FR2627771A1 - Procede de preparation du bromofluoromethane - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation du bromofluorométhane avec de bons rendements, par la débromation réductrice du dibromofluorométhane en se servant d'un hydrure d'organoétain, par exemple l'hydrure de tri-n-butylétain.

Description

L'invention concerne un procédé chimique et, plus particulièrement, un

procédé -de préparation du bromofluorométhane. Le bromofluorométhane constitue un réactif important de la fabrication d'intermédiaires, de

produits pharmaceutiques et d'autres composés chimiques.

Jusqu'à présent, on a préparé ce composé selon trois procédés classiques. Suivant l'un de ces procédés, on prépare le bromofluorométhane à partir de sels de l'acide fluoracétique, en utilisant une réaction du type Hunsdiecker, comme décrit par Haszeldine dans J. Chem. Soc., 1952, 42594268 et USP 2716668. Suivant un autre procédé, on prépare le bromofluorométhane à partir de dibromofluorométhane par débromation réductrice avec un réactif de Swarts, comme décrit dans l'ancienne littérature technique par Swarts et coll., Bull. Acad. Roy. Belg. 1910, 113, 23. Selon un autre procédé encore,

on prépare le bromofluorométhane à partir d'un dihalomé-

thane, par exemple le bromure de méthylène, par une

réaction d'échange d'halogènes, ou à partir d'un halomé-

thane, par exemple le bromométhane ou le fluorométhane, par bromation ou fluoration sur un catalyseur, tel que l'alumine. Ces procédés antérieurs n'ont généralement donné que des médiocres rendements, ou impliquaient l'usage de

matières dangereuses.

Seyferth et col. décrivent, dans le Journal of Organic Chemistry 1963, 703-706, bien que ne présentant pas de données de support, la préparation accidentelle ou fortuite du bromofluorométhane par une réduction échelonnée du tribromofluorométhane en utilisant l'hydrure de tri-nbutylétain. Cependant, les conditions réactionnelles décrites dans cette publication sont telles qu'ou bien il ne -se forme pas de bromofluorométhane, ou que le produit contient des

mélanges de bromofluorométhane et de dibromofluorométha-

ne à la fois. Seyferth et coll. ont également recours à un système de distillation classique, sous pression réduite et, à notre opinion, ceci conduit a l'obtention de faibles rendements en bromofluorométhane, étant donné que, malgré l'obtention d'un rendement théorique de 69%

de dibromofluorométhane a partir de tribromofluorométha-

ne Seyferth et coll. n'obtinrent pas de proportions

appréciables de bromofluorométhane.

Au surplus, Seyferth et coll., bien que ne donnant pas de données expérimentales venant supporter spécifiquement la réduction du tribromofluorométhane, indiquèrent que l'on fit réagir 0,02 mole de réactif du type hydrure sur 0,04 mole de divers halométhanes, y compris le tribromofluorométhane, a 0oC et pendant environ une heure, sous agitation, à la température ambiante, pendant 10 minutes et ensuite à la température ambiante pendant 10 minutes supplémentaires. La

description donnée des produits de réaction est ambiguë

par le fait que le rendement dibromofluorométhane est supérieur à la valeur suggérée par les rapports des réactifs. Bien que les auteurs indiquèrent qu'un peu de bromofluorométhane s'était également formé, la contradiction susmentionnée jette le doute sur la vérité de cette affirmation. Cependant, même si du

dibromofluorométhane initialement formé fut effective-

ment davantage réduit en bromofluorométhane, même en utilisant les conditions manifestement modérées susmentionnées, cela implique qu'il serait difficile, voire impossible, d'utiliser la même technique partant de dibromofluorométhane pour ne déplacer seulement qu'un seul atome de brome de manière à obtenir des rendements intéressants en bromofluorométhane. Seyferth et coll. ne suggèrent par conséquent nullement que la réduction par un hydrure d'organoétain du dibromofluorométhane constituerait une meilleure voie d'accès au bromofluorométhane que les autres procédés susmentionnés. Nous avons découvert à présent que l'on pouvait préparer un bromofluorométhane de bonnes qualité et pureté, avec de bons rendements et une plus grande efficience, au départ du dibromofluorométhane, par la débromation réductrice de dibromofluorométhane sensiblement pur en utilisant un hydrure d'organoétain,

tel que l'hydrure de tri-n-butylétain.

