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PROCEDE D'ACYLATION OU DE Sl ll FONYLATION
D'UN COMPOSE AR MATIQUF
La présente invention a pour objet un procédé d'acylation ou de
sulfonylation d'un composé aromatique.
Plus précisément, l'invention a trait à un procédé d'acylation ou de
sulfonylation d'un composé aromatique activé ou désactivé.
Elle est particulièrement intéressante dans le cas où il est souhaité d'acyler
ou de sulfonyler un composé aromatique désactivé.
L'invention s'applique à la préparation de cétones ou de sulfones
aromatiques.
Dans l'exposé qui suit de la présente invention, on entend "par composé
aromatique", la notion classique d'aromaticité telle que définie dans la
littérature,
notamment par Jerry MARCH, Advanced Organic Chemistry, 4eme édition, John
Wiley and Sons, 1992, pp. 40 et suivantes.
Par "composé aromatique désactivé", on définit un composé aromatique
sans substituant, tel que par exemple le benzène ou un composé aromatique
comportant un ou plusieurs substituants désactivant le noyau aromatique tels
que des groupes électro-attracteurs.
Par "composé aromatique activé", on désigne un composé aromatique
comportant un ou plusieurs substituants activant ie noyau aromatique tels que
des groupes électro-donneurs.
Les notions de groupes électro-attracteurs et groupes électro-donneurs sont
définies dans la littérature. On peut se référer entre autres, à l'ouvrage de
Jerry
MARCH - Advanced Organic Chemistry, 4ème édition, John Wiley and Sons,
1992, chapitre 9, pp. 273 - 292.
Un procédé classique de préparation de cétones aromatiques consiste à
faire réagir un composé aromatique et un agent d'acylation, selon une réaction
d'acylation de type Friedel-Crafts.
II est donc connu de conduire ladite réaction, en présence de catalyseurs
tels que : FeClg, Fe, ZnCl2, 12 [D. E. PEARSON, C. A. BUEHLER, Synthesis,
1972, p.533] ; les trifluorométhanesulfonates métalliques [A KAWADA et al J.
Chem. Soc. Chem. Commun. pp. 1157-1158 (1993) et Synlett pp.545-546
(1994)] ; les halogénures de bismuth ou précurseurs [EP-A-698 593].
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Les réactions décrites sont limitées à des composés aromatiques activés,
tels que l'anisole et nécessitent le plus souvent des temps de réaction très
longs.
Dans le cas de substrats aromatiques désactivés tels que le benzène ou les
halogénobenzènes, ces catalyseurs ne donnent pas satisfaction.
Toutefois, FeClg a été décrit pour effectuer la benzoylation du benzène (FR-
A-2 534 905 et FR-A-2 534 906) mais les conditions expérimentales sont alors
contraignantes. On conduit la réaction en autoclave, en présence de 8 % de
FeCl3 : le rendement n'est que de 56 %, après 2 h de chauffage à
145°C.
D. E. PEARSON et al (op. cit.) rapportent quelques rares résultats
d'acylation de composés aromatiques, en l'absence de catalyseurs, par simple
effet thermique mais les temps de réaction sont très longs et les rendements
restent faibles, en particulier dans le cas des composés aromatiques
désactivés.
Ces dernières références, comme de nombreux catalyseurs décrits dans
l'état de la technique, ne traitent pas d'une façon générale, le problème de
l'acylation de substrats aromatiques aussi bien activés que désactivés et dans
des conditions aisément mises en oeuvre.
La présente invention atteint cet objectif et fournit un procédé permettant
d'obvier aux inconvénients précités.
II a maintenant été trouvé et c'est ce qui constitue l'objet de la présente
invention, un procédé d'acylation ou de sulfonylation d'un composé aromatique
qui consiste à faire réagir au moins un composé aromatique avec un agent
d'acylation ou de sulfonylation, en présence d'un catalyseur de Friedel-Crafts
caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction d'acylation ou de
sulfonylation,
en phase liquide, sous irradiation de micro-ondes.
Conformément au procédé de l'invention, on effectue fa préparation d'une
cétone ou sulfone aromatique, par la réaction de Friedel-Crafts, sous
rayonnement de micro-ondes dans des conditions très améliorées, par rapport à
celles qui étaient connues.
I! est possible d'effectuer l'acylation ou la sulfonylation de composés
aromatiques activés, non activés ou désactivés, en réacteur ouvert.
Les temps de réaction sont très courts, nettement inférieurs aux temps de
réaction utilisés sous simple effet thermique, en présence des mêmes
catalyseurs, et avec des rendements réactionnels souvent supérieurs.
II est également noté une consommation d'énergie électrique
considérablement réduite par rapport à la mise en oeuvre d'un four électrique
à
résistances, à la fois par la puissance demandée (60 à 300 watts au lieu de
plusieurs kilowatts) et par les temps de réaction très raccourcis.
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Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d'acylation
ou de sulfonylation d'un composé aromatique répondant à la formule générale
(I)
(R)~
A (I)
dans laquelle
- A symbolise le reste d'un cycle formant tout ou partie d'un système
carbocyclique ou hétérocyclique, aromatique, monocyclique ou polycyclique
ledit reste cyclique pouvant porter un radical R représentant un atome
d'hydrogène ou un ou plusieurs substituants, identiques ou différents,
- n représente le nombre de substituants sur le cycle.
L'invention s'applique notamment aux composés aromatiques répondant à
la formule (I) dans laquelle A est le reste d'un composé cyclique, ayant de
préférence, au moins 4 atomes dans le cycle, éventuellement substitué, et
représentant au moins l'un des cycles suivants
. un carbocycle aromatique, monocyclique ou polycyclique,
. un hétérocycle aromatique, monocyclique ou polycyclique comportant au
moins un des hétéroatomes O, N et S,
On précisera, sans pour autant limiter la portée de l'invention, que le reste
A
éventuellement substitué représente, le reste
1 ° - d'un composé carbocyciique aromatique, monocyclique ou
polycyclique.
Par "composé carbocyclique polycyclique", on entend
. un composé constitué par au moins 2 carbocycles aromatiques et formant
entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et péricondensés,
. un composé constitué par au moins 2 carbocycles dont l'un seul d'entre
eux est aromatique et formant entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et
péricondensés.
2° - d'un composé hétérocyclique aromatique, monocyclique ou
polycyclique.
Par "composé hétérocyclique polycyclique", on définit
. un composé constitué par au moins 2 hétérocycles contenant au moins un
hétéroatome dans chaque cycle dont au moins l'un des deux cycles est
aromatique et formant entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et
péricondensés,
. un composé constitué par au moins un cycle hydrocarboné et au moins un
hétérocycle dont au moins l'un des cycles est aromatique et formant entre
eux des systèmes ortho- ou ortho- et péricondensés.
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3° - d'un composé constitué par un enchaînement de cycles, tels que
définis aux
paragraphes 1 et/ou 2 liés entre eux
. par un lien valentiel,
. par un radical alkylène ou alkylidène ayant de 1 à 4 atomes de carbone,
de préférence un radical méthylène ou isopropylidène,
. par l'un des groupes suivants
-O- , -CO- , -COO- , -OCOO-
-S- , -SO- , -S02- ,
-N-, -CO-N-,
I I
RO RO
dans ces formules, RO représente un atome d'hydrogène ou un radical
alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical cyclohexyle ou
phényle.
Plus particulièrement, le reste A éventuellement substitué représente, le
reste
- d'un composé monocyclique, carbocyclique, aromatique, tel que par
exemple, le benzène, le toluène, l'isobutyibenzène, l'anisole, le thioanisole,
le phénétole ou le vératrole, le gaïacol, le guétol, les mono- et
dichlorobenzènes, le fluorobenzène, l'iodobenzène,
- d'un composé polycyclique, condensé, aromatique, tel que par exemple,
ie naphtalène, le 2-méthoxynaphtalène, le 3-méthoxynaphtalène,
- d'un composé polycyclique, non condensé, carbocyclique, aromatique, tel
que par exemple, le phénoxybenzène,
- d'un composé polycyclique, condensé, carbocyclique, partiellement
aromatique, tel que par exemple, le tétrahydronaphtalène, le 1,2-méthylène
dioxybenzène,
- d'un composé polycyclique, non condensé, carbocyclique, partiellement
aromatique, tel que par exemple, le cyclohexylbenzène,
- d'un composé monocyclique, hétérocyclique, aromatique, tel que par
exemple, la pyridine, le furane, le thiophène,
- d'un composé polycyclique, condensé, aromatique, partiellement
hétérocyclique, tel que, par exemple, la quinoléïne, l'indole ou ie
benzofurane,
- d'un composé polycyclique, non condensé, aromatique, partiellement
hétérocyclique, tel que, par exemple, les phénylpyridines, les
naphtylpyridines,
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d'un composé polycyclique, condensé, partiellement aromatique,
partiellement hétérocyclique, tel que par exemple, la tétrahydroquinoléïne,
- d'un composé polycylique, non condensé, partiellement aromatique,
partiellement hétérocyclique, tel que par exemple, la cyclohexylpyridine.
