcalins de poids atomique élevé comme les cations de césium et les cations de rubidium sont des catalyseurs de transfert de phases.
En général, la réaction est menée à une température inférieure à celle retenue pour une réaction conventionnelle c'est-à-dire sans l'activation actinique selon la présente invention. La réaction est en général menée dans un solvant et, dans ce cas, il est préférable de mener la réaction sous activation actinique à une température d'au moins 10°C, avantageusement 20°C, de préférence 40°C inférieure à celle de la limite de température usuellement admise pour ledit solvant utilisé.
Selon un des modes possibles, voire préféré de la présente invention, les micro-ondes sont émises par périodes courtes (de 10 secondes à 15 min) alternant avec des phases de refroidissement. Les durées respectives des périodes d'émission de micro-ondes et des périodes de refroidissement sont choisies de manière à ce que la température à la fin de chaque période d'émission de micro-ondes demeure inférieure à une température initiale fixée et qui est en général inférieure- à celle de la résistance des ingrédients du mélange réactionnel.
Il est également possible de réaliser l'invention selon un mode opératoire dans lequel le mélange réactionnel est soumis simultanément aux micro-ondes et à un refroidissement. Selon cette variante, la puissance dégagée par les micro-ondes est alors choisie de manière à ce que, pour une température initiale fixée, généralement celle de fonctionnement, elle soit équivalente à l'énergie évacuée par le système de refroidissement et ceci à la chaleur dégagée ou absorbée par la réaction près.
Le procédé d'activation revendiqué a par ailleurs pour avantage d'être compatible avec un mode de fonctionnement en continu. Ce mode d'utilisation permet avantageusement de s'affranchir des problèmes d'échanges thermiques susceptibles d'être générés lors des opérations d'ouvertures et fermetures du réacteur où sont émises les micro-ondes. Selon ce mode de fonctionnement, les matériaux à activer sont introduits en continu via un orifice d'entrée au sein du réacteur où ils subissent une activation par micro-ondes et on évacue, en continu, dudit réacteur via un orifice de sortie les produits activés.
On peut également procéder à une récupération en continu des composés les plus volatils au fur et à mesure de leur formation. Cette récupération peut être par exemple réalisée par distillation. Selon un mode privilégié de l'invention, il est préconisé d'utiliser une puissance dégagée par les micro-ondes comprise entre 1 et 50 watts par milliéquivalent d'ions fluorure. De même, les micro-ondes sont de préférence utilisées à une fréquence de 300 MHz à 3 GHz. La fréquence utilisée est généralement de 2,45 GHz et la longueur d'onde associée est voisine de 12 cm dans l'air, la pénétration du champ électromagnétique peut varier entre 2 et 10 cm suivant l'importance des pertes. II est également souhaitable de se plier à la contrainte selon laquelle la puissance dégagée par les micro-ondes est comprise entre 2 et 100 watts par gramme de mélange réactionnel.
Ainsi que cela a été mentionné auparavant, la présence d'un catalyseur de transfert de phases est utile, voire nécessaire à la bonne marche de la réaction. Les meilleurs catalyseurs de transfert de phases utilisables sont en général des oniums, c'est-à-dire ce sont des cations organiques dont la charge est supportée par un métalloïde.
Parmi les oniums, il convient de citer les ammoniums, les phosphoniums, les sulfoniums. Il s'agit de préférence d'ammoniums. Ces catalyseurs de transfert de phases peuvent être également soit représentés par, soit utilisés en présence ou en absence, de préférence en présence, d'un cation alcalin particulièrement lourd et donc de rang atomique élevé tel que les cations de césium et de rubidium.
En conséquence, le catalyseur de transfert de phase est de préférence choisi parmi les oniums, les cations de césium ou de rubidium et leurs mélanges.
Selon une variante, lorsque le nucléophile est un anion, ce catalyseur de transfert cationique peut alors jouer également le rôle de contre-ion de cet anion. Le fluorure de césium est un composé illustrant tout particulièrement cette variante de l'invention. Il conduit à des résultats tout à fait satisfaisants.