Conformément à la présente invention, nous offrons par conséquent un procédé de production du bromofluorométhane, conformément auquel on soumet le dibromofluorométhane sensiblement pur à une réduction

par un hydrure d'organoétain.

Nous avons découvert, non sans surprise, que l'on pouvait obvier à la tendance, décrite par Seyferth et coll., que possédaient certains polyhalométhanes de réagir trop fortement sur un tel réactif du type hydrure pour engendrer des produits doublement déshalogénés, par le choix précautionneux de conditions réactionnelles de manière à parvenir à un produit extrêmement pur. Dans les conditions réactionnelles préférées, on peut faire réagir le dibromofluorométhane sur au moins une quantité molaire sensiblement égale du réactif du type hydrure, de façon à assurer le déroulement d'une réaction sensiblement complète et a minimiser la contamination

par de la matière de départ non entrée en réaction.

L'expression "une quantité molaire sensiblement égale" est utilisée dans le présent mémoire pour désigner des

rapports de l'hydrure d'organoétain au dibromofluoromé-

thane qui fluctuent de 0,8:1 à 1,5:1, plus

avantageusement de 0,9:1 & 1,3:1.

Les, bons rendements et puretés des produits issus de la réaction peuvent être augmentés par l'emploi d'un condenseur à reflux, par exemple un condenseur à eau ou à pointe froide, au cours de la réduction, afin de renvoyer le dibromofluorométhane non entré en réaction dans le récipient de réaction; lorsque l'on fait appel à un condenseur à eau, celui-ci peut être raccordé à un ou plusieurs pièges froids, susceptibles de condenser le bromofluorométhane, par exemple une pointe froide à une température de -196 à -40 C. Ce système permet à une certaine partie du bromofluorométhane vaporisé de passer par distillation au cours de la réduction, en le sortant ainsi du système réactionnel. Cependant, nous avons découvert que le bromofluorométhane qui se vaporisait au cours de la réduction entraînait avec lui, même à une température de 0 C à 5 C, une certaine quantité de réactif du type dibromof2uoroméhtane. Par conséquent, lorsque l'on utilise un condenseur à eau de cette manière, un autre piège ou trappe,à pointe froide, par exemple à une température de - 35 à +10 C, est de préférence montée avant le piège a -196 à -40 C, pour

condenser et enlever tout dibromofluorométhane vaporisé.

Cependant, au lieu de permettre au bromofluorométhane de distiller au cours de la réduction, il peut être préférable d'utiliser un condenseur à reflux, comme une pointe froide, à des températures beaucoup plus basses, par exemple de -196 C à -40 C, pour renvoyer à la fois le dibromofluorométhane et le bromofluorométhane dans la réaction et de n'entamer la distillation qu'une fois la réduction achevée seulement. Dans ce cas, il sera manifestement nécessaire d'enlever la pointe froide à reflux

préalablement à la distillation.

On réalise la distillation, de préférence, à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique et à des températures relativement faibles, par exemple de 0 a 100 C, de préférence de 20 à 45 C. La distillation en question est lente, par exemple, elle se déroule en l'espace de 0,5 à 15 heures, de préférence de 2 à 12 heures, par exemple de 2 à 6 heures. Un flux constant d'un gaz inerte, comme de l'azote passant à travers le mélange réactionnel au cours de la distillation est particulièrement avantageux pour élever la vitesse de collecte du bromofluorométhane. Au cours

de la distillation, on utilise avantageusement une série-

de pièges à pointes froides, de manière à recueillir le dibromofluorométhane non entré en réaction dans un premier piège, par exemple à une température de -35 C à +10 C, par exemple un piège à glace/sel et le bromofluorométhane souhaité dans un second ou plusieurs autres pièges à des températures beaucoup plus basses,

par exemple, à une température de -196 C à -40 C.

