ES2255319T3

ES2255319T3 - Procedimiento de hidrogenodeshalogenacion selectiva.

Info

Publication number: ES2255319T3
Application number: ES99958253T
Authority: ES
Inventors: Roland Jacquot; Georges Cordier
Original assignee: Rhodia Chimie SAS
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2006-06-16
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: FR2787107B1; FR2787107A1; WO2000035834A1; EP1137615A1; KR100635844B1; CN1269775C; AU1566200A; KR20010082329A; DE69929997T2; JP4828701B2; DE69929997D1; US6509495B1; JP2002532442A; CN1330617A; ATE318252T1; CA2354159A1; EP1137615B1

Abstract

Procedimiento de hidrogenodeshalogenación selectiva, caracterizado porque comprende la etapa de puesta en contacto de un substrato que presenta un átomo de carbono de hibridación sp3 portador: - de un grupo electro-atractor cargado negativamente, elegido entre las funciones carboxílicas, sulfónicas y sulfínicas, - de al menos un átomo de flúor; - y de al menos un átomo de halógeno más pesado que el flúor y elegido entre el cloro y el bromo; con un reactivo que incluye: u una fase acuosa, u una base, u un metal que pertenece al grupo VIII y al cuarto o al sexto período de la tabla periódica, u e hidrógeno disuelto en la fase acuosa, en una concentración en equilibrio con una fase gaseosa cuya presión parcial en hidrógeno es al menos igual a 50 kPa,

Description

Procedimiento de hidrogenodeshalogenación selectiva.

La presente invención tiene por objeto la hidrogenolísis de halógeno pesado llevado por un carbono que lleva él mismo al menos un átomo de flúor.

La presente invención tiene más particularmente por objeto un procedimiento de obtención de compuestos que llevan un átomo de flúor y un átomo de hidrógeno sobre un carbono de hibridación sp^{3}, llevando dicho carbono él mismo una función electro-atractora. La presente invención se refiere más particularmente a un procedimiento en fase líquida.

Los derivados fluorados de naturaleza alifática, es decir, los derivados fluorados en los cuales el flúor se encuentra llevado, al menos en parte, por un carbono sp^{3}, se obtienen en general por un intercambio del flúor con otro átomo de halógeno. Este intercambio se hace en general utilizando el ácido fluorhídrico o bien las sales del ácido fluorhídri-
co.

No obstante, uno de los problemas encontrados es que a menudo es difícil hacer el intercambio entre el flúor y un halógeno de número atómico más elevado cuando el halógeno que se debe intercambiar se lleva por un carbono que lleva él mismo un átomo de hidrógeno.

Esta es la razón por la que es bastante difícil obtener compuestos en que un carbono alifático lleva a la vez un hidrógeno y al menos un flúor. Una de las vías propuestas consiste en deshidrohalogenar (es decir, en eliminar una molécula de ácido halohídrico para dar un compuesto etilénico, luego en hidrogenar este compuesto etilénico). Esta vía no es posible para todos los compuestos ya que es necesario un hidrógeno en posición beta para realizar la eliminación del hidrógeno y del halógeno que se desea eliminar.

Se propuso en la patente inglesa nº 1.364.495 sintetizar algunos compuestos perfluorados monohidrogenados (Rf-H) a partir del yoduro correspondiente (Rf-I), pero este empleo de derivado dado yodado es muy costoso y las condiciones de presión descritas en este documento son muy elevadas para cinéticas que no parecen muy elevadas.

En la solicitud de patente europea nº 0726244, se describe la reducción, de una estructura ciclopropánica ácida muy específica pero que no lleva un grupo electro-atractor además de un cloro y de un flúor (en efecto la función ácida es sin duda alguna un grupo electro-atractor pero no se une directamente al carbono portador del flúor y del haló-
geno).

Igualmente, se propusieron procedimientos en vía gaseosa (en particular, en la solicitud de patente europea nº 0657413 A), pero además de los inconvenientes correspondientes a la vía gaseosa, parece difícil obtener una elevada selectividad al mismo tiempo que una elevada tasa de conversión.