5 Dans le procédé de l'invention, on met en oeuvre préférentiellement un
composé aromatique de formule (I) dans laquelle A représente un noyau
benzénique ou naphtalénique.
Le composé aromatique de formule (I) peut être porteur d'un ou plusieurs
substituants.
Le nombre de substituants présents sur le cycle dépend de la condensation
en carbone du cycle et de la présence ou non d'insaturations sur le cycle.
Le nombre maximum de substituants susceptibles d'être portés par un
cycle, est aisément déterminé par l'Homme du Métier.
Dans le présent texte, on entend par "plusieurs", généralement, moins de 4
substituants sur un noyau aromatique. Des exemples de substituants sont
donnés ci-dessous mais cette liste ne présente pas de caractère limitatif.
Comme
mentionné précédemment, les substituants peuvent activer ou non le noyau
aromatique.
Le reste A peut être éventuellement porteur d'un ou plusieurs substituants
qui sont représentés dans la formule (I), par le symbole R et dont les
significations préférées sont définies ci-après
- le ou les radicaux R représentent l'un des groupes suivants
. un atome d'hydrogène,
. un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de
préférence de 1 à 4 atomes de carbone, tel que méthyle, éthyle, propyle,
isopropyle, butyle, isobutyle, sec-butyle, tert-butyle,
. un radical alcényle linéaire ou ramifié ayant de 2 à 6 atomes de carbone,
de préférence, de 2 à 4 atomes de carbone, tel que vinyle, allyle,
. un radical alkoxy ou thioéther linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de
carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone tel que les radicaux
méthoxy, éthoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, un radical alkényloxy, de
préférence, un radical allyloxy ou un radical phénoxy,
. un radical cyclohexyle, phényle, benzyle,
. un groupe acyle ayant de 2 à 6 atomes de carbone,
. un radical de formule
-R1-OH
-R~-SH
-R~-COOR2
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-R1-CHO
-R 1-N02
-R1-CN
-R 1-N(R2)2
-R1-CO-N(R2)2
-R 1-X
-R1-CF3
dans lesdites formules, R1 représente un lien valentiel ou un radical
hydrocarboné divalent, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 1 à
6 atomes de carbone tel que, par exemple, méthylène, éthylène, propylène,
isopropylène, isopropylidène ; les radicaux R2 identiques ou différents
représentent un atome d'hydrogène ou un radical alkyle linéaire ou ramifié
ayant de 1 à 6 atomes de carbone ; X symbolise un atome d'halogène, de
préférence un atome de chlore, de brome ou de fluor.
Lorsque n est supérieur ou égal à 2, deux radicaux R et les 2 atomes
successifs du cycle aromatique peuvent être liés entre eux par un radical
alkylène, alcénylène ou alcénylidène ayant de 2 à 4 atomes de carbone pour
former un hétérocycle saturé, insaturé ou aromatique ayant de 5 à 7 atomes de
carbone. Un ou plusieurs atomes de carbone peuvent ëtre remplacés par un
autre hétéroatome, de préférence l'oxygène ou le soufre. Ainsi, les radicaux R
peuvent représenter un radical méthylène dioxy ou éthylène dioxy ou un radical
méthylène thio ou éthylène thio.
La présente invention s'applique tout particulièrement aux , composés
aromatiques répondant à la formule (I) dans laquelle
- le ou les radicaux R représentent l'un des groupes suivants
. un atome d'hydrogène
. un groupe OH,
. un radical alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone,
. un radical alcényle linéaire ou ramifié ayant de 2 à 6 atomes de carbone,
. un radical alkoxy linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone,
. un groupe -CHO,
. un groupe acyle ayant de 2 à 6 atomes de carbone,
. un groupe -COOR2 où R2 a la signification donnée précédemment,
. un groupe -N02,
. un groupe -NH2,
. un atome d'halogène, de préférence, de fluor, de chlore, de brome,
. un groupe -CF3.
- n est un nombre égal à 0, 1, 2 ou 3.
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Parmi les composés de formule (I), on met en oeuvre plus particulièrement
ceux répondant aux formules suivantes
- un composé carbocycfique aromatique monocyclique ou polycyclique avec
des cycles pouvant former entre eux un système orthocondensé répondant à la
formule (la)
(R)n (R)~
w ~m
(la)
dans ladite formule (la), m représente un nombre égal à 0, 1 ou 2 et les
symboles
R, identiques ou différents et n, ayant la signification donnée précédemment,
- un composé constitué par un enchaînement de deux ou plusieurs
carbocycles aromatiques monocycliques répondant à la formule (Ib)
(R)~ ~ ~ (R)n
" B
(Ib)
dans ladite formule (Ib), les symboles R, identiques ou différents et n, ont
la
signification donnée précédemment, p est un nombre égal à 0, 1, 2 ou 3 et B
représente
- un lien valentiel
- un radical alkylène ou alkylidène ayant de 1 à 4 atomes de carbone, de
préférence, un radical méthylène ou isopropylidène,
- l'un des groupes suivants
-O- , -CO- , -COO- , -OCOO-
-S- , -SO- , -S02- ,
-N-, -CO-N-,
I I
RO RO
dans ces formules, RO représente un atome d'hydrogène ou un radical
alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical cyclohexyle ou
phényle.
Les composés de formule (I) mis en oeuvre préférentiellement répondent
aux formules (la) et (Ib) dans lesquelles
- R représente un atome d'hydrogène, un groupe hydroxyle, un groupe thiol,
un groupe _CHO, un groupe -N02, un groupe -NH2, un radical alkyle ou
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alkoxy linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de préférence,
de 1 à 4 atomes de carbone ou un atome d'halogène,
- B symbolise un lien valentiel, un radical alkylène ou alkylidène ayant de 1
à 4 atomes de carbone ou un atome d'oxygène,
- m est égal à 0 ou 1,
- n est égal à 0, 1 ou 2,
-pestégalà0oul.
Encore plus préférentiellement, on choisit les composés de formule (I) dans
laquelle R représente un atome d'hydrogène, un groupe hydroxyle, un radical
méthyle, un radical méthoxy ou un atome d'halogène.
A titre illustratif de composés répondant à la formule (I), on peut mentionner
plus particulièrement
- des composés aromatiques halogénés ou non tels que le benzène, le
toluène, le chlorobenzène, l'iodobenzène, les dichlorobenzènes, les
trichlorobenzènes, le fluorobenzène, ies difluorobenzènes, les
chlorofluorobenzènes, les chlorotoluènes, les fluorotoluènes, le
bromobenzène, les dibromobenzènes, les bromofluorobenzènes, les
bromochlorobenzènes, le trifluorométhylbenzène, le
trifluorométhoxybenzène, le trichlorométhyl-benzène, le
trichlorométhoxybenzène, le trifluorométhylthiobenzène,
- des composés aromatiques aminés ou nitrés tels que l'aniline et le
nitrobenzène,
- des composés phénoliques tels que le phénol, l'o-crésol, le gaïacol, le
fluorophénol, l'a-naphtol, le (3-naphtol,
- des monoéthers tels que l'an isole, l'éthoxybenzène (phénétole), le
butoxybenzène, l'isobutoxybenzène, le 2-chloroanisole, le 3-chloroanisole, le
2-bromoanisole, le 3-bromoanisole, le 2-méthylanisole, le 3-méthylanisole, le
2-éthylanisole, le 3-éthylanisoie, le 2-isopropylanisole, le 3-
isopropylanisole,
le 2-propylanisole, le 3-propylanisole, le 2-allylanisole, le 2-butylanisole,
le 3-
butylanisole, le 2-tert-butylanisole, le 3-tert-butylanisole, le 2-
benzyianisole,
le 2-cyclohexylanisole, le 1-bromo-2-éthoxybenzène, le 1-bromo-3
éthoxybenzène, le 1-chloro-2-éthoxybenzène, le 1-chloro-3-éthoxybenzène,
le 1-éthoxy-2-éthylbenzène, le 1-éthoxy-3-éthylbenzène, le 2,3
diméthylanisole, le 2,5-diméthylanisole, le 1-méthoxynaphtalène, le 2
méthoxynaphtalène,
- des diéthers comme le vératrole, le 1,3-diméthoxybenzène, le 1,2-
diéthoxybenzène, le 1,3-diéthoxybenzène, le 1,2-dipropoxybenzène, le 1,3-
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dipropoxybenzène, le 1,2-méthylènedioxybenzène, le 1,2-èthylène-
dioxybenzène,
- des triéthers comme le 1,2,3-triméthoxybenzène, le 1,3,5-triméthoxybenzène,
le 1,3,5-triéthoxybenzène,
- des thioéthers tels que le thioanisole, l'o-thiocrésol, le m-thiocrésol, le
p-
thiocrésol, le 2-thioéthylnaphtalène, le S-phénylthioacétate, le 3-
(méthylmercapto)aniline, le phénylthiopropionate.