Les pièges à pointe froide que l'on peut utiliser sont constitués de glace sèche (anhydride carbonique

solide)/acétone (environ -78 C), de glace sèche/tétra-

chlorure de carbone (environ -20 C), de glace sèche/méthanol (environ 70"C) ou d'azote liquide (environ -196 C). On préfère la glace sèche/acétone

(environ -78 C).

Ainsi, de manière générale, on peut mettre le dibromofluorométhane en. contact avec de l'hydrure de tri-n-butylétain à une température qui varie de -20 C à +30'C, de préférence de -5 C à +100C. De préférence, on ajoute l'hydrure de tri-n-butylétain lentement, par exemple en l'espace de 0,5 & 10 heures. On équipe avantageusement le récipient de réaction d'un condenseur à eau (5 C à 50 C), ou d'une pointe froide (-196 C à C) comme on l'a expliqué plus haut. La réaction du dibromofluorométhane sur l'hydrure de tri-n-butylétain est exothermique et un refroidissement est habituellement nécessaire pour maintenir la température réactionnelle aux valeurs qui se situent dans la gamme préférée de -5 à +10 C. Nous avons découvert que la présence d'un amorceur à radicaux libres, comme l',al'azoisobutyronitrile dans le milieu réactionnel et/ou une irradiation supplémentaire, provenant, par exemple d'une ampoule à tungstène, modérait l'effet exothermique. On peut incorporer un tel amorceur de radicaux libres au mélange réactionnel, par exemple, dans une proportion s'élevant jusqu'à 5% en poids par rapport au dibromofluorométhane, de

préférence, 0,1 - 1% en poids.

Après l'addition de l'hydrure de tri-n-butylétain, on agite avantageusement davantage le mélange à une température de -20 C à +30 C, de préférence de -5 C à +10 C, pendant 0,1 -à 10 heures, pour assurer

l'achèvement de la réaction.

En vue de procéder à la distillation, on enlève la pointe froide à reflux, pour autant qu'on l'ait utilisée et on porte le mélange à une température qui varie de 0 C à 100 C et on l'agite pendant 0,5 à 15 heures, sous un flux constant d'azote passant à travers le ou les pièges et le ballon de réaction, avantageusement au débit de 5 à 500 ml par minute. Au cours de la période

de distillation, on peut recueillir le bromofluorométha-

ne dans un piège à pointe froide à une température qui varie de -40 C à 196 C. On peut insérer un piège à pointe froide supplémentaire à une température de -35 C à +100C entre le ballon de réaction et le piège travaillant à une température de -40 C à -1960C, en vue, de réduire la quantité de dibromofluorométhane se

condensant dans le second piège.

L'invention sera à présent illustrée à l'aide des exemples qui suivent. On s'était procuré le dibromofluorométhane chez Fluorochem Ltd., Old Glossop,

Derbyshire, Grande-Bretagne et l'hydrure de tri-n-

butylétain Aldrich, Gillingham, Dorset, Grande-Bretagne.

Exemple 1

Préparation du bromofluorométhane & partir de dibromofluorométhane en utilisant de l'hydrure de tri-n- butylétain On a ajouté de l'hydrure de tri-n-butylétain (25 g) à partir d'une ampoule à brome à goutte & goutte, en l'espace de deux heures, à du dibromofluorométhane (16,5 g) froid (5 C) contenu dans un ballon équipé d'une tubulure d'entrée d'azote et d'un condenseur à reflux à

eau froide pour renvoyer le dibromofluorométhane vapori-

sé dans le mélange réactionnel. On a porté le mélange réactionnel à une température variant de 25 C à 30 C et sous un flux constant d'azote passant à travers les pièges et le ballon de réaction, on a agité le mélange réactionnel pendant 2,5 heures supplémentaires. Au cours des périodes d'addition et de chauffage, on a soutiré le bromofluorométhane (8,7 g) du condenseur à reflux et on l'a recueilli dans un piège à pointe froide constitué de glace séche/acéto.ne (environ -78 C). Un piège à pointe froide constitué de glace/sel (-10 C) était présent

entre le ballon de réaction et le piège travaillant à -

78 C, afin de réduire la quantité de dibromodifluorométhane se condensant dans le second piège. On a identifié le produit par son point d'ébullition (17 C) et son spectre de résonance

magnétique nucléaire (10% v/v CDC1 3 = 6,1, doublet).

