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Utilisation d'une composition de nature ionique comme réactif de
substitution, composition constituant un réactif de fluoration et procédé
l'utilisant
La présente invention a pour objet l'utilisation de composés de nature ionique
comme milieu réactionnel ou comme solvant dans des réactions de type
substitution nucléophile. Elle vise plus particulièrement l'obtention de
dérivés
fluorés par remplacement d'un groupe partant, en particulier halogène ou
pseudohalogène, par un fluor.
Cette réaction de substitution est une réaction de substitution dite
substitution
nucléophile aromatique (SNAr) lorsque la substitution a lieu sur un noyau
aromatique et substitution nucléophile d'ordre 2 (SN2) lorsque la substitution
a lieu
sur une chaîne de nature aliphatique et lorsque la cinétique est d'ordre 2,
c'est-à-
dire que la vitesse dépend à la fois de la concentration en agents
substituants et
en substrats.
L'un des aspects intéressants de la présente invention vise l'amélïoration des
réactions de substitution nucléophile aromatique dites Meisenheimer.
II peût être .intéressant de rappeler ici quelques données de base des
réactions dites Meisenheimer.
Les réactions de substitution nucléophile aromatique impliquent en général le
schéma réactionnel suivant
- attaque d'un agent nucléophile au niveau d'un substrat aromatique avec
création
d'une liâison entre ledit agent nucléophile et ledit substrat au niveau d'un
carbone
portant un groupe partant, de manière à former un composé intermédiaire, dit
intermédiaire de Meisenheimer (lorsque le nucléophile est un anion) ou
équivalent
puis
- départ dudit groupe partant.
On trouvera ci-après des exemples d'intermédiaires de SNAr où
R représente les éventuels radicaux ;
n le nombre de radicaux substituants ;
GEA représente un Groupe Electro-Attracteur ;
gp ;représente un groupe partant, ou plutôt le groupe partant considéré.
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gp NuH
gp~ -,Nu
Ç \
Rn v
Rn GEA
GEA
Exemple d'intermédiaire de Exemple d'intermédiaire équivalent
Meisenheimer où Nu à celui de Meisénheimer ou NuH est
est un nucléophile anionique nucléophile neutre
Ce type de réactions est particulièrement avantageux pour obtenir des dérivés
aromatiques halogénés et notamment utilisés pour effectuer des échanges entre
fluor d'une part, et halogènes) de rang plus élevé ou pseudo-halogènes) sur un
substrat aromatique d'autre part.
Le groupe partant peut ainsi être un groupement nitro, avantageusement un
pseudo-halogène ou de préférence un atome d'halogène, surtout de nombre
atomique supérieur à celui du fluor.
On entend désigner par pseudo-halogène, un groupement dont le départ
conduit à un anion chalcogéné, le plus souvent oxygéné, la charge anionique
étant
portée par l'atome de chalcogène et dont l'acidité est au moins égale à celle
de
l'acide acétique, avantageusement à la seconde acidité de l'acide sulfurique
et de
préférence à celle de l'acide trifluoroacétique. Pour se placer sur l'échelle
des
acidités, il convient de faire référence aux pKa pour les acidités de moyennes
à forte
depuis les acides carboxyliques jusqu'à l'acide trifluoroacétique et de se
placer sur
l'échelle des constantes de Hammett (figure I) à partir .de l'acide
trifluoroacétique
(constante de 1 ), voir l'échelle des acidités donnée dans la présente
demande.
A titre illustratif de ce type de pseudo-halogènes! on peut en particulier
citer les
acides sulfinique et sulfonique, perhalogénés sur le carbone porteur du soufre
ainsi
que les acides carboxyliques perfluorés en a de la fonction carboxylique.
Lorsque le groupe partant est un groupement nitro, ce dernier est généralement
remplacé par un atome de chlore ou de fluor. Toutefois, la plupart de ces
réactifs
nécessitent d'opérer à des températures très élevées et le mécanisme ne
s'avère
pas toujours être une substitutiôn nucléophile. Par ailleurs, le départ du
groupe nitro
conduit à la formation de dérivés oxygénés et halogénés d'azote
particulièrement
agressifs à l'égard du substrat, voire explosifs.