Les composés auxquels s'applique de manière plus particulièrement
intéressante le procédé selon l'invention sont le benzène, le toluène, les
mono-
et dichlorobenzènes, le fluorobenzène, l'iodobenzène, le phénol, le
fluorophénol,
l'anisole, le vératrole, le 1-méthoxynaphtalène, le 2-méthoxynaphtalène.
Pour ce qui est du réactif d'acylation, on fait appel aux acides carboxyliques
et leurs dérivés, halogénures ou anhydrides, de préférence, anhydrides.
En ce qui concerne l'agent de sulfonylation, on met en oeuvre plus
particulièrement les halogénures ou les anhydrides de sulfonyle ou
d'aminosulfonyle.
Les réactifs d'acylation ou de sulfonylation répondent plus particulièrement
aux formules suivantes
O
Rs X. Rs~S~ iX,
II
O (I!) ou O (111)
. dans les formules (I!) ou (III)
- R3 représente un radical aliphatique saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié
ayant de 1 à 24 atomes de carbone ; un radical cycloaliphatique, saturé,
insaturé ou aromatique, monocyclique ou polycyclique, ayant de 4 à 12
atomes de carbone ; un radical aliphatique saturé ou insaturé, linéaire ou
ramifié, porteur d'un substituant cyclique,
X' représente un atome d'halogène, de préférence un atome de chlore ou de
brome,
. dans la formule (II)
- X' représente un radical -O-CO-R4 avec R4, identique ou différent de R3,
ayant la même signification que R3,
. dans la formule (III)
- X' représente un radical -O-S02-R4 avec R4, identique ou différent de Rg,
ayant la même signification que R3,
- Rg représente
. un radical alkoxy R5-O- avec R5 ayant la même signification que R3,
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. un groupe amino (R~)(R~)-N- avec R6, identique ou différent de R~, ayant la
même signification que R3.
Par substituant cyclique, on entend de préférence, un cycle carbocyclique
saturé, insaturé ou aromatique, de préférence cycloaliphatique ou aromatique
5 notamment cycloaliphatique comprenant 6 atomes de carbone dans le cycle ou
benzénique.
Plus préférentiellement, R3 représente un radical alkyle linéaire ou ramifié
ayant de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 6 atomes de carbone
la chaîne hydrocarbonée pouvant être éventuellement interrompue par un
10 hétéroatome (par exemple, l'oxygène), par un groupe fonctionnel (par
exemple
_CO_) etlou porteuse d'un substituant (par exemple, un halogène ou un groupe
CF3).
R3 représente de préférence un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de
carbone, tel que méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, sec
butyle, tert-butyle.
Le radical R3 représente également d'une manière préférentielle un radical
phényle qui peut être éventuellement substitué. II est nécessaire que ce
radical
soit plus désactivé que le composé aromatique car dans le cas contraire, on
assisterait à l'acylation de l'agent d'acylation lui-même.
Comme exemples plus particuliers de substituants, on peut citer,
notamment
. un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de
préférence de 1 à 4 atomes de carbone, tei que méthyle, éthyle, propyle,
isopropyle, butyle, isobutyle, sec-butyle, tert-butyle,
. un radical alkoxy linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de
préférence de 1 à 4 atomes de carbone tel que les radicaux méthoxy,
éthoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, sec-butoxy, tert-butoxy,
. un groupe hydroxyle,
. un atome d'halogène, de préférence un atome de fluor, chlore ou brome.
Les agents d'acylation préférés répondent à la formule (II) dans laquelle X'
représente un atome de chlore et R3 représente un radical méthyle ou éthyle.
Lorsque l'agent d'acylation est un anhydride d'acide, les composés préférés
répondent à la formule (II) dans laquelle R3 et R4 sont identiques et
représentent
un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone.
Pour ce qui est des agents de sulfonylation, ils répondent préférentiellement
à la formule (III) dans laquelle X' représente un atome de chlore ou un
radical -O-
S02-R4 dans lequel R4 représente un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de
carbone et Rg représente un radical phényle ou naphtyle ou un radical R5-O- ou
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(Rg)(R~)-N- dans lequel R5, Rg, et R~ représentent un radical alkyle linéaire
ou
ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone.
A titre illustratif d'agents d'acylation répondant à la formule (II), on peut
citer
plus particulièrement
- le chlorure d'acétyle,
- le bromure d'acétyle,
- le chlorure de monochloroacétyle,
- le chlorure de dichloroacétyle,
- le chlorure de propanoyle,
- le chlorure d'isobutanoyle,
le chlorure de pivaloyle,
le chlorure de stéaroyle,
- le chlorure de crotonyle,
- le chlorure de benzoyle,
- les chlorures de chlorobenzoyle,
- le chlorure de p-nitrobenzoyle
- le chlorure d'o-nitrobenzoyle
- les chlorures de méthoxybenzoyle,
- les chlorures de naphtoyle,
- l'anhydride acétique,
- l'anhydride isobutyrique,
- l'anhydride trifluoroacétique,
- l'anhydride benzoïque.
Comme exemples d'agents de sulfonylation répondant à la formule générale (ll),
on peut mentionner entre autres
- le chlorure de benzènesulfonyle,
- le chlorure de p-chlorobenzènesulfonyle,
- le chlorure de fluorobenzènesulfonyle,
- le chlorure de nitrobenzènesulfonyle,
- le chlorure de méthoxybenzènesulfonyle,
- le chlorure de tosyle,
- le chlorure de diméthylsulfamoyle,
- le chlorure de méthoxysulfonyle,
- l'anhydride benzènesulfonique,
- l'anhydride p-toluènesulfonique.
Conformément au procédé de l'invention, on effectue la réaction d'acylation
ou de sulfonylation d'un composé aromatique en présence d'un catalyseur, sous
irradiation de micro-ondes.
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Une caractéristique essentielle de l'invention consiste à faire réagir le
substrat et l'agent d'acylation ou de sulfonylation, sous l'action de micro-
ondes.
L'exposition du milieu réactionnel à l'action de micro-ondes permet d'activer
le milieu, de manière comparable à la température au sein même de ce dernier.
II
est apparu que cette activation procure une amélioration remarquable de la
cinétique de réaction.
Selon la puissance appliquée, le temps de réaction peut varier notamment
de 30 s à 1 h, en particulier de 1 à 30 min.
II est difficile de définir une température d'un milieu pendant l'exposition
au
micro-ondes. On peut toutefois indiquer que la température à la surface du
milieu
réactionnel est avantageusement comprise 60°C et 350°C, de
préférence entre
100°C et 200°C.
L'exposition du milieu réactionnel aux micro-ondes est avantageusement
telle que le milieu soit soumis au rayonnement avec une énergie au moins égale
à 10 W, de préférence, comprise entre 30 et 300 W.
Lorsqu'une des molécules à irradier est volatile, il est préconisé que
l'énergie incidente soit avantageusement comprise entre 30 et 100 W.
La fréquence des micro-ondes utilisable est comprise entre environ
100 MHz et environ 10 GHz, avantageusement entre environ 300 MHz et 3 GHz.
La longueur d'onde des micro-ondes utilisable est généralement comprise
entre 10 cm et 1 m dans l'air.
L'exposition aux micro-ondes peut se faire de manière continue, discontinue
ou séquentielle avec des séquences par exemple de 15 s à 1 min.
Le catalyseur intervenant dans le procédé de l'invention est un catalyseur
de type Friedel-Crafts.
Une première classe de catalyseurs convenant à l'invention sont les acides
de Lewis.
Comme exemples de sels organiques, on peut citer notamment l'acétate, le
propionate, le benzoate, le méthanesulfonate, le trifluorométhanesulfonate des
éléments métalliques ou métalloïdiques des groupes (llla), (IVa), (V111),
(Ilb),
(Illb), (IVb), (Vb) et (Vlb) de la classification périodique des éléments.
En ce qui concerne les sels inorganiques, on peut citer les chlorure,
bromure, iodure, sulfate, oxyde et produits analogues des éléments métalliques
ou métalfoïdiques des groupes (IVa), (VIII), (Ilb), (Illb), (IVb), (Vb) et
(Vlb) de la
classification périodique des éléments.
Dans le présent texte, on se réfère ci-après à la Classification périodique
des éléments publiée dans le Bulletin de la Société Chimique de France,
n°1
(1966).