La chromatographie en phase gazeuse-liquide a révélé la présence de 11% d'impuretés (8% de dibromofluorométhane)

donnant un rendement théorique corrigé de 79,8%.

8,

Exemple 2

Préparation de bromofluorométhane à partir de

dibromodifluorométhane en utilisant de l'hydrure de tri-

n-butylétain On a ajouté de l'hydrure de tri-n-butylétain (181,8 g, 1,2 équivalent) à partir d'une ampoule à brome, au goutte à goutte, en l'espace d'une heure, à du dibromofluorométhane (100 g) froid (5 C) à un ballon de réaction équipé d'un tube d'entrée d'azote et d'un condenseur à reflux à pointe froide constitué de glace sèche/acétone (environ -78 C) afin de renvoyer le dibromofluorométhane et le bromofluorométhane vaporisés dans ie milieu de réaction, le condenseur conduisant à un piège à pointe froide constitué de galce sèche/acétone (-78 C) en vue de la collecte éventuelle de bromofluorométhane. On a maintenu la température entre 0OC et 5 C au cours de l'addition. On a davantage agité le mélange pendant une heure à une température variant de 0 C à 5 C. On a enlevé le condenseur à reflux à pointe froide constitué de glace sèche/acétone, on a chauffé le mélange à 40 C et on a agité le mélange pendant 5 heures supplémentaires avec un flux constant d'azote passant à travers le ballon de réaction et les pièges froid. Au cours des périodes de réchauffage et d'agitation, on a recueilli le bromofluorométhane (51 g) dans le piège à pointe froide constitué de glace

sèche/acétone. On a identifié le produit par son point.

d'ébullition (17 C) et son spectre de résonance magnétique nucléaire (10% v/v de CDC13, 6 = 6,1, doublet). La chromatographie en phase gazeuseliquide a révélé la présence de 5,7% d'impuretés (0,8% de dibromodifluorométhane), donnant un rendement théorique

corrigé de 81,8%.

9*

Exemple 3

Préparation de bromofluorométhane à partir de

dibromofluorométhane en utilisant de l'hydrure de tri-

n-butylétain On a ajouté de l'hydrure de tri-n-butylétain (1,89 kg, 1,2 équivalent}, au départ d'une ampoule à brome à goutte à goutte, en l'espace d'une heure et 15 minutes à du dibromofluorométhane (1,04 kg) froid (5 C) dans un ballon de réaction équipé d'un tube d'entrée d'azote et d'un condenseur à reflux à pointe froide constitué de glace sèche/acétone (environ -78 C), en vue de renvoyer le dibromofluorométhane et le bromofluorométhane vaporisés dans le milieu réactionnel, le condenseur conduisant à un piège à pointe froide constitué de glace sèche/acétone (-78 C) en vue de la collecte éventuelle de bromofluorométhane. On a maintenu la température entre 0 C et 5 C au cours de l'addition. On a davantage agité le mélange pendant une heure à une température de 0OC à 5 C. On a enlevé le condenseur à reflux à pointe froide constitué de glace sèche/acétone, on a chauffé le mélange jusqu'à 40 C et on a agité le mélange réactionnel pendant 3 heures supplémentaires avec un flux constant d'azote passant à travers le ballon de réaction et les pièges. On a ensuite chauffé le mélange réactionnel jusqu'à 70 C et on l'a alors agité pendant 9 heures supplémentaires. Au cours des périodes de réchauffage et d'agitation, on a recueilli le bromofluorométhane (510 g) dans le piège a pointe froide constitué de glace sèche/acétone. On a identifié le produit par son point d'ébullition (170C) et son spectre de résonance magnétique nucléaire (10% v/v CDC13, 6 =

6,1, doublet). La chromatographie en phase gazeuse-

liquide a révélé la présence de 4,7% d'impuretés (0,2% de dibromofluorométhane) donnant un rendement théorique

corrigé de 79,3%.