En ce qui concerne 1â variante impliquant la substitution d'un atome
d'halogène
présent sur un noyau aromatique par un autre atome d'halogène, elle nécessite
généralement au moins une désactivation partielle dudit noyau. A cet effet, le
radical
aryle à transformer est de préférence appauvri en électrons et possède une
densité
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électronique au plus égale à celle du benzène, au plus voisine de celle d'un
chlorobenzène, de préférence d'un dichlorobenzène.
Cet appauvrissement peut être dû à la présence dans le cycle aromatique d'un
hétéroatome (l'appauvrissement dans ce cas implique un cycle à 6 chaînons)
comme
par exemple dans la pyridine, et dans la quinoléine. Dans ce cas particulier,
l'appauvrissement est suffisamment ïmportant pour que la réaction de
substitution
soit très facile et ne nécessite pas d'activation annexe particulière.
L'appauvrissement en électrons peut être également induit par des substituants
électro-attractèurs présents sur ce cycle aromatique. Ces substituants sont de
préférence choisis parmi les groupes attracteurs par effet inductif ou par
effet
mésomère tel que défini dans l'ouvrage de référence en chimie organique
"Advanced
Organic Chemistry" par M.J. MARCH, 3eme édition, , éditeur Willey, 1985
(cf: notamment pages 17 et 238). A titre illustratif, de ces groupes électro-
attracteurs,
on ' peut notamment citer les groupes N02, ammoniums quaternaires, Rf et
notamment CF3, CHO, CN, COY avec Y pouvant être un atome de chlore, brome, .
fluor ou un groupement alcoyloxyle.
Les réactions SNA~ et en particulier celles d'échanges halogène-halogène
évoquées ci-dessus constituent en fait la voie de synthèse principale pour
accéder
aux dérivés flûorés aromatiques. .
Les réactions SNA~ peuvent également être particulièrement intéressantes pour
faire des esters (Nu- est notamment alors Ac-S~ ou Ac-O-, avec Ac étant acyle
[avantageusement de 1 à 25atomes de carbone]), des éthers (Nu- est notamment
alors R-O- avec R étant alcoyle ou aryle [avantageusement de 1 à 25atomes de
carbone])~ des thioéthers (Nu- est notamment alors R-S- avec R étant alcoyle
ou
aryle [avantageusement de 1 à 25 atomes .de carbone]) et des nitriles (Nu- est
CN-).
C'est ainsi que l'une des techniques les plus employées pour fabriquer un
dérivé fluoré consiste à faire réagir un dérivé . aromatique halogéné, en
général
chloré, pour échanger le, ou les, halogènes) avec un ou plusieurs fluors)
d'origine
minérâle. On, utilise, en général, un fluorure de métal alcalin, le plus
souvent d'un,
poids atomique élevé tel que par exemple les fluorures de sodium et surtout de
potassium, de césium et/ou de rubidium. On peut aussi utiliser des fluorures
d'opium.
En général, le fluorure utilisé ést le fluorure de potassium qui cônstitue un
compromis économique satisfaisant.
Dans ces conditions, de nombreux procédés tels que par exemple ceux décrits
dans le certificat d'addition françaïs N°2 353 516 et dans l'article
Chem. Ind.
(1978)-56 ont été proposés et mis en oeuvre industriellement pour obtenir des
fluorures d'aryle, aryles sur lesquels sont greffés des groupements électro-
attracteurs
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ou bien aryles naturellement pauvres en électrons, comme par exemple les
noyaux
pyridiniques.
Toutefois, sauf dans le cas où le substrat est particulièrement adapté à ce
type
de synthèse, cette technique présente des inconvénients dont les principaux
sont
ceux que l'on va analyser ci-après.