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Les sels mis en oeuvre dans le procédé de l'invention sont plus
particulièrement ceux des éléments du groupe (Illa) de la classification
périodique de préférence, le scandium, l'yttrium et les lanthanides ; du
groupe
(IVa) de préférence, le titane, le zirconium ; du groupe (VIII) de préférence,
le
fer ; du groupe (Ilb) de préférence, le zinc ; du groupe (Illb) de préférence,
le
bore, l'aluminium, le gallium, l'indium ; du groupe (IVb) de préférence,
l'étain ; du
groupe (Vb) de préférence, le bismuth ; du groupe (Vlb) de préférence, le
tellure.
Parmi les sels inorganiques, on peut citer les halogénures métalliques et
préférentiellement le chlorure de zirconium, le chlorure ferrique, le chlorure
de
zinc, le chlorure d'aluminium, le bromure d'aluminium, le chlorure de gallium,
le
chlorure d'indium, le chlorure stannique, le chlorure de bismuth, le
trifiuorure de
bore ; l'oxyde ferreux, l'oxyde ferrique, l'oxyde de gallium ;
II est possible de générer un halogénure in situ et donc, mettre en oeuvre
tout composé des éléments précités dans la mesure où il est associé à une
source d'halogène.
Ainsi, on peut faire appel au métal ou sous n'importe quelle forme. On peut
les apporter sous forme de métal ou d'oxyde ou sous forme saline, sel simple
ou
double, minéral ou organique.
Comme mentionné précédemment, les éléments précités peuvent être
apportés sous forme d'un métal ou sous forme d'un oxyde ou d'un hydroxyde. II
est possible de faire appel à un sel minéral de préférence, nitrate, sulfate,
oxysulfate, halogénure, oxyhalogénure, silicate, carbonate, oxalate ou à un
sel
organique de préférence, acétylacétonate ; alcoolate et encore plus
préférentiellement méthylate ou éthylate ; carboxylate et encore plus
préférentiellement acétate.
En ce qui concerne la source d'halogène, on peut faire appel à tout
composé susceptible d'apporter des ions halogène permettant de générer in situ
l'halogénure métallique ou métalloïdique.
Comme exemples de sources d'halogène, on peut faire appel à l'halogène
sous forme moléculaire ; à tout halogénure d'acide minéral ou organique, et
plus
particulièrement des acides carboxyliques aliphatiques ; à tout sel métallique
ou
métalloïdique, minéral ou organique susceptible de générer une forme
halogénée.
Comme exemples plus spécifiques, on peut mentionner entre autres, le
chlore ou le brome : l'acide chlorhydrique, l'acide bromhydrique ; ie chlorure
d'acétyle ; fe chlorure de silicium SiCl4, les halogénosilanes tels que
MegSiCl,
Me2SiCl2,~ MeSiClg, PhMe2SiCl, le chlorure de phosphore PC13, le chlorure de
soufre SC12.
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En ce qui concerne les sels organiques, on met en oeuvre
préférentiellement les sels de terres rares et/ou de bismuth de l'acide
trifluorométhanesulfonique dénommé couramment "acide triflique".
Par "terre rare", on entend les lanthanides ayant un numéro atomique de 57
à 71 et l'yttrium ainsi que le scandium.
Concernant le triflate de terre rare mis en oeuvre comme catalyseur, il s'agit
plus particulièrement d'une terre rare choisie parmi les lanthanides,
l'yttrium le
scandium et leurs mélanges, de préférence les lanthanides tels que le
lanthane,
le cérium, le praséodyme, le néodyme, le samarium, l'europium, le gadolinium,
le
terbium, le dysprosium, l'holmium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium et le
lutécium et
leurs mélanges.
Dans le procédé de l'invention, on envisage plus particulièrement les terres
rares suivantes : le lanthane, l'ytterbium, le lutécium et/ou le scandium.
Les triflates de terres rares sont des produits connus qui sont décrits dans
la littérature, notamment dans US-A-3 615 169. Ils sont généralement obtenus
par réaction de l'oxyde de terre rare et de l'acide
trifluorométhanesulfonique.
Les sels de bismuth de l'acide triflique décrits dans la demande de brevet
PCTlFR96/01488 peuvent être également mis en oeuvre dans le procédé de
l'invention.
Une autre classe de catalyseurs convenant à l'invention sont les acides de
Brénsted et l'on peut mentionner plus particulièrement l'acide sulfurique,
l'acide
fluorhydrique, l'acide chlorhydrique, les acides phosphoriques et ies acides
polyphosphoriques, les acides sulfoniques et notamment l'acide
trifiuorométhanesulfonique, l'acide perfluorosulfonique, l'acide
trifluorosulfonique.
Dans le procédé de l'invention, on peut mettre en oeuvre un catalyseur
massique tel que précité.
Selon une autre variante de mise en oeuvre, on peut utiliser un catalyseur
sous forme supportée. A cet effet, le support peut être choisi parmi les
oxydes de
métaux, tels que les oxydes d'aluminium, de silicium et/ou de zirconium, les
argiles et plus particulièrement, le kaolin, le talc ou la montmorillonite ou
encore
parmi les charbons éventuellement activés par un traitement bien connu à
l'acide
nitrique, le noir d'acétylène, ou les résines.
Le support peut être sous une forme quelconque, par exemple, poudre,
billes, granulés, extrudés...
Dans la description, on désignera par "catalyseur", aussi bien le catalyseur
massique que le catalyseur supporté préparé selon des techniques connues de
l'Homme du métier.
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Dans le catalyseur, la teneur en phase active représente de 5 à 100 ~o du
poids du catalyseur.
Conformément au procédé de l'invention, la réaction entre le composé
aromatique et l'agent d'acylation ou de sulfonylation , est conduite en phase
5 liquide, en présence ou en l'absence d'un solvant organique : l'un des
réactifs
pouvant être utilisé comme solvant réactionnel.
Une variante préférée du procédé de l'invention consiste à conduire la
réaction dans un solvant organique.
Plusieurs impératifs président au choix du solvant.
10 ~e solvant est choisi de telle sorte qu'il n'absorbe pas les micro-ondes.
II doit être inerte dans les conditions de l'invention, et présenter un point
d'ébullition supérieur à la température de la réaction.
II est souhaitable que le solvant soit anhydre.
On fait appel de préférence, à un solvant organique, aprotique et peu
15 polaire.
Comme exemples de solvants convenant à la présente invention, on peut
citer en particulier les hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques, halogénés
ou
non.
A titre d'exemples d'hydrocarbures aliphatiques, on peut citer plus
particulièrement les paraffines tels que notamment, l'hexane, l'heptane,
l'octane,
le nonane, le décape, le undécane, le dodécane, le tétradécane ou le
cyclohexane et les hydrocarbures aromatiques et plus particulièrement les
hydrocarbures aromatiques comme notamment le benzène, le toluène, les
xylènes, le cumène, les coupes pétrolières constituées de mélange
d'alkylbenzènes notamment les coupes de type Solvesso~.
En ce qui concerne les hydrocarbures halogénés aliphatiques ou
aromatiques, on peut mentionner plus particulièrement, les hydrocarbures
perchlorés tels que notamment le tétrachlorométhane, le tétrachloroéthylène,
l'hexachloroéthane ; les hydrocarbures partiellement chlorés tels que le
dichlorométhane, le chloroforme, le 1,2-dichloroéthane, le 1,1,1-
trichloroéthane,
le 1,1,2,2-tétrachloroéthane, le pentachloroéthane, le trichloroéthylène, le 1-
chlorobutane, le 1,2-dichlorobutane ; le monochlorobenzène, le 1,2-
dich lorobenzène, le 1,3-dichlorobenzène, le 1,4-dichlorobenzène , le 1,2,4-
trichlorobenzène ou des mélanges de différents chlorobenzènes ; le bromoforme,
le bromoéthane ou ie 1,2-dibromoéthane ; le monobromobenzène ou des
mélanges de monobromobenzène avec un ou plusieurs dibromobenzènes ; le 1-
bromonaphtalène.
On peut également utiliser un mélange de solvants organiques.
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On préfère mettre en oeuvre un hydrocarbure halogéné ou non, lourd c'est-
à-dire ayant un point d'ébullition d'au moins 150°C.
Les solvants préférés sont : l'o- et le m-dichiorobenzène.
Dans une première étape du procédé de l'invention, on effectue l'acylation
ou la sulfonylation du composé aromatique. Dans une étape suivante, on conduit
l'hydrolyse de la masse réactionnelle obtenue.
Le rapport entre le nombre de moles de composé aromatique et le nombre
de moles d'agent d'acylation ou de sulfonylation peut varier car le substrat
peut
servir de solvant réactionnel. Ainsi, le rapport peut aller de 0,1 à 10, de
préférence entre 1,0 et 4,0.