Exemple 4

Préparation du bromofluorométhane à partir de

dibromofluorométhane en utilisant de l'hydrure de tri-n-

butylétain On a ajouté de l'hydrure de tri-n-butylétain (1,89 kg, 1,2 équivalent), à partir d'une ampoule à brome à goutte à goutte, en l'espace d'une heure et 15 minutes, à du dibromofluorométhane (1,04 kg) froid (5 C) et de l'c,a'-azoisobutyronitrile (AIBN) (1,04 g) dans un ballon de réaction équipé d'une tubulure d'entrée d'azote et d'un condenseur à reflux à pointe froide constitué de glace sèche/acétone (environ -78 C), afin

de renvoyer le dibromofluorométhane et le bromofluoromé-

thane vaporisés dans le milieu réactionnel, le condenseur conduisant à un piège à pointe froide constitué de glace sèche/acétone (-78 C) en vue de la collecte éventuelle de bromofluorométhane. On a maintenu

la température entre 0 C et 5 C au cours de l'addition.

On a davantage agité le mélange pendant une heure à une température de 0 C à 5 C. On a enlevé le condenseur à reflux à pointe froide constitué de glace sèche/acétone, on a réchauffé le mélange jusqu'à 40 C et on a agité le mélange réactionnel pendant 3 heures supplémentaires avec un flux constant d'azote passant à travers le ballon de réaction et les pièges. On a ensuite chauffé le mélange réactionnel jusqu'à 70 C et on l'a agité pendant 9 heures supplémentaires. Au cours des périodes de réchauffage et d'agitation, on a recueilli le bromofluorométhane (470 g) dans le piège à pointe froide constitué de glace sèche/acétone. On a identifié le produit par son point d'ébullition (17 C) et son spectre de résonance magnétique nucléaire (10% v/v CDC13, 6 =

6,1, doublet). La chromatographie en phase gazeuse-

liquide a révélé la présence de 3,9% d'impuretés (0,7% de dibromofluorométhane) indiquant un rendement théorique corrigé de 72,1%.

Claims (8)

R e v e n d i c a t i o n s

1. Procédé de production du bromofluorométhane,

caractérisé en ce que l'on soumet le dibromofluorométha-

ne sensiblement pur à.une réduction par un hydrure d'organoétain. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé

en ce que l'hydrure d'organoétain est l'hydrure de tri-

n-butylétain. 3. Procédé suivant la revendication 1, ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fait réagir le dibromofluorométhane sur une proportion molaire

sensiblement égale de l'hydrure d'organoétain.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de l'hydrure d'organoétain au

dibromofluorométhane varie de 0,9:1 à 1,3:1.

5. Procédé suivant l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on

maintient la température réactionnelle à une valeur qui

varie de -20 C à +30 C.

6. Procédé suivant l'une ' quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on

réalise la réaction en présence d'un amorceur de radicaux libres; 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé

en ce que l'amorceur de radicaux libres est l',"'-

azoisobutyronitrile. 8. Procédé suivant la revendication 6, ou la revendication 7, caractérisé en ce que l'on incorpore l'amorceur de radicaux libres au mélange réactionnel, dans une proportion montant jusqu'à 5% en poids par

rapport au dibromofluorométhane.

9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on incorpore l'amorceur de radicaux libres en une proportion qui varie de 0, 1 à 1% en poids, par

rapport au dibromofluorométhane.

;. Procédé suivant l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on

réalise la réaction en présence d'une irradiation supplémentaire. il. Procédé suivant l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on

réalise la réaction dans un récipient équipé d'un condenseur à reflux servant à condenser et à renvoyer o10 tout dibromofluorométhane s'évaporant dans le mélange

réactionnel pendant la poursuite de la réaction.

12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le condenseur à reflux sert

également à condenser et à renvoyer tout bromofluoromé-

thane s'évaporant.

13. Procédé suivant l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on

distille le bromofluorométhane et le dibromodifluoromé-

thane non entré en réaction du mélange réactionnel et avant la condensation et, préalablement à la condensation et à la collecte du bromofluorométhane, on enlève le dibromofluorométhane non entré en réaction par condensation à une température qui varie de -35 C à

+10 C.

14. Procédé suivant l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on

amorce la distillation après l'achèvement de la réaction. 15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'on amène un gaz inerte à s'écouler à travers le mélange réactionnel en vue d'augmenter la vitesse de collecte du bromofluorométhane.