D'autres catalyseurs de transfert de phases que ceux évoqués précédemment peuvent être utilisés dès lors que ces catalyseurs de transfert de phases sont chargés positivement. Il peut ainsi s'agir de cations cryptés par exemple des éthers couronnes cryptant des alcalins. Toutefois, ces derniers ne sont pas préférés en raison de leur coût et de leur instabilité chimique. Au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été montré que l'action des micro-ondes sur les oniums en présence d'une forte quantité de fluorures était extrêmement néfaste à la survie de ce catalyseur de transfert de phases.
Selon la présente invention, il a été montré que la présence d'anions moins agressifs vis-à-vis des oniums tels que, par exemple, le chlorure, permettait la stabilisation dudit onium.
Ainsi, l'on s'aperçoit, par exemple, qu'au cours d'une réaction d'échange chlore/fluor, la stabilité de l'onium croît avec l'avancement de la réaction puisque cette réaction dégage des anions chlorures.
D'une manière plus générale, il est préférable de s'arranger pour que, au cours de la réaction, la présence d'un anion distinct des fluorures soit assurée en quantités supérieures à une fois, avantageusement à deux fois, de préférence à trois fois la quantité en équivalents dudit onium instable.
Ainsi qu'on l'a mentionné auparavant, l'ion chlorure est un bon candidat pour réduire la dégradation des oniums au cours de la réaction.
Selon un mode privilégié de l'invention, lorsque le catalyseur de transfert de phase est un onium instable en présence de fluorures, la réaction est menée en présence de chlorures en quantité supérieure à une fois la quantité en équivalent dudit onium instable.
Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, le fluorure, alcalin ou alcalino-terreux est au moins partiellement présent sous la forme d'une phase solide. Avantageusement, le fluorure est un fluorure d'un métal alcalin de nombre atomique au moins égal à celui du sodium et de préférence est un fluorure de potassium, ou de césium.
Parmi les fluorures utilisables, figurent également les fluorures complexes de type KHF2. Toutefois, on privilégiera l'emploi de fluorures non porteurs d'atome d'hydrogène.
Dans la présente description, on utilise comme exemple pragmatique des réactions mettant en œuvre les fluorures alcalins ou alcalino-terreux la O 00/58215 7
réaction d'échange chlore/fluor, connue parfois dans le domaine sous l'acronyme anglo-saxon de "halex" (haloget? exchange).
L'échange chlore/fluor est également la technique dans laquelle l'utilisation des micro-ondes s'est révélée la plus riche d'avenir. Ainsi, lorsqu'on utilise la présente invention pour la mise en œuvre d'une réaction d'échange chlore/fluor, on utilise en général un solvant aprotique dipolaire, une phase solide constituée au moins partiellement de fluorures alcalins et un cation promoteur de la réaction, ledit cation étant un alcalin lourd ou un agent de transfert de phases organiques cationiques. La teneur en cation alcalin lorsqu'il est utilisé comme promoteur est en général supérieure à 5%, avantageusement comprise entre 1 et 5 %, et de préférence entre 2 et 3 % en moles de fluorure alcalin utilisé. Ces domaines sont des domaines fermés, c'est-à-dire qu'ils comportent leurs limites.
Le réactif peut comporter à titre de promoteur des agents de transfert de phases et qui sont des oniums (cations organiques, dont le nom se termine par onium). Les oniums représentent en général 1 à 10 %, de préférence de 2 à 5 % en moles du fluorure alcalin, le contre ion est indifférent mais le plus souvent halogène.
Parmi les oniums, les réactifs préférés sont les tétraalcoylammoniums de 4 à 28 atomes de carbone, de préférence de 4 à 16 atomes de carbone. Le tétraalcoylammonium est en général du tétraméthylammonium.