La quantité de catalyseur mis en oeuvre est déterminée de telle sorte que le
rapport entre le nombre de moles de catalyseur et le nombre de moles d'agent
d'acylation ou de sulfonylation est, de préférence, inférieur à 1,0 et varie,
de
préférence, entre 0,001 et 0,8, et encore plus préférentiellement entre 0,02
et
0,2.
Pour ce qui est de la quantité de solvant organique mis en oeuvre, elle est
choisie généralement de telle sorte que le rapport entre le nombre de moles de
solvant organique et le nombre de moles de composé aromatique varie, de
préférence, entre 0 et 100 et encore plus préférentiellement entre 0 et 50.
La température à laquelle est mise en oeuvre la réaction d'acylation ou de
sulfonylation dépend de la puissance du rayonnement micro-ondes.
Généralement, la réaction est conduite à pression atmosphérique mais des
pressions plus faibles ou plus élevées peuvent également convenir.
D'un point de vue pratique, il n'y a pas de contraintes au niveau de la mise
en oeuvre des réactifs. Ils peuvent être introduits dans un ordre quelconque.
Après mise en contact des réactifs, on soumet le mélange réactionnel au
champ de micro-ondes.
L'application des micro-ondes au milieu réactionnel peut se faire par tout
moyen connu en soi.
Avantageusement, l'applicateur de micro-ondes se présente sous la forme
d'une cavité (réacteur) renfermant le milieu réactionnel. On peut également
disposer à l'intérieur du réacteur des éléments internes fortement dissipatifs
sous
rayonnement de micro-ondes et transmettant l'énergie au milieu réactionnel.
La géométrie du dispositif sera avantageusement définie en fonction des
caractéristiques de dissipation de l'énergie par le milieu réactionnel.
De préférence, on excitera un seul mode d'onde pour maîtriser au mieux la
dissipation d'énergie. On préférera alors des réacteurs conçus pour des
procédés en continu dont la géométrie simple (le plus souvent cylindrique) est
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adaptée à la transmission monomode des ondes. Ces réacteurs continus peuvent
fonctionner avec un recyclage du milieu réactionnel.
L'application peut notamment se présenter sous la forme d'un réacteur
tubulaire disposé parallèlement à un guide d'ondes à fentes rayonnantes.
Néanmoins, des réacteurs de type "batch" pour procédés discontinus
peuvent également être utilisés pour exposer le milieu réactionnel aux micro-
ondes en monomode. L'homogénéité thermique du milieu réactionnel est
avantageusement assurée par la rotation du réacteur et/ou par l'agitation du
milieu à contre sens par un agitateur en verre à pales.
L'exposition aux micro-ondes pourra éventuellement ëtre couplée à un
mode de chauffage classique.
Après l'irradiation, dans une étape suivante du procédé de l'invention, on
effectue un traitement d'hydrolyse de la masse réactionnelle obtenue.
La quantité d'eau mise en oeuvre peut varier très largement. Le rapport
entre le nombre de moles d'eau et le nombre de moles de composé aromatique
peut varier, entre 10 et 100, et de préférence entre 20 et 30.
A cet effet, un mode préféré de réalisation de cette opération consiste à
ajouter la masse réactionnelle sur un pied d'eau portée à une température
comprise entre 0°C et 100°C, de préférence entre 15°C et
30°C.
Une variante de l'invention consiste à remplacer l'eau par une solution
basique, généralement de soude, carbonate ou hydrogénocarbonate de sodium
ayant une concentration de 5 à 20 % en poids.
On sépare le catalyseur, de préférence par filtration. Le catalyseur peut ëtre
recyclé après séchage.
En fin de réaction, on récupère le produit désiré à savoir la cétone ou la
sulfone aromatique en phase organique.
On sépare les phases aqueuse et organique.
On lave une ou plusieurs fois, la phase organique, de préférence 2 fois,
avec l'eau.
On sépare les phases aqueuse et organique.
On récupëre ensuite la cétone ou Ia sulfone aromatique à partir de la phase
organique selon les techniques connues, par élimination du solvant organique
par distillation ou par cristallisation.
Une autre variante de l'invention consiste à récupérer la cétone aromatique,
directement, par distillation de la phase organique comprenant celle-ci et le
catalyseur.
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Conformément au procédé de l'invention, on obtient une cétone aromatique
qui peut être représentée par la formule (IV)
(R)n CO-R3
(IV)
dans ladite formule (IV), A, R, R3 et n ont la signification donnée
précédemment.
On peut également obtenir selon le procédé de l'invention à une sulfone
aromatique répondant à la formule (V)
(R)~ ~ S02 R3
(V)
dans ladite formule (V), A, R, R3 et n ont la signification donnée
précédemment.
Les exemples qui suivent, illustrent l'invention sans toutefois la limiter.
Dans les exemples, les rendements mentionnés correspondent à la
définition suivante
nombre de moles de cétone aromatique formées
Rendement =
nombre de moles de réactant minoritaire
On entend par "réactant minoritaire", soit le substrat aromatique, soit
l'agent
d'acylation ou de sulfonylation , selon les quantités relatives de chacun
introduites.
xemales
Dans les exemples, les réactions sont effectuées dans un four Synthewave~
402-230V commercialisé par la Société Prolabo, sous irradiation micro-onde
monomode (TEto), à la fréquence de 2,45 GHz.
Le matras utilisé est celui fourni par la Société Prolabo, indifféremment en
quartz ou en verre borosilicaté.
Le four est muni d'un système de rotation du matras, et d'un réfrigérant ou
d'un doigt froid contenant un fluide à basse température, selon le point
d'ébullition des produits à condenser, et d'un tube à desséchant (chlorure de
calcium par exemple).
Les réactions sont conduites sous la pression atmosphérique.
Le mélange réactionnel est chauffé sous irradiation micro-onde, à une
puissance déterminée, soit de manière continue, soit de manière discontinue.
La
puissance rapportée dans le texte et dans les tableaux est la puissance
incidente
fournie par le magnétron, et indiquée par le watt-mètre du Synthewave. Les
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essais comparatifs d'un même groupe d'exemples ont été effectués avec les
mêmes quantités de réactants. On pourra pour chaque groupe d'exemples,
évaluer la puissance du rayonnement absorbé par unité de volume du milieu
réactionnel.
Après refroidissement de la masse réactionnelle, celle-ci est traitée par une
solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 10 % en poids.
La phase organique est extraite à l'aide d'un solvant approprié (tel que par
exemple l'éther éthylique), séparée de la phase aqueuse et séchée sur sulfate
de
sodium.
Après évaporation du solvant, le produit de la réaction est analysé par
chromatographie en phase gazeuse GC/spectrométrie de masse MS (Hewlett-
Packard GC 5890-MS 5989) et pâr résonance magnétique nucléaire RMN
(Bruker AC 80 et AM 300).
On réalise les purifications par chromatographie sur colonne de gel de
silice.
II est à noter que ies températures précisées dans les exemples, sont
évaluées à l'aide d'un pyromètre infra-rouge incorporé à l'appareillage et
couplé
à un enregistreur qui permet de visualiser les variations de température, sous
irradiation micro-onde.
Les températures mesurées sont donc des températures de surface.
Les températures de coeur du milieu réactionnel mesurées immédiatement
après la fin d'une irradiation, à l'aide d'un thermocouple, sont voisines dans
la
mesure où le milieu réactionnel est soumis à agitation. Dans le cas contraire,
la
température de coeur peut dépasser ia température affichée par le thermomètre
infra-rouge de 10 à 30°C.
,~xem~PS 1 à 11
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'uri tube à CaCl2, on charge
- 4,32 g (40 mmol) d'anisole,
- 1,40 g (10 mmol) de chlorure de benzoyle,
- 10 % molaire, exprimé par rapport au chlorure de benzoyle d'un catalyseur
dont la nature est précisée dans le tableau suivant I.
Le mélange réactionnel est chauffé sous irradiation micro-onde pendant
1 minute avec une puissance de 300 W.
En fin de réaction, la température du mélange réactionnel est mesurée à
l'aide d'un thermocouple et consignée dans le tableau suivant.
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Après refroidissement, la masse réactionnelle est hydrolysée par une
solution d'hydroxyde de sodium à 10 %. La phase organique est extraite à
l'éther,
séparée de la phase aqueuse et séchée sur sulfate de sodium.
Le solvant est évaporé puis les produits sont analysés par GC, GC/MS et
5 RMN.
Les rendements en méthoxybenzophénone sont exprimés par rapport à une
référence interne (dodécane) et sont relatifs au réactant minoritaire
(PhCOCI).