La réaction est lente et nécessite, en raison d'un temps de séjour élevé,
des investissements importants. Cette technique, ainsi qu'on l'a déjà
mentionné,
surtout pour le traitement des noyaux peu appauvris en électrons, est en
général
utilisée à des températures élevées pouvant atteindre les alentours de
250°C, voire
300°C c'est-à-dire dans la zone où les solvants organiques les plus
stables
commencent à se décomposer.
Les rendements restent relativement médiocres à moins que l'on utilise des
réactifs particulièrement chers comme les fluorures de métal alcalin dont la
masse
atomique est supérieure à celle du potassium.
Enfin, compte tenu du prix de ces métaux alcalins, leur utilisation
industrielle
n'est justifiable que pour des produits à haute valeur ajoute et lorsque
l'amélioration
de rendement et de cinétique le justifie, ce qui est rarement le cas.
Pour résoudre ou pour pallier ces difficultés, de nombreuses améliorations ont
été proposées. Ainsi l'on propose de nouveaux catalyseurs et notamment on peut
citer les tétradialcoylaminophosphonium et notamment ceux qui sont décrits
dans les
demandes de brevet déposées au nom de la société allemande Hoechst et de ses
épigones Clariant et Aventis (par exemple USP 6,114,589 ; US 6,103,659 ; etc.)
et
dans les demandes de brevet déposées au nom de la société Albemarle.
Ces nouveaux catalyseurs présentent, certes, quelques, avantages par rapport
aux catalyseurs usuels mais n'apportent pas d'avantages en proportion de leurs
prix
et de leurs complexités.
C'est pourquoi un des buts de la présente invention est de fournir des
réactifs et
conditions opératoires qui permettent une amélioration notable de la cinétique
des
réactions SNAr.
Un autre but de la présente invention est de fournir des réactifs et de donner
des conditions opératoires qui permettent notamment une cinétique améliorée
des
réactions SNA~ et ce même quand le noyau siège 'de ladite SNAr n'est que
faiblement
appauvri en électrons.
Un autre but de la présente invention est de fournir des milieux réactionnels
pour substitution nucléophile qui permettent une solubilité améliorée des
nucléophiles ioniques,
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Un autre but de la présente invention est de fournir dès milieux réactionnels
pour substitution nucléophile qui présentent une température de décomposition
élevée, au moins égale à 150°C, avantageusement à 200°C, et
même à 250°C.
Un autre but de la présente invention est de fournir des milieux
réactionnels pour substitution nucléophile qui permettent d'obtenir de bons
rendements sans qu'il soit nécessaire de beaucoup dépasser 200°C pour
des SNAr
sur Ar-= dont le Ar est un phényle dont la somme des constantes de Hammett aP
de ses substituants ne dépasse pas 0,5.
Un autre aspect de l'invention est de faciliter les réactions dites de
substitution nucléophile, notamment celles considérées comme des substitutions
nucléophiles d'ordre 2.
Les problèmes importants de ce type de réaction sont bien exemplifiés par
ceux relatifs aux réactions d'échange entre halogène et fluor, dès lors que le
carbone aliphatique considéré comporte un autre sûbstituant électro-attracteur
par
effet inducteur et/ou susceptible de constituer un groupe partant.
Le problème est accusé quand le carbone comporte, outre l'halogène, ou les
halogènes, à échanger, un atome ou un groupe électro-attracteur, notamment par
effet inductif.
En particulier, on peut citer l'échange entre le fluor èt les halogènes,
l'halogène étant porté par un carbone halogénophore qui porte également
~ soit au moins un autre halogène,
~ soit un radical relié audit carbone par un chalcogène ;
~ soit un aromatique ;
~ soit un ou plusieurs des substituants ci-dessus.
Les explications ci-après visent surtout les échanges chlore-fluor sur des
substrats porteurs de carbones polyhalogénés, en général di- ou poly-chlorés.
Ce
type d'échange peut être considéré comme un paradigme (c'est dirè un
enseignement par l'exemple) des problèmes rencontrés dans les échanges SN2
dont le nucléophile est anionique et de leurs solutions.