Il convient aussi de mentionner les phosphoniums et notamment les phénylphosphoniums qui présentent l'intérêt d'être stables et relativement peu hygroscopiques, toutefois ces derniers sont relativement coûteux. Le solvant aprotique type halex présente avantageusement un moment dipolaire significatif. Ainsi, sa constante diélectrique relative epsilon est avantageusement au moins égale à environ 10, de préférence l'epsilon est inférieur ou égale à 100 et supérieur ou égale à 25.
Il a pu être montré que les meilleurs résultats étaient obtenus lorsqu'on utilisait des solvants aprotiques dipolaires qui présentaient un indice donneur compris entre 10 et 50, ledit indice donneur étant le ΔH (variation d'enthalpie) exprimé en kilocalorie de l'association dudit solvant aprotique dipolaire avec le pentachlorure d'antimoine.
Les oniums sont choisis dans le groupe des cations formés par les colonnes VB et VIB tels que définis dans le tableau de la classification périodique des éléments publiés au supplément au Bulletin de la Société
Chimique de France en janvier 1966, avec respectivement quatre ou trois chaînes hydrocarbonées.
D'une manière générale, il est connu qu'une granulométrie fine a une influence sur la cinétique. Ainsi, il est souhaitable que ledit solide en suspension présente une granulométrie telle que son d90 (défini en tant que la maille laissant passer 90 % en masse du solide) est au plus égal à 100 μm, avantageusement au plus égal à 50 μm, de préférence au plus égal à 200 μm. La limite inférieure est avantageusement caractérisée par le fait que le d10 dudit solide en suspension est au moins égal à 0,1 μm, de préférence au moins égal à 1 μm.
En général, le rapport entre ledit fluorure alcalin et ledit substrat est compris entre 1 et 1 ,5, de préférence aux alentours de 1 ,25 par rapport à la stœchiométrie de l'échange.
Le taux en masse en matières solides présentes dans le milieu réactionnel est avantageusement au moins égal à 1/5, avantageusement 1/4, de préférence 1/3.
L'agitation est avantageusement menée de manière qu'au moins 80 %, de préférence au moins 90 % des solides, soit maintenu en suspension par l'agitation. Lorsque l'échange est réalisé sur un groupement arylique, le radical aryle en question est de préférence appauvri en électrons et à une densité électronique au plus égale à celle du benzène, de préférence au plus voisine de celle d'un halobenzène.
Cet appauvrissement peut être dû soit à la présence dans le cycle aromatique d'un hétéroatome comme par exemple dans la pyridine, la quinoléïne. Bien évidemment, l'appauvrissement électronique peut être provoquée aussi par des groupes électro-attracteurs.
La pauvreté en électrons peut être due à ces deux causes. Ainsi, ledit aryle porte avantageusement au moins un substituant sur le même noyau que celui portant le chlore, ledit substituant étant de préférence choisi parmi les groupes attracteurs par effet inductif ou par effet mésomère tel que défini dans l'ouvrage de référence en chimie organique "Advanced organic chemistry" par M.J. MARCH, 3ème édition, éditeur Willey, 1985 (cf notamment pages 17 et 238). A l'exception des groupes pouvant conduire à une interaction avec les fluorures (par exemple, groupes porteurs d'hydrogènes susceptibles de créer des liaisons hydrogènes avec les fluorures), on peut citer comme exemples de groupes électro-attracteurs conformes à l'invention les groupes N02,CF3,CN, COX avec X pouvant être un atome de chlore, brome, fluor ou un groupement alcoyloxyle ou CHO.
La présence de substituant de nature hydrocarbonée comme notamment une fonction aldéhyde peut ainsi être contre indiquée dans la mesure où ce type de substituant peut être à l'origine de réaction parasitaire telle dans le cas de l'aldéhyde, une réaction de Cannizzaro. En conséquence, R sera de préférence différent d'une fonction aldéhyde.
Il convient de signaler que l'échange entre halogène et fluor peut également être transposé avec un pseudo-halogène et un fluor.