10
N ex. Nature du Temprature Rendement Isomres
catalyseur de (%)
fin de raction ara/ortho
(C)
1 FeCl3 160 86 9416
2 AIC13 157 85 93/7
3 G aC l3 167 87 94/6
4 BiCl3 157 70 92/8
5 ZrCl4 153 77 95/5
6 InCl3 168 76 94/6
7 ZnCl2 142 66 93/7
8 SnC12,2H20 147 43 93/7
9 Fe203 164 78 93/7
10 Fe304 162 89 9317
11 Ga203 164 88 94/6
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iples 12 à 16
On reproduit les exemples 1 à 11 à la différence que l'on charge
- 4,32 g (40 mmol) d'anisole,
- 1,40 g (10 mmol) de chlorure de benzoyle,
- 2 % molaire, exprimé par rapport au chlorure de benzoyle d'un catalyseur
dont la nature est précisée dans le tableau suivant II.
N ex. Nature du Temprature Rendement isomres
catalyseur de (%) (%)
fin de raction ara/ortho
(C)
12 Ce(OTf)3 132 12 9/91
13 Yb(OTf)3 133 33 7/93
14 Sc(OTf)g 136 35 8/92
Sn(OTf)3 139 44 10/90
16 Bi(OTf)g 143 64 9191
Exemples 17 à 21
On opère selon le mode opératoire des exemples 1 à 11, sauf que l'on
change la nature de l'agent d'acylation et les conditions d'irradiation.
Le rapport molaire entre les deux réactants est indiqué dans le tableau
suivant et est tel que le volume réactionnel total soit de 5 ml.
La température maximum observée au cours des différents créneaux est
mesurée à l'aide d'un thermomètre infra-rouge.
Les rendements en cétone aromatique sont exprimés par rapport au
réactant minoritaire. L'isomère para est majoritaire (96 à 99 %) devant
l'isomère
ortho.
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N Rapport Nature % molaire Nature de Conditions Rende-
du :
ex. molaire catalyseurdu l'agent puissance ; ment
anisole catalyseurd'acylation Tmax ; temps
:
agent par rapport d'irradiation
d'ac lation l'anisole Ot*
17 1 : 1 FeCl3 5 Chlorure 60 W ; 87C 77
;
d'isobutano 8 x 15 s ;
le 45 s
18 1 : 2 FeCl3 10 Chlorure 60 W ; 93C 68
;
d'act le 16x15s;45s
19 1 : 2 Fe304 3 Chlorure 60 W ; 84C 40
;
d'act ie 32 x 15 s ;
45 s
20 1 : 2 Fe304 3 Bromure 60 W ; 87C 37
;
d'act le 32 x 15 s ;
45 s
21 1 : 2 FeCl3 10 Anhydride 300 W ;158C 90
;
acti ue 12x15s;45s
* Intervalle entre deux irradiations successives.
Fxem~les 22 à 30
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 3,68 g (40 mmol) de toluène,
1,40 g (10 mmol) de chlorure de benzoyle,
- x % molaire exprimé par rapport au chlorure de benzoyle d'un catalyseur
dont ia nature est précisée dans le tableau suivant.
Les conditions d'irradiation sont mentionnées dans le tableau IV.
La température maximum observée est, dans ces exemples, mesurée par
thermocouple.
Après traitement selon l'exemple 1, les produits organiques sont analysés
par GC, GCIMS et RMN.
Les rendements en méthylbenzophénone sont exprimés par rapport au
chlorure de benzoyle. L'isomère para est majoritaire (81 à 90 %) devant
l'isomère
ortho (8 à 16 %) et l'isomère méta (0 à 5 %).
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Tableau IV
N ex. Nature du % molaire du Conditions : Rendement
catalyseur catalyseur puissance ; Tmax (~)
par ;
rapport l'agenttemps d'irradiation
d'ac lation Ot*
22 FeCl3 10 120 W ; 118C ; 36
1 min ; irr. continue
23 FeCl3 5 300 W ; 121 C ; 90
15x20s; 1 min40s
24 GaCI3 10 120 W ; 116C ; 29
1 min ; irr. continue
25 GaCl3 10 120 W ; 125C ; 50
10 x 1 min ; 1 min
26 AIC13 10 120 W ; 117C ; 8
1 min ; irr. continue
27 AIC13 10 300 W ; 119C ; 12
15x20s;40s
28 AICIs 40 300 W ; 122C ; 43
15x20s;40s
29 ZrCl4 10 120 W ; 111 C ; 11
1 min ; irr. continue
30 ZrCl4 10 120 W ; 117C ; 21
10x1min;30s
* Intervalle entre deux irradiations successives.
Exem_i les s 31
On opère selon le mode opératoire des exemples 22 à 30, sauf que l'on
change le volume réactionnel (5 ml, comme pour ies exemples 17 à 21 ) en
gardant toujours le même rapport molaire (4 : 1 ) entre le toluène et le
chlorure de
benzoyle.
Les résultats obtenus sont les suivants
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N ex. Nature du % molaire du Conditions : Rendement
catalyseur catalyseur puissance : Tmax (%)
par ;
rapport l'agenttemps d'irradiation
d'ac lation Ot*
31 Fe304 10 300 W ; 93C ; 4fi
18x20s;40s
* Intervalle entre deux irradiations successives.
Fx~DI .S '~~? à 35
Dans ces exemples, on met en évidence l'activation sous champ micro-onde
de réactions d'acylation de substrat aromatique non activé tel que le benzène.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 40 mmol de benzène,
- 10 mmol d'agent d'acylation,
- x % molaire exprimé par rapport à l'agent d'acylation d'un catalyseur dont
la nature est précisée dans le tableau suivant VI.
Le mélange réactionnel est chauffé sous champ micro-onde selon une
durée mentionnée dans le tableau.
Après traitement selon l'exemple 1 (solvant d'extraction : CH2C12) et
élimination du benzène, les produits organiques sont analysés par GC, GC/MS et
RMN.
Les rendements en cétone aromatique sont exprimés en produit isolé et
sont relatifs au réactant minoritaire (RCOCI).
Dans le cas de l'exemple 33, le rapport molaire entre le benzène et le
chlorure de benzoyle n'est que de 2 : 1.
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N ex. Nature % molaire Nature de Conditions : Rendement
du du
catalyseurcatalyseur l'agent puissance, Tmax (%)
par
rapport d'acylationtemps irradiation
;
l'agent ~t*
d'ac lation
32 GaCl3 10 Chlorure 120 W ; 96C ; 17
de
benzo le 10 x 1 min ;
1 min
33 FeCl3 8 Chlorure 300 W ; 135C 61
de ;
benzo le 25 x 15 s ; 45
s
34 FeCl3 8 Chlorure 300 W ; 109C 75
de ;
4-nitro- 4 x 1 min ; 1
min
benzoyle + 10 x 30 s ;
30 s
+12x15s;45s
FeCl3 5 Chlorure 300 w ; 127C 83
de ;
2-chloro- 3 x 1 min ; 1
min
benzoyle + 10 x 30 s ;
30 s
+12x15s;45s
* Intervalle entre deux irradiations successives.
- Dans fes exemples 34 et 35, trois séquences successives d'irradiation ont
été
5 effectuées.
Exemples 36 à 38
Dans ces exemples, on met en évidence l'activation sous champ micro-onde
de réactions d'acylation de substrat aromatique désactivé tel que le
10 chlorobenzène.
Les conditions des exemples 32 à 35 sont reproduites.
Le substrat aromatique est le chlorobenzène dans tous les exemples avec
un rapport molaire par rapport à !'agent d'acylation de 1 : 1 pour les
exemples 36
et 37 ; de 2 : 1 pour l'exemple 38.
15 L'isomère para de la cétone aromatique obtenue est majoritaire (94 à 99 %)
devant l'isomère ortho.
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Tableau VII
N ex. Nature % molaire Nature de Conditions : Rendement
du du
catalyseurcatalyseur l'agent puissance, Tmax (%)
par
rapport d'acylationtemps irradiation
;
l'agent Ot*
d'ac lation
36 FeCl3 10 Chlorure 300 W ; 246C 62
de ;
benzo le 15 x 30 s ; 30
s
37 FeCl3 5 Chlorure 300 W ; 198C 80
de ;
4-nitro- 1 x 3 min ; 1
min
benzoyle + 8 x 30 s ;
30 s
+12x15s;45s
38 FeCl3 5 Chlorure 300 W ; 176C 85
de ;
2-chloro- 1 x 5 min ; 1
min
benzoyle + 3 x 1 min ;
1 min
+10x30s;30s
* Intervalle entre deux irradiations successives.
- Dans les exemples 37 et 38, trois séquences successives d'irradiation ont
été
efifectuées.
F_xPmlales 39 à 41
Dans ces exemples, on change la nature du substrat aromatique désactivé.
