FR2805258A1 - Procede pour fabriquer du perfluoroalcanesulfinate - Google Patents
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Abstract
Procédé pour fabriquer un sel de métal alcalin d'un acide perfluoroalcanesulfinique.Le procédé comprend des opérations consistant à amener un fluorure de perfluoroalcanesulfonyle en contact avec un sel de métal alcalin d'un acide sulfureux en présence d'eau.Le procédé est particulièrement intéressant car le fluorure de perfluoroalcanesulfonyle est facilement disponible à une échelle industrielle.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer un sel de métal alcalin d'un acide perfluoroalcanesulfinique, lequel est un composé important en tant qu'intermédiaire pour des médicaments et des produits chimiques pour l'agriculture.
R.M. Scribner, J. Org. Chem., 31, 3671 (1966) indique que l'on obtient du trifluorométhanesulfinate de potassium en faisant réagir du chlorure de trifluorométhanesulfonyl avec du sulfite de potassium. La Publication de Brevet Japonais JP-A-48-56619 indique que l'on obtient de l'acide trifluorométhanesulfinique en faisant réagir du fluorure de trifluorométhanesulfonyle avec de l'hydrazine. H. W. Roesky and G. Holtscheider, J. Fluorine Chemistry, 7, 77 (1976) indique que l'acide trifluorométhanesulfinique réagit avec du carbonate de sodium ou du carbonate de potassium, en produisant le sel correspondant. Le chlorure de trifluorométhane-sulfonyl est une matière brute relativement coûteuse pour fabriquer un sel de métal alcalin de l'acide trifluorométhanesulfinique, étant donné qu'il est usuel de fabriquer du chlorure de trifluorométhanesulfonyle à partir de fluorure de trifluorométhanesulfonyle.
La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un procédé pour fabriquer un sel de métal alcalin d'un acide perfluoroalcane sulfinique en utilisant une matière brute qui est facilement disponible à l'échelle industrielle.
Conformément à la présente invention, le procédé pour fabriquer un premier sel de métal alcalin d'un acide perfluoroalcanesulfinique est caractérisé en ce qu'on amène un fluorure perfluoroalcanesulfinique en contact avec un second sel de métal alcalin d'un acide sulfureux en présence d'eau.
Le procédé peut être mis en oeuvre par exemple en amenant du fluorure tri fluorométhanesulfonique en contact avec une solution aqueuse de sulfite de sodium ou de sulfite de potassium, en fabriquant ainsi le premier sel de métal alcalin, à savoir du tri fluorométhanesulfinate de sodium ou du trifluorométhanesulfinate de potassium.
I1 est possible d'obtenir un fluorure perfluoroalcanesulfonique par une fluorination électrolytique d'un fluorure sulfonique (présentant un nombre d'atomes de carbone correspondant à celui du fluorure perfluoroalcanesulfonique) en utilisant un sel fondu de fluorure de potassium. Des exemples d'un fluorure perfluoroalcanesulfonique utilisés dans le procédé selon l'invention sont ceux présentant un nombre d'atomes de carbone d'environ 1 à 20, tels que le fluorure trifluorométhanesulfonique, le fluorure pentafluoro-éthanesulfonique, le fluorure heptafluoro- propanesulfonique, le fluorure nonafluoro- butanesulfonique, le fluorure undecafluoro- pentanesulfonique, le fluorure tridécafluoro- hexanesulfonique, le fluorure pentadecafluoro- heptanesulfonique, ainsi que leurs isomères. Parmi ceux- ci on préfère ceux présentant un nombre d'atomes de carbone d'environ 1 à 8. Parmi ces exemples, on préfère le fluorure trifluorométhanesulfonique, le fluorure pentafluoroéthanesulfonique, le fluorure heptafluoro- propanesulfonique ainsi que le fluorure nonafluorobutanesulfonique.
Le second sel de métal alcalin (c'est-à-dire un sel de métal alcalin d'un acide sulfureux) peut être un sel d'un métal alcalin choisi parmi le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium et le césium. Parmi ceux-ci on préfère le sodium et le potassium. La quantité du second sel de métal alcalin peut être de 1 mole ou davantage, mais n'est de préférence pas supérieure à environ 10 moles, et plus préférablement encore pas supérieure à environ 4 moles, par mole du fluorure de perfluoroalcanesulfonyle.
Au cours de la réaction, il est préférable de régler le système réactionnel pour qu'il présente un pH d'environ 7 à 9 en ajoutant de manière appropriée au système réactionnel un composé basique, étant donné que son pH tend à s'abaisser au fur et à mesure que la réaction se poursuit. A l'aide de ce réglage de pH, la quantité du second sel de métal alcalin peut être abaissée jusqu'à environ 1 à 2 moles par mole du fluorure perfluoroalcanesulfonyle. Des exemples du composé de base sont des hydroxydes, des oxydes et des carbonates de lithium, de sodium, de potassium, de rubidium et de césium. I1 est préférable que le métal de ce composé basique soit le même que celui du second sel de métal alcalin. En outre, il est préférable d'ajouter le composé basique sous la forme d'une solution aqueuse.