Les composés fluorés sont en général difficiles d'accès. La réactivité du
fluor
est telle qu'il est difficile voire impossible d'obtenir directement les
dérivés fluorés.
Une des techniques les plus employéès pour fabriquer le dérivé fluoré consiste
à faire réagir un dérivé halogéné; en général chloré, pour échanger l'halogène
avec
un fluor minéral, en général un fluorure de métal alcalin, en général de poids
atomique élevé.
En général, le fluorure utilisé est le fluorure de potassium qui constitue un
compromis économique satisfaisant.
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Sauf dans les cas où le substrat est particulièrement adapté à ce type de
synthèse, cette technique présente des inconvénients dont les principaux sont
ceux
que l'on va analyser ci-après.
La réaction nécessite des réactifs comme les fluorures de métal alcalin tels
que
le fluorure de potassium qui sont rendus relativement chers par les
spécifications
auxquels ils doivent répondre pour être adaptés à ce type de synthèse ; ils
doivent
être très purs, secs èt sous une forme physique adaptée, en général sous forme
atomisée.
En outre cette réaction ne marche pas pour toute une classe de produits
notamment ceux portant sur le carbone halogénophore (c'est à dire le carbone
portant le ou les halogènes déstinés à être échangés avec le fluor).
1l est aussi utilisé des réactifs tels que l'acide fluorhydrique liquide ou
dilué par
des solvants aprotiques dipolaires. Toutefois l'acide fluorhydrique est un
réactif trop
puissant et conduit souvent à des réactions de polymérisation indésirées 'ou à
des
goudrons.
Dans ce cas, et notamment dans ~le cas où l'on désire des dérivés fluorés sur
un
carbone de type alcoyle (y compris aralcoyle) appauvri en électron par la
présence
de groupes de type électro-attracteur, l'homme de métier se trouve dèvant une
alternative dont les termes ne sont guère encourageants ; ou bien l'on choisit
des
conditions très dures et l'on obtient surtout des goudrons, ou bien on l'on se
place
dans des conditions réactionnelles douces et l'on rétrouve, dans le meilleur
des cas
le substrat inchangé. Enfin il conviènt de signaler que certains auteurs ont
proposé
de réaliser des échanges en utilisant comme réactif des sels de l'acide
fluoch~d,rique
en présence d'éléments lourds, notammènt sous forme de cations minéraux (dans
la présente description, on considère comme lourds les éléments de transition,
les
éléments des colonnes IIIB, IVB, VB lorsqu'ils appartiennent aux périodes
supérieures à la troisième), sous forme d'oxydes ou de fluorures. Parmi les
éléments
lourds utilisés, il convient de citer l'arsenic, l'antimoine et les métaux
lourds tel que ,
l'argent ou ~e vif-argent (mercure).
Un autre problème réside dans la sélectivité de la réaction : lorsqu'il y a
plusieurs halogènes à échanger sur un même carbone sp3, il est souvent
'difficile de
n'en échanger qu'une partie.
C'est pourquoi un autre but de la présente invention est de fournir un procédé
qui soit susceptible de réaliser l'échange entre d'une part les halogènes
lourds tels
que le chlore et d'autre part le fluor en améliorant significativement la
spécificité de la
réaction:
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Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui soit
susceptible
de réaliser l'échange entre d'une part les halogènes lourds tels que le chlore
et
d'autre part le fluor en utilisant des conditions réactionnèlles douces.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
d'utiliser une source de fluorure dont la morphologie soit moins critique.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
de
n'échanger qu'un atome d'halogène (en particulier chlore) sur deux (en '
particulier
deux chlores) ou sur trois possibles (en particulier trois chlores).
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
de
n'échanger que.deux atomes d'halogène sur trois possibles.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé quï, sur un
même carbone sp3, permette de n'échanger qu'un atome d'halogène (en
particulier
chlore) sur deux (en particulier deux chlores) ou sur trois possibles (en
particulier
trois chlores).
Un autre but de la présènte invention est de fournir un procédé qui, sur un
même carbone sp3, permette de n'échanger que deux atomes d'halogène sur trois
possibles. .