Les conditions des exemples 32 à 35 sont reproduites.
Le substrat aromatique est le fluorobenzène dans tous les exemples.
L'isomère para de la cétone aromatique obtenue est majoritaire (95 à
100 %) devant l'isomère ortho.
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N Nature % molaire Nature de Condition Rendement
ex. du du
catalyseurcatalyseur l'agent puissance, Tmax
par ;
rapport d'acylationtemps irradiation
;
l'agent Ot*
d'ac lation
39 FeCl3 10 Chlorure 300 W ; 185C 57
de ;
benzoyle 1 x 1 min ;
1 min
+2x30s;30s
+19x15s;45s
40 FeCl3 10 Chlorure 300 W ; 90C 54
de ;
4-nitro- 1 x 3 min ;
1 min
benzoyle + 2 x 2 min
; 1 min
+ 5 x 1 min
; 1 min
+12x30s;30s
41 FeCl3 10 Chlorure 300 W ; 118C 85
de ;
2-chloro- 1 x 1,5 min
; 1 min
benzoyle + 4 x 30 min
; 1 min
+22x 15s; 1
min
* Intervaüe entre deux irradiations successives.
- Dans les exemples 39 à 41, trois à quatre séquences successives
d'irradiation
ont été effectuées.
Exemples 42 à 44
Dans ces exemples, on met en évidence l'activation sous champ micro-onde
de réactions d'acylation d'un substrat aromatique fortement désactivé tel que
le
1,3-dichlororobenzène.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 20 mmol de 1,3-dichlorobenzène,
- 10 mmol de l'agent d'acylation,
- x % molaire exprimé par rapport à l'agent d'acylation d'un catalyseur dont
la nature est précisée dans le tableau suivant IX.
Les conditions des exemples 32 à 35 sont ensuite reproduites.
Dans le cas de l'exemple 44, la phase organique est analysée par
chromatographie sur colonne de Silicagel Merck 60. L'éiution au pentane permet
d'extraire le 1,3-dichlorobenzène ; la cétone attendue étant éluée à un
mélange
pentane-éther (98 : 2).
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N ex. Nature % molaire Nature de Conditions : Rendement
du du
catalyseurcatalyseur l'agent puissance ; Tmax(%)
par ;
rapport d'acylationtemps irradiation
;
l'agent ~t*
d'ac lation
42 FeCl3 10 Chlorure 300 W ; 191C 40
de ;
benzoyle 1 x 2 min ; 1
min
+13x1 min; 1
min
43 FeCi3 10 Chlorure 300 W ; 194C 59
de ;
4-nitro- 1 x 4 min ; 1
min
benzoyle. + 4 x 1 min ;
1 min
+4x30s;1 min
44 FeCl3 10 Chlorure 300 W ; 218C fi5
de ;
2-chloro- 1 x 4 min ; 1
min
benzoyle + 1 x 2 min ;
1 min
+ 3 x 1 min ;
1 min
+6x30s; 1 min
* Intervalle entre deux irradiations successives.
- Dans les exemples 42 à 44, deux à quatre séquences successives d'irradiation
ont été effectuées.
x mies 45 et 46
Dans ces exemples, on change la nature du substrat aromatique engagé.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 20 mmol de phénol (10 mmol pour le 4-fiuorophénol),
- 10 mmol de chlorure de benzoyle,
- x % molaire exprimé par rapport au chlorure de ~benzoyle d'un catalyseur
dont la nature est précisée dans le tableau suivant X.
Les conditions des exemples 32 à 35 sont alors reproduites.
Les rendements en ester formé sont exprimés en produit isolé.
Dans le cas du phénol, le traitement de la phase aqueuse par une solution
de HCI à 10 % suivi d'une extraction à l'éther conduit, après séparation de la
phase organique, à l'isolement du produit de réarrangement de Fries (2-
hydroxybenzophénone : rendement 7 %).
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N Nature Nature % molaire Conditions : Rendement
ex. du du
substrat catalyseurdu puissance ; Tmax(96)
:
aromatique catalyseurtemps irradiation
;
par rapportOt*
l'agent
d'ac lation
45 Phnol FeCl3 10 150 W ; 222C 47
;
1 x 1 min ; 1
min
+20x30s;1 min
46 4-fluoro- FeCl3 10 150 w ; 161 c 91
;
phnol 2 x 1 min ; 1
min
+18x30s;1 min
* Intervaüe entre deux irradiations successives.
- Dans les exemples 45 et 46, deux séquences successives d'irradiation ont été
effectuées.
Exemples 47 à 49
Dans ces exemples, on met en évidence l'acétylation du 2-
méthoxynaphtalène sous champ micro-onde.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 1,58 g (10 mmol) de 2-méthoxynaphtalène,
- 4,08 g (40 mmol) d'anhydride acétique,
- x % molaire exprimé par rapport au 2-méthoxynaphtalène du catalyseur
dont la nature est précisée dans le tableau suivant XI.
Les conditions d'irradiation micro-onde sont également consignées dans le
tableau. La température maximale est relevée à l'aide d'un thermocouple.
Après refroidissement, la masse réactionnelle est hydrolysée par une
solution de soude à 10 %. La phase organique est extraite au dichlorométhane
séparée de la phase aqueuse et séchée sur sulfate de sodium, puis le solvant
évaporé.
Les produits organiques sont alors extraits trois fois au pentane et une fois
à l'éther. Les phases organiques sont regroupées et concentrées.
Les rendements en cétone aromatique sont calculés par GC.
Le pourcentage des deux isomères obtenus est de 95 % pour le 1-acétyl-2-
méthoxynaphtalène et 5 % pour le 2-acétyl-6-méthoxynaphtalène après
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identification avec des échantillons purs des deux produits préparés selon S.
Pivsa-Art et al., J. Chern. Soc. Perkin Trans 1, (1994) p. 1703.
Les résultats obtenus sont les suivants
5 tableau XI
N ex. Nature % molaire du Conditions : Rendement
du
catalyseurcatalyseur par puissance ; Tmax (%)
;
rapport au 2- temps irradiation
;
mthoxy- ~t*
na htalne
47 AIC13 10 300 W ; 148C ; 4
2x1 min;30s
+4x30s;30s
48 InCl3 10 120 W ; 141 C ; 56
10x1 min;30s
49 FeCl3 10 120 W ; 155C ; 69
s -~I
6x1 min;30
* Intervalle entre deux irradiations successives.
- Dans l'exemple 47, deux séquences successives d'irradiation ont été
effectuées.
Fxem~les 50 à 52
Dans ces exemples, on met en évidence la benzoylation du 2-
méthoxynaphtalène sous champ micro-onde.
On opère selon le même mode opératoire des exemples 47 à 49 en
introduisant pour ces exemples 1,40 g (10 mmol) de chlorure de benzoyle.
Dans le cas de l'exemple 50, la phase organique est analysée par
chromatographie sur colonne de Silicagel Merck 60. L'élution à un mélange
pentane-dichlorométhane (50/50) permet d'extraire dans un premier temps le 1-
benzoyl-2-méthoxynaphtalène (1 ), puis le 2-benzoyl-6-méthoxynaphtalène (2).
Les isomères (1 ) et (2) sont identifiés par GCIMS et RMN à l'aide
d'échantillons purs préparés selon S. Pivsa-Art et al., J. Chem. Soc. Perkin
Trans
1, (1994) p. 1703.
Dans le cas des exemples 51 et 52, les rendements sont calculés par GC et
sont relatifs au réactant minoritaire.
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N ex. Nature % molaire Conditions : Rendement % isomres
du du
catalyseurcatalyseur puissance, Tmax(~) 1 /2
par
rapport temps irradiation
;
l'agent Ot*
d'ac lation
50 FeCl3 5 300 W ; 308C 63 24/76
3 min
51 InClg 5 300 W ; 330C 33 13/87
3 min
52 AIC13 10 300 W ; 306C 34 33/67
3 min
* Intervalle entre deux irradiations successives.
~,.x.Pmples 53 à 55
Dans ces exemples, on met en évidence la possibilité d'effectuer la réaction
d'acylation dans un solvant du type alcane, connu pour ne pas absorber
l'énergie
micro-onde.
On effectue la benzoylation de l'anisole dans le nonane (Eb. 151
°C).
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 10 mmol d'anisole,
- 10 mmol de chlorure de benzoyle,
- 10 % molaire ( 1 mmol) de FeCl3,
- 40 mmol de nonane.
Les conditions d'irradiation micro-onde (300 W ; 1 min) et le traitement
après réaction décrits dans les exemples 1 à 11 (Tableau I) sont reproduits.
La température finale après irradiation est de 142°C.
Le rendement en méthoxybenzophénone est de 53 % (para/ortho = 94/6).