Esta es la razón por la que uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar un procedimiento en fase líquida que permita la sustitución de un halógeno pesado por un hidrógeno y esto con un átomo de flúor llevado por el mismo carbono que el que lleva el halógeno que se debe sustituir por un hidrógeno.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento del tipo anterior que sea selectivo frente al flúor.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento del tipo anterior que sea susceptible de dar buenos resultados con un compuesto que no presenta hidrógeno en beta del halógeno que se debe hacer partir.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento del tipo anterior que sea selectivo frente al flúor sin necesitar la utilización de yoduro.

Estos objetivos, y otros, que aparecerán más tarde se alcanzan por medio de un procedimiento de hidrogenodeshalogenación (es decir, la operación que consiste en eliminar el halógeno de una molécula tratando este último por medio de hidrógeno para dar por una parte ácido halohídrico y por otra parte la molécula inicial modificada por la sustitución de un halógeno por un hidrógeno) selectiva que incluye una etapa de puesta en contacto de un substrato que presenta un átomo de carbono de hibridación sp^{3} portador:

- de un grupo electro-atractor GEA cargado negativamente, elegido entre las funciones carboxílicas, sulfónicas y sulfínicas,

- de al menos un átomo de flúor;

- y de al menos un átomo de halógeno más pesado que el flúor y elegido entre el cloro y el bromo;

con un reactivo que incluye:

\bullet: una fase acuosa,

\bullet: una base,

\bullet: un metal que pertenece al grupo VIII y al cuarto o al sexto período de la tabla periódica,

\bullet: e hidrógeno disuelto en la fase acuosa, en una concentración en equilibrio con una fase gaseosa cuya presión parcial de hidrógeno es al menos igual a 50 kPa, ventajosamente comprendida entre 50 kPa y 2.10^{7} Pa.

La presente invención contempla más particularmente el caso en que dicho átomo de hibridación sp^{3} es portador de dos átomos de flúor.

Las funciones electro-atractoras preferidas son aquellas cuya constante de Hammett \sigma_{p} es al menos igual a 0,1 y es igualmente preferible que el componente inductivo de \sigma_{p},\sigma_{i} sea al menos igual a 0,2, ventajosamente a 0,3 (por ejemplo, véase March "advanced organic chemistry", 3ª edición, John Wiley and son, páginas 242 a 250 y, en particular, tabla 4).

Entre los grupos electro-atractores (GEA), se pueden citar:

- las funciones carboxílicas, sulfónicas y sulfínicas, es decir, las funciones que derivan de los ácidos carboxílicos, sulfónicos y sulfínicos [estas funciones pueden ser la función ácida propiamente dicha (bajo forma salificada) pero también las amidas y las imidas].

De manera general, el procedimiento funciona especialmente bien cuando el grupo electro-atractor (GEA) corresponde a una función ácida salificada.

En otras palabras, se elige entonces al grupo electro-atractor (GEA) entre los grupos cargados negativamente.

Entre los metales del grupo VIII, se prefiere el níquel y el cobalto y, más particularmente, el níquel.

En la presente solicitud, se hace referencia a la tabla de la clasificación periódica de los elementos publicados en el suplemento del boletín de la Sociedad Química de Francia, en enero de 1966.

En efecto, los metales de la mina del platino, presentan una selectividad relativamente mediocre frente al flúor que se debe eliminar. No obstante el período del platino es preferible al del paladio.

Las formas más utilizables en el procedimiento son las formas de catalizadores sólidos y, más particularmente para el níquel y el cobalto, las formas denominadas "de Raney".

Los catalizadores preferidos son los catalizadores a base de níquel de Raney, es decir, los catalizadores cuyo principal elemento activo, preferentemente el único elemento activo, es el níquel de Raney.