On entend désigner par pseudohalogène, un groupement dont le départ conduit à un anion oxygéné, la charge anionique étant portée par l'atome de chalcogène et dont l'acidité, exprimée par la constante de Hammett, est au moins égale à celle de l'acide acétique, avantageusement à la seconde acidité de l'acide sulfurique et de préférence à celle de l'acide trifluoroacétique. A titre illustratif de ce type de pseudohalogènes, on peut en particulier citer les acides sulfinique et sulfonique, perhalogénés sur le carbone porteur du soufre ainsi que les acides carboxyliques perfluorés en α de la fonction carboxylique.
Ces réactions sont du type SNAr, à savoir une substitution nucléophile aromatique. Les exemples qui suivent sont présentés à titre illustratif et non limitatif de la présente invention.
Exemple 1.
Les essais ont été réalisés sur l'orthonitrochlorobenzène, ONCB. Le KF et l'ONCB sont préalablement pesés dans des flacons en verre. Dans le réacteur balayé par un courant d'argon, on introduit KF (et le catalyseur si nécessaire), puis l'ONCB. Les parois du réacteur sont ensuite rincées avec le sulfolane additionné à l'aide d'une seringue. Après fermeture du réacteur, le milieu réactionnel est irradié par les micro-ondes et, si possible, ouvert dès la fin d'irradiation. Le refroidissement est accéléré par un bain de glace. Après retour à température ambiante, le mélange réactionnel est entraîné au dichlorométhane, filtré sur fritte afin de séparer le solide qui est lavé au dichlorométhane. Le dichlorométhane est distillé de la phase organique au rotavapeur. La phase résiduelle est ensuite analysée en HPLC.
Dans un premier temps, un milieu réactionnel est irradié (3 min.300 W) sans catalyseur avec les stœchiométries : 1 éq. ONCB, 1 ,13 éq. KF, 1 ,05 éq. TMS02.
Dans une seconde série d'essais, l'irradiation est réalisée en présence de catalyseurs Me4NCI 4 % molaires en milieu dilué ou non.
Sans indication contraire, le temps d'irradiation par les micro-ondes est augmenté par cumul de séquences de 3 min à 300 W avec retour à température ambiante entre chaque séquence.
Le tableau 1 figurant ci-après rend compte des résultats obtenus. Les résultats observés sont les suivants : O 00/58215 <| <| PCT/FR00/00827
En absence de catalyseurs, la sélectivité est médiocre (RT = 10 %) (essai 1 ).
En présence de Me4NCI en milieu non dilué, d'une part, la sélectivité est meilleure (RT = 75-80 %), pour un taux de transformation équivalent (essais 2a et 2b).
Pour les essais effectués en milieu plus dilué ( avec entre 3 et 4 éq. de sulfolane) (essai 4), les RR et TT sont multipliés par un facteur 1 ,5 à 2 par rapport au milieu avec 1 éq. de sulfolane. Il est possible que cet effet bénéfique de la dilution soit lié à l'absence d'agitation du milieu réactionnel. De même on note que RR et TT augmentent en fonction du temps total d'irradiation (essais 5 et 6).
Le meilleur résultat est obtenu après 15 min d'irradiation avec 4,2 % molaire de Me4NCI et 3 éq. de sulfolane :
RR = 45 % TT = 56 % RT = 79 % RR(2-2'-(PhN02)20) < 1 %
Tableau 1
Exemple 2.
Les réactifs mis en œuvre sont identiques à ceux retenus en exemple 1.
Un milieu réactionnel est irradié (3 min.300W) sans catalyseur avec les stœechiomètries : 1 éq. ONCB, 1 ,13 éq. KF, 1 ,05 éq. TMS02. La valeur de température relevée à l'ouverture du réacteur pour ce type d'essai (essai A) varie de 150 à 160°C.
A des fins comparatives, il a été réalisé une activation thermique d'un même mélange à deux températures différentes 170°C et 230°C.
Les résultats obtenus figurent dans le tableau 2 ci-après.
Ce tableau rend également compte des résultats obtenus avec une irradiation à l'aide de micro-ondes réalisée en présence de catalyseur (essai B).