Exemple 54
On effectue la benzoylation de l'anisole dans le undécane (Eb.
196°C),
dans les mêmes conditions que ci-dessus (exemple 53).
La température finale après irradiation est de 169°C.
Le rendement en méthoxybenzophénone est de 83 % (paralortho = 96/4).
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Exemple 55
On effectue la benzoylation du toluène dans le undécane.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 10 mmol de toluène,
- 10 mmol de chlorure de benzoyle,
- 10 % molaire (1 mmol) de FeCl3,
- 40 mmol de undécane.
Les conditions d'irradiation micro-onde (300 W ; 1 min) et le traitement
après réaction sont identiques à ceux des exemples 53 et 54.
La température finale après irradiation est de 150°C.
Le rendement en méthylbenzophénone est de 24 % (para/ortholméta
82/14/4).
FxPm~les 56 et 57
Dans ces exemples, on met en évidence la possibilité d'effectuer la réaction
d'acylation d'un aromatique activé (anisole) en présence d'un aromatique peu
activé ou désactivé servant ainsi de solvant.
Exemple 56
On effectue la benzoylation de l'anisole dans le toluène.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 20 mmol d'anisole,
- 20 mmol de toluène,
- 10 mmol de chlorure de benzoyle,
- 1 mmol de FeCl3.
Les conditions d'irradiation micro-onde (300 W ; 1 rnin) et le traitement
après réaction décrits dans les exemples 53 et 54 sont reproduits.
La température finale après irradiation est de 128°C.
Le rendement en méthoxybenzophénone (paralortho = 94/6) est de 90
par rapport au chlorure de benzoyle.
Exemple 57
On effectue la benzoylation de l'anisole dans l'o-dichlorobenzène.
Dans un matras équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on charge
- 20 mmol d'anisole,
20 mmol d'o-dichlorobenzène,
- 10 mmol de chlorure de benzoyle,
- 1 mmol de FeCl3.
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Les conditions d'irradiation micro-onde (300 W ; 1 min) et le traitement
après réaction décrits dans l'exemple 55 sont reproduits.
La température finale après irradiation est de 158°C.
Le rendement en méthoxybenzophénone (paralortho = 95/5) est de 93
par rapport au chlorure de benzoyle.
Dans les exemples suivants 58 à 70, on conduit la réaction de sulfonylation
de dififérents composés aromatiques selon le procédé de l'invention.
Les rendements donnés correspondent à la définition suivante
nombre de moles de sulfone aromatique formées
Rendement =
nombre de moles d'agent de sulfonylation introduites
Exeml In e 58
Dans un matras en quartz équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on
charge
- 3,69 g (40 mmol) de toluène,
- 3,53 g (20 mmol) de chlorure de benzènesulfonyle,
- 162 mg (1 mmol), soit 5 % molaire par rapport au chlorure de
benzènesulfonyle, de chlorure ferrique anhydre.
Une consigne de température maximale de 110°C est programmée au
moyen du logiciel S402 de l'appareillage.
Le mélange réactionnel est chauffé sous irradiation micro-onde pendant 5
minutes.
Après refroidissement, la masse réactionnelle est hydrolysée par une
solution d'hydroxyde de sodium à 10 % en poids.
La phase organique est extraite au dichlorométhane, séchée sur sulfate de
sodium et concentrée sous pression réduite (élimination du dichlorométhane et
du toluène en excès).
La phase solide obtenue est lavée au pentane et traitée sous pression
réduite à la température ambiante.
Le rendement en méthyldiphénylsulfone isolée, relatif au réactif minoritaire
(PhS02Cl), est de 98 %.
Les isomères sont dosés par CG : ortholméta/para : 3819/53.
CG/MS (m/z (pics d'intensité relative supérieure à 20 %)]
- 2-méthyldiphénylsulfone : 232 (M+, 31 ), 214 (53), 166 (94), 137 (43), 91
(48), 77 (100), 65 (89) ;
- 3-méthyldiphénylsulfone : 232 (M+, 42), 139 (51 ), 125 (100), 91 (37), 77
(49), 65 (48) ;
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- 4-méthyldiphénylsulfone : 232 (M+, 68), 139 (96), 125 (71 ), 107 (100), 91
(56), 79 (26), 77 (84), 65 (60).
RMN (1 H, CDC13) : b 2,36 (singulet, para-Me), 2,42 (singulet, ortho-Me),
7,10-8,30 (massif des protons aromatiques).
Fx_P IPS 59 à 64
Dans ces exemples, on reproduit le mode opératoire de l'exemple 58.
L'irradiation est asservie à la température maximale indiquée dans le
tableau XIII.
Dans l'exemple 62, il y a formation de p-chlorodiphénylsulfone (5 %).
N ex. Nature du Nature de Conditions Rendement
:
compos l'agent de Puissance ; (%)
aromatique sulfonylation T max et rapport
temps d'isomres
d'irradiation
59 benzne chlorure de 100 W ; 78C 39
benznesulfon le 20 min
60 fluorobenzne chlorure de 100 W ; 105C 73
benznesulfon le 20 min olml = 2/0/98
61 chlorobenzne chlorure de 100 W ; 144C 95
p-chlorobenzne- 20 min olm/p = 7/0/93
sulfon le
62 iodobenzne chlorure de 120 W ; 180C 72
p-chlorobenzne- 20 min o/m/p = 310/97
sulfon le
63 tolune chlorure de tosyle120 W ; 110C 85
5 min olml = 6/3/91
64 tolune anhydride 120 W ; 110C 76
-tolunesulfoni 10 min olml = 512/93
ue
F:xem~,le 65
Dans un matras en quartz équipé d'un réfrigérant et d'un tube à CaCl2, on
charge
- 4,50 g (40 mmol) de chlorobenzène,
- 3,53 g (20 mmol) de chlorure de benzènesulfonyle,
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- 162 mg (1 mmop, soit 5 % molaire par rapport au chlorure de
benzènesulfonyle, de chlorure ferrique anhydre.
L'irradiation micro-onde est effectuée en continu, pendant 4 minutes, avec
une puissance incidente de 300 W.
5 La température atteinte par le milieu réactionnel est de 202°C.
Le traitement de ce milieu réactionnel est effectué comme dans l'exemple
58.
Le rendement en chlorodiphénylsulfone est de 74 % par rapport au chlorure
de benzènesulfonyle.
10 Les isomères sont dosés par CG
Le rapport ortho/para est de 2/98.
Le point de fusion est de 95°C.
CG/MS [mlz (%) de la 4-chlorodiphénylsulfone : 252 (M+, 23), 159 (40), 125
(100), 111 (21 ), 97 (24), 77 (71 ), 75 (34).
Tableau XIV
N ex. Nature du Nature de Conditions Rendement
:
compos l'agent de Puissance ; (%)
aromatique sulfonylation T max et rapport
tem s d'irradiationd'isomres
65 chlorobenzne chlorure de 300 W ; 202C 74
benznefulfon 4 min olml = 210/98
le
Exemples 66 à 68
On reproduit le mode opératoire de l'exemple 65.
L'irradiation micro-onde est continue à la puissance indiquée.
Dans l'exemple 67, il y a formation de 5 % de diphénylsulfone.
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Tableau XV
N ex. Nature du Nature de Conditions : Rendement
(~)
compos l'agent de Puissance ; et rapport
aromatique sulfonylation T max d'isomres
tem s d'irradiation
66 anisole chlorure de 300 W ; 248C 91
benznesulfon 1 min o/m/ = 45/0/55
le
67 iodobenzne chlorure de 300 W ; 197C 90
benznesulfon 2 min
le
68 iodobenzne chlorure de 300 W ; 220C 82
p-
chlorobenzne- 4 min olm/p = 1/0199
sulfon le
Exemple 69
On conduit la réaction comme dans l'exemple 65 à la dififérence que l'on
effectue une irradiation séquentielle de 6 fois 15 s, avec des intervalles de
non-
irradiation de 45 s.
Tableau XVI
N ex. Nature du Nature de Conditions : Rendernent
(%)
compos l'agent de Puissance ; et rapport
aromatique sulfonylation T max d'isomres
tem s d'irradiation
69 benzne chlorure de 300 W ; 160C 88
benznesulfon 6 x 15 s ; 45
le s
Exemple 70
On conduit la réaction comme dans l'exemple 65 à la dififérence que l'on
met en oeuvre l'anisole et le chlorure de dirnéthylsulfamoyle.
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Tableau XVI
N Nature du Nature de Conditions Rendement (%)
ex. :
compos l'agent de Puissance et rapport
;
aromatique sulfonylation T max d'isomres
temps
d'irradiation
70 anisole chlorure de 300 W ; 270C 60
dimth Isulfamo 1 min o/m/ = 42/2/56
le