Un autre but de la présente invèntion est de fournir ûn procédé qui permette
de
n'échanger les molécules ou les atomes que dans la mesure où cela permet
d'obtenir
des atomes de carbone qui ne soient porteurs que d'un atome de fluor
concomitamment avec un ou deux autres halogènes distincts du fluor.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé. qui permette
de
n'échanger les molécules ou les atomes que dans la mesure où cèla permet
d'obtenir
des atomes de carbone qui ne soient porteurs que de deux atomes de fluor
concomitamment avec un autre halogène distinct du fluor.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
d'éviter l'usage de forte quantité de métaux réputés coûtèux ou toxiques tel
que le
mercure et/ou l'argent.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
de
réduire les quantités d'éléments lourds notamment réputés coûteux ou toxique
tel
que le mercure et/ou l'argent, de manière que le rapport molaire entre le
métal et le
substrat dont les atomes d'halogène sont à échanger, se situe à une valeur au
plus
égale à Q,5, avantageusement à 0,2, de préférence à 0,1.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
d'éviter complètement l'utilisation d'éléments, et notammènt de métaux lourds,
notamment réputés coûteux ou toxiques tel que 1è mercure et/ou l'argent, de
manière à n'ajouter au mélange réactionnel aucun des éléments cités ci-dessus
;
en d'autres termes que les concentrations en chacun des dits métaux ne
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dépassent pas les valeurs de 10-3 M ; avantageusement.10-4 M, de préférence
de 10-5 M.
Plus généralement, la présente invention vise à réaliser des réactions de
substitution nucléophile, notamment de substitution nucléophile aromatique
et/ou
de substitution nucléophile d'ordre 2 permettant de réaliser la réaction avec
des
nucléophiles relativement peu vigoureux.
Un autre but de la présente invention est de fournir une technique qui
permette de réaliser une réaction de substitution nucléophile avec des
nucléophiles de nature neutre, ou anïonique dont l'acide associé présente un
pKa
au plus égal à 5, de préférence au plus égal à 4, ledit pKa étant mesuré en
phase
aqueuse:
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
de réaliser une, réaction de type SNAr et/ou de type,SN2 permettant de
remplacer
par le fluor un halogène plus lourd que le fluor.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé qui permette
le remplacement d'un pseudo-halogène par un fluor.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de
réaliser l'échange chlore-fluor sur un atome aliphatique (c'est-à-dire
d'hybridation
sp3) porteur d'au moins un autre halogène plus lourd que le fluor à échanger
avec
le fluor.
En particulier un autre but de la présente invention est de fournir un procédé
permettant de réaliser l'échange halogène-fluor, et en particulier chlore-
fluor, sur
un substrat ou l'halogène est porté par un carbone halogénophore qui . porte .
également
~ soit au moins un autre. halogène,
~ soit un radical relié audit carbone par un chalcogène ;
~ soit'un aromatique ;
~ soit un ou plusieurs des substituants ci-dessus. , .
Ces buts et d'autres .qui apparaîtront par la suite sont atteints au moyen
d'un
milieu réactionnel comportant au moins un composé ionique dont le cation est
de
formule générale G
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Ri
~R4 Jn
E~A+
~3 ] n
'2
où Ri, R2, R3, et R4, identiques ou différents, sont chôisis parmi les
radicaux
hydrocarbonés monovalents ;
où n èst choisi parmi les valeurs zéro et un ;
où A est un atome métalloïde de la colonne VB (colonne de l'azote) (la
classification
périodique des éléments utilisée dans la présente demande est celle du
supplément
au Bulletin de la Société Chimique de France, janvier 1966, n° 1 ) ;
où E est un groupe divalent porteur d'au moins une double liaison conjuguée
avec
la , double liaison E=A et/ou d'un autre atome métalloïdè porteur d'au moins
un
doublet, lèquel est conjugué directement ou indirectement avec la double
liaison
E=A, avantageusement d'un métalloïde de la colonne VB dont le doublet est
conjugué directemènt ou indirectement avec la double liaison E=A.