La quantité d'eau utilisée dans le procédé peut être arbitrairement choisie. Cette quantité est de préférence telle qu'une solution aqueuse obtenue en dissolvant le second sel de métal alcalin dans l'eau contient environ 5 à 50 % en poids du second sel de métal alcalin. Si la quantité d'eau est trop faible, une agitation rapide pour préparer cette solution aqueuse peut s'avérer difficile. Si cette quantité est trop importante, il peut devenir difficile d'effectuer un traitement après la réaction. Il est facultatif d'ajouter, à la solution aqueuse, un solvant organique, tel qu'un solvant organique soluble dans l'eau (par exemple de l'acétone, de l'acétonitrile, de THF et de la di oxane) .
Dans le procédé selon l'invention, la réaction peut être effectuée à une température de 0 à 100 C, de préférence de 0 à 80 C. Etant donné que le fluorure de trifluorométhanesulfonyle présente un point d'ébullition de -23 C, il est préférable d'effectuer la réaction sous une pression d'environ 0 à 10 MPa en utilisant un réacteur à l'épreuve de la pression.
Après la réaction, il est possible d'effectuer les traitements supplémentaires suivants afin d'obtenir le premier sel de métal alcalin (c'est-à-dire un sel de métal alcalin d'un acide perfluoroalcane sulfini que). Tout d'abord l'eau est éliminée du liquide réactionnel afin de précipiter une matière solide. Puis, un solvant (par exemple de l'acétone, de l'acétonitrile, de l'acétate d'éthyle, du méthanol ou de l'éthanol) qui est susceptible de dissoudre le premier sel de métal alcalin est ajouté à la matière solide. On enlève ensuite la matière solide restant dans la solution, ce qui est suivi par une distillation du solvant, dont on obtient le premier sel de métal alcalin.
Les exemples non limitatifs ci-après illustrent l'invention sans présenter de caractère limitatif.
EXEMPLE 1 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant 7,5 g de sulfite de sodium dans 28 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression a été rempli de cette solution aqueuse. Puis l'atmosphère du réacteur a été raréfiée pour diminuer la pression. Après cela, 8,5 g de fluorure de trifluorométhanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur, ce qui a été suivi par une agitation rapide à une température comprise entre 0 C et la température ambiante pendant 12 heures. Le liquide réactionnel résultant a été neutralisé avec du carbonate de sodium, ce qui a été suivi par un retrait d'eau. De l'acétone a ensuite été ajoutée à la matière solide restante pour extraire le produit recherché. La solution d'acétone résultante a été concentrée à siccité, en produisant ainsi 3,4 g de trifluorométhanesulfinate de sodium (rendement : 39 %).
EXEMPLE 2 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant 5,5 g de sulfite de potassium dans 15 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression a été rempli de cette solution aqueuse. Puis, l'atmosphère du réacteur a été raréfiée pour diminuer la pression. Après cela, 5,2 g de fluorure de trifluorométhanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur, ce qui était suivi par une agitation rapide à une température comprise entre 0 C et la température ambiante pendant 12 heures. Le liquide réactionnel résultant a été neutralisé avec du carbonate de potassium, suivi par un retrait d'eau. De l'acétone a ensuite été ajoutée à la matière solide restante pour extraire le produit recherché. La solution d'acétone résultante a été concentrée à siccité, produisant ainsi 2,8 g de trifluorométhanesulfinate de potassium (rendement 47 %). EXEMPLE 3 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant 22 g de sulfite de sodium dans 90 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression a été rempli de cette solution aqueuse. Puis, l'atmosphère du réacteur a été raréfiée pour diminuer la pression. Après cela, 11,6 g de fluorure de pentafluoroéthanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur, ce qui a été suivi par une agitation rapide à une température comprise entre 0 C et la température ambiante pendant 48 heures. Le liquide réactionnel résultant a été neutralisé avec du carbonate de sodium, suivi d'un retrait d'eau. Du méthanol a ensuite été ajouté à la matière solide restante pour extraire le produit recherché. La solution du méthanol résultante a été concentrée à siccité, produisant ainsi 10,7 g de pentafluoroéthanesulfinate de sodium (rendement : 90 %). EXEMPLE 4 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant 18 g de sulfite de sodium dans 70 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression a été rempli de cette solution aqueuse. Puis, l'atmosphère du réacteur a été raréfiée afin de diminuer la pression. Après cela, 10,8 g de fluorure de nonafluorobutanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur, ce qui était suivi par une agitation rapide à une température comprise entre 0 C et la température ambiante pendant 100 heures. Le liquide réactionnel résultant a été neutralisé avec du carbonate de sodium, suivi par un retrait d'eau. Du méthanol a ensuite été ajouté à la matière solide restante pour extraire le produit recherché. La solution du méthanol résultante a été concentrée à siccité, produisant ainsi 9,2 g de nonafluorobutanesulfinate de sodium (rendement : 88 %).