Los substratos no presentan en general más de 50 átomos de carbono, e incluso no más de 25. No obstante, conviene destacar que el procedimiento no presenta las mismas limitaciones que las vías en fase gaseosa, y por lo tanto, que el peso molecular no presenta un carácter crítico.

Para obtener un buen rendimiento y una buena selectividad, es muy deseable llevar la reacción manteniendo el pH en un valor suficiente para ionizar la eventual función ácida y, más generalmente, al menos igual a 4, ventajosamente igual a 7, y preferentemente igual a 10.

La cantidad de base que se debe introducir en el medio de la reacción es al menos iguales a la cantidad necesaria para la neutralización del ácido halohídrico eliminado durante la hidrogenodeshalogenación selectiva y, cuando proceda, la cantidad de base necesaria para la neutralización de las funciones ácidas del substrato cuando este último presenta tales funciones. Es raro que la cantidad de base exceda tres, e incluso dos, veces la cantidad necesaria para la neutralización del ácido halohídrico eliminado y para la neutralización de las funciones ácidas del substrato.

En general, el halógeno más pesado que el flúor es el cloro. En efecto, el cloro es el halógeno preferido no desde el punto de vista técnico sino desde el punto de vista económico. La elección del cloro dificulta la selectividad de la hidrogenodeshalogenación frente al flúor. La presente invención presenta poco interés para los casos en que el halógeno sea el yodo, en efecto la selectividad entre el flúor y el yodo es tal que el efecto del presente procedimiento es menos señalado que en el caso del bromo y a fortiori del cloro.

La reacción de hidrogenodeshalogenación se realiza ventajosamente a una temperatura comprendida entre la temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC) y aproximadamente 150ºC. En la presente descripción el término "aproximadamente" se emplea para destacar el hecho de que los valores que le siguen corresponden a redondeos matemáticos y, en particular, que cuando la o las cifra(s) más a la derecha de un número son ceros, estos ceros son ceros de posición y no cifras significativas, excepto, por supuesto, si se precisa de otro modo.

En general, se prefiere realizar la hidrogenodeshalogenación a una temperatura comprendida entre 30ºC y 100ºC (dos cifras significativas).

Las bases no tienen necesidad de ser completamente solubles en el medio de la reacción. Basta que lo sean un poco y que mantengan el pH en los valores deseados.

Se pueden, en particular, citar los óxidos y las sales básicas de alcalinos, de alcalino-térreos, así como los hidróxidos correspondientes.

Las bases orgánicas se pueden también utilizar bien sea solas, o bien para facilitar la transferencia de los iones OH^{-}/H^{+}. Entre estos últimos, se pueden citar los hidróxidos de amonio, las aminas primarias, secundarias o terciarias. Igualmente, se pueden utilizar otros agentes de transferencia de fase, en particular, "criptandos" tales como éteres coronas.

Cuando las bases orgánicas se utilizan para facilitar la acción de una base poco soluble (en particular, mineral), se los puede utilizar a altura de aproximadamente 0,1 veces la cantidad de substrato expresada en moles (o más generalmente en equivalentes). En el caso de la utilización conjunta de una base mineral y de una amina es inútil que la cantidad de amina sea superior a 0,4 veces la cantidad de substrato expresada en equivalentes. Las aminas preferidas son las que no son fácilmente alquilables y, en particular, las terciarias.

Puede ser interesante prever un tercer disolvente para ayudar el substrato a ser al menos parcialmente soluble en la fase acuosa.

Es preferible elegir como tercer disolvente uno de los disolventes miscibles, parcialmente o preferentemente en cualquier proporción, con el agua, pero menos polar que este último.

Es preferible que estos disolventes no sean susceptibles de ser hidrogenados en las condiciones de la reacción. Esta dificultad puede conducir a excluir en particular las cetonas y los nitrilos o para elegir condiciones suaves.

Por ello, entre los disolventes que se pueden considerar, conviene citar los éteres, los alcoholes y sus mezclas.