On note que l'on obtient en présence de ce catalyseur un rendement en transformation de l'ordre de 79% en 15 minutes contre 88% en 5 heures avec un chauffage classique à 170°C.
Tableau 2
Exemple N°3.
Essais sur le 2-4. dichloro nitrobenzène.
Les conditions utilisées avec l'ONCB (ortho) ont été appliquées sur le DNCB (dichloronitrobenzène).
Les résultats obtenus figurent dans le tableau 3 présenté ci-après. Tableau 3
Exemple N°4.
Essais sur le 2,4 dinitrochlorobenzène.
Les essais sont réalisés dans des conditions opératoires proches de celles décrites en exemple 1 mais en utilisant le CsF à la place du KF.
Les conditions opératoires ainsi que les résultats sont détaillés dans le tableau 4 ci-après.
Tableau 4
On note que sous activation micro-ondes, la cinétique est deux fois plus rapide que sous activation thermique.

Claims

O 00/58215 16REVENDICATIONS
1. Procédé d'activation de fluorures minéraux en milieu organique, caractérisé par le fait que l'on soumet ledit fluorure à l'action de microondes en présence d'un catalyseur de transfert de phases cationique.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la réaction est menée dans un solvant et à une température d'au moins 10°C, avantageusement 20°C, de préférence 40°C inférieure à celle de la limite usuellement admise pour le solvant utilisé.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les micro-ondes sont émises par périodes courtes alternant avec des phases de refroidissement, et en ce que les durées respectives des périodes d'émission de micro-ondes et de périodes de refroidissement sont choisies de manière à ce que la température à la fin de chaque période de micro-ondes soit inférieure à une température initialement fixée.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le mélange réactionnel est soumis simultanément à un refroidissement et aux micro-ondes, et en ce que la puissance dégagée par les micro-ondes est choisie de manière à ce que, pour une température intiale fixée, elle soit équivalente à l'énergie évacuée par le système de refroidissement, à la chaleur dégagée ou absorbée par la réaction près.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la puissance dégagée par les micro-ondes est comprise entre 1 et 50 watts par milliéquivalent d'ions fluorure.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la puissance dégagée par les micro-ondes est comprise entre 2 et 100 watts par gramme de mélange réactionnel.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le catalyseur de transfert de phase est choisi parmi les oniums, cations de césium ou de rubidium et leurs mélanges.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsque le catalyseur de transfert de phase est un onium instable en présence de fluorures, la réaction est menée en présence d'un anion distinct des fluorures en quantité supérieure à une fois, avantageusement à 2 fois, de préférence à 3 fois la quantité en équivalent dudit onium instable.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lorsque le catalyseur de transfert de phase est un onium instable en présence de fluorures, la réaction est menée en présence de chlorures en quantité supérieure à une fois la quantité en équivalent dudit onium instable.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit fluorure est au moins partiellement sous forme solide.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit fluorure est un fluorure d'un métal alcalin de nombre atomique au moins égal à celui du sodium.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que ledit fluorure est un fluorure de potassium ou de césium.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit fluorure est soumis à une réaction d'échange fluor, halogène ou pseudo halogène.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit fluor est soumis à une réaction d'échange chlore fluor sur un aromatique (réaction de Substitution Nucléophile aromatique (SN -.r)).
EP00915275A 1999-03-31 2000-03-31 Procede d'activation de fluorures mineraux en milieu organique Withdrawn EP1181246A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9904035 1999-03-31
FR9904035A FR2791660B1 (fr) 1999-03-31 1999-03-31 Procede d'activation de fluorures mineraux en milieu organique
PCT/FR2000/000827 WO2000058215A1 (fr) 1999-03-31 2000-03-31 Procede d'activation de fluorures mineraux en milieu organique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1181246A1 true EP1181246A1 (fr) 2002-02-27

Family

ID=9543865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00915275A Withdrawn EP1181246A1 (fr) 1999-03-31 2000-03-31 Procede d'activation de fluorures mineraux en milieu organique

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1181246A1 (fr)
JP (1) JP2002540055A (fr)
AU (1) AU3664500A (fr)
CA (1) CA2366448A1 (fr)
FR (1) FR2791660B1 (fr)
WO (1) WO2000058215A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107556188B (zh) * 2017-10-10 2020-08-14 常州大学 一种相转移催化合成苄酯的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2664589B1 (fr) * 1990-07-16 1993-08-20 Rhone Poulenc Chimie Procede et reactif pour la synthese de derives fluores aryliques.