EXEMPLE 5 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant<B>37,5</B> g de sulfite de sodium dans 150 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression a été rempli de cette solution aqueuse. Puis, l'atmosphère du réacteur a été raréfiée pour diminuer la pression. Après cela, 10,7 g de fluorure de trifluorométhanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur, ce qui était suivi par une agitation rapide à 5 C pendant 4 heures. Le liquide réactionnel résultant a été neutralisé avec du carbonate de sodium, suivi par un retrait d'eau. Du méthanol a ensuite été ajouté à la matière solide résultante pour extraire le produit recherché. La solution de méthanol résultante a été concentrée à siccité, produisant ainsi 9,7 g de trifluorométhanesulfinate de sodium (rendement : 88 %).
EXEMPLE 6 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant 125 g de sulfite de potassium dans 290 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression a été rempli de cette solution aqueuse. Puis, l'atmosphère du réacteur a été raréfiée pour diminuer la pression. Après cela, 30,7 g de fluorure de trifluorométhanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur, ce qui était suivi par une agitation rapide à une température comprise entre 0 C et la température ambiante pendant 12 heures. Le liquide réactionnel résultant a été neutralisé avec du carbonate de potassium, suivi par un retrait d'eau. Du méthanol a ensuite été ajouté à la matière solide restante pour extraire le produit recherché. La solution du méthanol résultante a été concentrée à siccité, produisant ainsi 32,6 g de trifluorométhanesulfinate de potassium (rendement 94 %).
EXEMPLE 7 On a tout d'abord préparé une solution aqueuse en dissolvant<B>36,8</B> g de sulfite de sodium dans 145 g d'eau. Ensuite, un réacteur métallique à l'épreuve de la pression équipé d'un pH mètre a été rempli avec cette solution aqueuse. Puis, l'atmosphère du réacteur a été raréfiée pour diminuer la pression. Après cela, 30,7 g de fluorure de tri fluorométhanesulfonyle ont été ajoutés au réacteur. La réaction était poursuivie pendant 6 heures, tandis que le pH du système réactionnel a été maintenu à l'intérieur d'une gamme de 7 à 9 en ajoutant de manière appropriée une solution aqueuse à 20 % de NaOH en utilisant une pompe refoulante. Cette solution aqueuse de NaOH a été ajoutée selon une quantité totale de 115 g. Après la réaction, le liquide réactionnel a été prélevé du réacteur, suivi d'un retrait d'eau. De l'acétone a ensuite été ajoutée à la matière solide restante pour extraire le produit recherché. La solution d'acétone résultante a été concentrée à siccité, produisant ainsi 33,7 g de trifluorométhanesulfinate de sodium (rendement : 75 %).
L'invention n'est pas limitée aux exemples indiqués ci-dessus et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications annexées.
Claims (9)
1. Procédé pour fabriquer un premier sel de métal alcalin d'un acide perfluoroalcane sulfini que, caractérisé en ce qu'on amène un fluorure de perfluoroalcanesulfonyle en contact avec un second sel de métal alcalin d'un acide sulfureux en présence d'eau.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un métal alcalin contenu dans chacun desdits premier et second sels de métal alcalin est du sodium ou du potassium.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluorure de perfluoroalcanesulfonyle présente un nombre d'atomes de carbone de 1 à 20.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluorure de perfluoroalcanesulfonyle est choisi dans le groupe se composant du fluorure de trifluorométhanesulfonyle, du fluorure de pentafluoro- éthanesulfonyle, du fluorure d'heptafluoropropane- sulfonyle et du fluorure de nonafluorobutanesulfonyle.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second sel de métal alcalin est dans une quantité de 1 mole, ou davantage, par mole dudit fluorure de perfluoroalcanesulfonyle.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluorure de perfluoroalcanesulfonyle est amené en contact avec une solution aqueuse comprenant environ 5 à 50 % en poids dudit second sel de métal alcalin.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue sous pression ladite opération consistant à amener un fluorure de perfluoroalcanesulfonyle en contact avec un second sel de métal alcalin d'un acide sulfureux en présence d'eau.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre les opérations consistant à retirer l'eau d'un produit réactionnel obtenu par ladite opération consistant à amener un fluorure de perfluoroalcanesulfonyle en contact avec un second sel de métal alcalin d'un acide sulfureux en présence d'eau, de manière ainsi à précipiter une matière solide ; ajouter un solvant à ladite matière solide pour extraire ledit premier sel de métal alcalin, en obtenant ainsi une solution ; et retirer ledit solvant de cette solution afin d'obtenir ledit premier sel de métal alcalin.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un système réactionnel comprenant ledit fluorure de perfluoroalcanesulfonyle, ledit second sel de métal alcalin et ladite eau est réglé pour présenter un pH de 7 à 9 en ajoutant, audit système réactionnel, un composé basique au cours de la réaction entre ledit fluorure de perfluoroalcanesulfonyle et ledit second sel de métal alcalin.
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