De una manera más general, es deseable que los constituyentes de la mezcla de la reacción y sobre todo el substrato no incluye función susceptible de ser hidrogenada en las condiciones de la reacción.

Los substratos responden en general a la fórmula general siguiente:

GEA-CFX-Y

donde X representa un halógeno de rango superior al del flúor (es decir, esencialmente cloro y bromo, preferentemente cloro);

donde Y representa un hidrógeno (pero esto no es el valor preferido), un átomo de halógeno (ventajosamente un flúor), un radical carbonado ventajosamente electro-atractor, o incluso un grupo electro-atractor (tal como se define en la presente descripción y, en particular, más abajo);

donde GEA representa un grupo electro-atractor cargado negativamente cuyas eventuales funciones son inertes en las condiciones de la reacción, ventajosamente elegido entre: -C(O)-O); -S(O)-O; -S(O)_{2}-O.

Estando el número total de carbono del substrato ventajosamente comprendido en el intervalo cerrado 1 a 15, preferentemente 2 a 10 (fuera de la parte carbonada de las funciones amida o imida cuando los substratos son ácidos bajo una de las formas anteriores).

Y es ventajosamente:

\bullet: flúor

\bullet: si se desea obtener un metilo monofluorado (-CH_{2}F), Y puede tener los mismos valores que X con las mismas sub-preferencias

\bullet: un resto de fórmula (II) R-(C\Xi_{2})_{p}-

donde \Xi, similares o diferentes, representan un flúor o un radical perfluorado de fórmula C_{n}F_{2n+1}, con n un número entero a lo sumo igual a 8, ventajosamente a 5;

donde p representa un número entero a lo sumo igual a 2;

donde R es un átomo de hidrógeno, un átomo de flúor o un radical hidrocarbonado, ventajosamente alquilo o arilo.

Entre los substratos preferidos, se pueden citar más particularmente los ácidos carboxílicos mono- o bi-fluorados sobre el átomo de carbono portador de la función carboxílica y, en particular, aquellos cuyo carbono en alfa está a la vez clorado y fluorado.

El substrato puede, pero eso sólo presenta raramente un interés, incluye varios sitios de tipo GEA-CFX-, en cuyo caso los distintos X serán sustituidos simultáneamente por hidrógeno.

El procedimiento se revela especialmente interesante para los ácidos carboxílicos fluorados cuyo carbono en alfa es clorado, en particular el ácido clorodifluoroacético que permite obtener el ácido difluoroacético.

Estas funciones carboxílicas de las que se habló anteriormente se utilizan ventajosamente en forma de sales, en general alcalinas, de ácido.

No obstante se pueden utilizar bajo otras formas, en particular, las funciones derivadas de los ácidos que hayan sido mencionadas más arriba (por ejemplo, imida o amida).

La estequiometría de la reacción es:

GEA-CFX-Y + H_{2}

\hskip0.2cm

100

\hskip0.2cm

HX + GEA-CFH-Y

y cuando Y se elige entre los valores de X:

GEA-CFX-Y + 2H_{2}

\hskip0.2cm

100

\hskip0.2cm

HX + HY + GEA-CFH_{2}

Los ejemplos no limitativos siguientes ilustran la invención:

Ejemplo 1

En un reactor tipo SOTELEM de 300 ml en Hastelloy HB2, se introducen 57 g de agua, se agita y, al enfriar, se añaden 57 g de ácido clorodifluoroacético (0,44 moles). Siempre al enfriar, se introducen 137 g de una solución acuosa 10 N de hidróxido de sodio (aproximadamente 1,2 moles). A continuación, se añade 1 g de níquel de Raney. Se cierra el reactor, se purga con nitrógeno por 2 veces a 10 bares y con hidrógeno por 2 veces a 10 bares.

Se coloca el reactor bajo 20 bares de presión y se calienta a 70ºC agitando. Se mantiene el reactor bajo una presión constante de 20 bares. Cuando cesa el consumo de hidrógeno, se mantiene en estas condiciones también durante 15 min, luego se enfría a 20ºC; el consumo de hidrógeno es entonces sensiblemente igual a la cantidad estequiométrica. Se purga con nitrógeno por 2 veces a 10 bares.