GB9609154D0 (en) * 1996-05-01 1996-07-03 Rhone Poulenc Chemicals Process for the preparation of fluoro compounds from the corresponding amines
DE19631854C1 (de) * 1996-08-07 1998-04-30 Hoechst Ag Verfahren zur Herstellung von Fluor enthaltenden Verbindungen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0058215A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2791660B1 (fr) 2002-03-08
FR2791660A1 (fr) 2000-10-06
AU3664500A (en) 2000-10-16
CA2366448A1 (fr) 2000-10-05
WO2000058215A1 (fr) 2000-10-05
JP2002540055A (ja) 2002-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1998040339A1 (fr) Procede d&#39;acylation ou de sulfonylation d&#39;un compose aromatique
WO2000058240A1 (fr) Procede d&#39;activation de substrats aromatiques par micro-ondes
EP1181246A1 (fr) Procede d&#39;activation de fluorures mineraux en milieu organique
EP0470020B1 (fr) Procédé et catalyseur comprenant un composé de lanthanide comme additif promoteur pour la synthèse directe du diméthyldichlorosilane
JP2021501732A (ja) トリフルオロアミンオキシドの調製方法
WO2002092226A1 (fr) Catalyseurs pour substitution nucleophile, leur synthese, composition en contenant et leur utilisation
EP1189855B1 (fr) Utilisation de nitriles comme solvants aprotiques polaires
EP3770150A1 (fr) Procédé de fabrication de chromenes par catalyse aux sels de cuivre destinés à la préparation de resines thermodurcissables
EP0915814A1 (fr) Procede pour greffer un groupement difluoromethyle substitue
WO1997024318A1 (fr) Procede de synthese d&#39;un derive aromatique orthodi-substitue par un atome d&#39;halogene autre que le fluor et par un groupe cyano
FR2664589A1 (fr) Procede et reactif pour la synthese de derives fluores aryliques.
WO2005100371A1 (fr) Materiaux poreux hybrides organique-inorganiques pour la detection de halogenes
FR2664588A1 (fr) Procede de synthese de derives fluores.
FR2824831A1 (fr) Composition utile comme reactif de substitution nucleophile, son utilisation et procede l&#39;utilisant
FR2823451A1 (fr) Catalyseurs de substitution aromatique nucleophile, composition en contenant et utilisation pour une substitution sn ar
EP0247924B1 (fr) Procédé de préparation de tétrafluorure de soufre par réduction d&#39;un fluorure d&#39;uranium
WO2015101452A1 (fr) Procede de fabrication du bromo methyl cyclopropane et du bromo methyl cyclobutane
EP0912466B1 (fr) Procede de synthese de composes hydrocarbones fluores sur au moins un carbone d&#39;une chaine alcoyle
FR2741618A1 (fr) Procede utile pour la perfluoroalcoylation et reactif pour mettre en oeuvre ce procede
EP0423009A1 (fr) Procédé de préparation de difluoro-2,2 benzodioxole-1,3
WO2021156320A1 (fr) Procédé de synthèse en voie sèche d&#39;un luminophore par traitement sous atmosphère de fluor
CN1454194A (zh) 碳氟化合物的制备方法
FR2751961A1 (fr) Procede pour la synthese de derives organiques oxysulfures et fluores
FR2466453A1 (fr) Procede pour la fabrication de nitrosobenzene
FR2764884A1 (fr) Procede de chloration de phenols halogenes

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20010924

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17Q First examination report despatched

Effective date: 20020617

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20030108