Se filtra el catalizador. Por análisis del medio de la reacción por cromatografía iónica, se obtienen un TT = 98,8% con un RR difluoroacetato de sodio de 98,7%.

Ejemplo 2

Comparativo

Se procede como en el ejemplo 1, pero utilizando como catalizador 0,50 g de Pd/C a 5% de paladio. Los resultados son los siguientes:

Consumo de hidrógeno = aproximadamente 50% de la CS (es decir, Cantidad Estequiométrica):

-: TT = 25%

-: RR_{difluoroacetato \ de \ sodio} = 12%

-: RT = 50%

-: RR_{acetato \ de \ sodio} = 10%

Ejemplo 3

Comparativo

Se procede como en el ejemplo 1, pero suprimiendo la sosa. Los resultados son los siguientes:

Consumo de hidrógeno = aproximadamente 10% de la CS (es decir, Cantidad Estequiométrica):

-: TT < 10%

-: Presencia de ion flúor en cantidad significativa

-: Presencia de ácido acético

-: Presencia de fluoruro de níquel

-: Presencia de DFA (difluoroacetato difluoroacético) en muy baja cantidad.

Claims

1. Procedimiento de hidrogenodeshalogenación selectiva, caracterizado porque comprende la etapa de puesta en contacto de un substrato que presenta un átomo de carbono de hibridación sp^{3} portador:

- de un grupo electro-atractor cargado negativamente, elegido entre las funciones carboxílicas, sulfónicas y sulfínicas,

- de al menos un átomo de flúor;

con un reactivo que incluye:

\bullet: una fase acuosa,

\bullet: una base,

\bullet: e hidrógeno disuelto en la fase acuosa, en una concentración en equilibrio con una fase gaseosa cuya presión parcial en hidrógeno es al menos igual a 50 kPa, ventajosamente comprendida entre 50 kPa y 2.10^{7} Pa.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho átomo de carbono de hibridación sp^{3} es portador de dos átomos de flúor.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicho metal del grupo VIII se elige entre el níquel y el cobalto.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho metal del grupo VIII se elige entre el níquel o el cobalto está bajo la forma denominada de Raney.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho metal del grupo VIII es el níquel de Raney.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el pH (medido en las condiciones normales) de dicha fase acuosa se mantiene en un valor al menos igual a 4, ventajosamente a 7, y preferentemente a 10.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el substrato es un ácido y porque la cantidad de base introducida es al menos igual a la cantidad necesaria para la neutralización de dicho ácido y a la del ácido halohídrico eliminado por la hidrogenodeshalogenación selectiva.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho halógeno más pesado que el flúor es el cloro.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha etapa se realiza a una temperatura comprendida entre la temperatura ambiente y 150ºC.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicha etapa se realiza a una temperatura comprendida entre 30ºC y 100ºC.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicha base se elige entre los hidróxidos, los carbonatos y las sales básicos, de alcalinos, de alcalino-térreos, amonio y sus mezclas.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la fase acuosa incluye un tercer disolvente para ayudar a solubilizar el substrato, siendo dicho tercer disolvente elegido entre los disolventes miscibles ventajosamente en cualquier proporción con agua, pero menos polar que esta última.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el disolvente se elige entre los disolventes, los éteres, los alcoholes y sus mezclas.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dicho substrato se elige entre los ácidos carboxílicos fluorados, cuyo carbono en alfa está clorado, los aralquilos cuyo carbono en posición benzílica estén fluorado y clorado, los éteres cuyo, al menos uno, de los carbonos portadores de la función éter está a la vez clorado y fluorado.

15. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque dicho substrato se elige entre los ácidos carboxílicos fluorados, cuyo carbono en alfa está clorado, en particular el ácido clorodifluoroacético.