Sélon l'un des mises en oeuvre de la présente invention n èst égal à 1 ce qui
signifie que A est alors avantageusement phosphore. Et donc que le compôsé de
formule générale G est très préférentiellement un phosphonium. Dans ce cas les
résultats les plus intéressant sont obtenus pour des SNAr.
Dans le cas où n èst zéro, la composition constituânt un réactif ou un milieu
réactionnel, est plus polyvalente mais sont intérêt est surtout manifeste pour
la
synthèse de dérivés fluorés aliphatiques à partir de substrats portéurs d'un
carbone sp3 halogénophore lui-même porteur d'un radical ou d'un groupe
électroattracteur de constante de Hammett ~P au moins égal à 0,1.
L'invention (ave n égal zéro ou un) est intéressante pour les SNA~ avec un
des groupes partant mentionnés auparavant' et avec des nuclëophiles anionique,
notamment ceux mentionnés ci dessus. Elle est particulièrement intéressante
avec
un, ou plusieurs, halogènè ou pseudo halogène comme groupe partant. Les
halogènes et notammènt le chlore sont préférés comme groupes partant.
Le remplacement d'au moins un halogène plus lourd que le fluor, et notamment
d'un chlore au moins, est particu(iërement visé par la présente invention.
Les concèpts et les valeurs préférées des aryles et des alcoyles sont les
mêmes
dans les deux variantes.
Selon la présente invention, il est intéressant de, choisir des cations et des
quantités de cations de telle manière qu'il y ait une concentration en
cations) selon
la formule G au moins égale à 2 moles par litre ou plus exactement deux
équivalents de cationiques par litre, de préférence 3 équivalents et même
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4 équivalents par litre. Plus élevée est la valeur de cette concentration,
meilleurs
sont les rendements, mais pas nécessairement la sélectivité.
Pour les composés de formule G où n est égal à zéro, il est souhaitable que la
masse moléculaire du cation soit au plus égale à 300, avantageusement à 250,
plus préférentiellement à 200. Lorsque les cations sont polyvalents (c'est-à-
dire
porte plusieurs çharges positives), ces valeurs doivent être ramenées par
unité de
charge ; en d'autres termes, un cation divalent pourra être de masse
moléculaire
supérieure dè deux fois aux masses énoncées ci-dessus.
Pour éviter une trop grande cristallinité et pour abaisser le point de fusion,
il est préférable que les composés de formule G selon l'invention soient de
masse
moléculaire au moins égale à 100.
II est préférable que le milieu réactionnel constitué majoritairement du
solvant
ionique soit aussi sec que possible. Toutefois! en raison de la forte
hygroscopie
des cations selon la présente invention, il convient de faire en sorte de
déshydrater
ces milieux réactionnels avant usage. Le milieu. réactionnel avant usage est
avantageusement tel que rapport massiquè entre le sel dont le cation répond à
la
formule G et l'eau soit au plus égal à 200 ppm, de préférence à 100 ppm (dans
ce
rapport, le numérateur est constitué par l'eau, bien évidemment). Un bon moyen
de
déshydrater consiste à chauffèr sous vide pendant 2 h, de préférence 8 h sous
vide à 70°C, le vide étant le vide de la pompe à palette, soit 10-2 mm
de mercure.
Avantageusement, ledit milieu réactionnel est aprotique et anhydre. En
particulier il est souhaitable anhydre est tel que l'acide le plus fort
présent dans
le milieu; compte non tenu du substrat présente un pKa au ,moins égal à.
Les protons issus d'acidè(s~ dont le plCa est inférieur à la -valeur de 20,
avantageusement à 25de préférence à 30, sont réputés «hydrogène labiles ».
Plus le milieu sera aprotique, c'est-à-dire que sa teneùr en protons
libérables
dans le réactif sera faible, moins il y aura de risquè de réaction parasite et
meilleur sera le rendement.
Ainsi, il est préférable que, dans la composition selon la présente invention,
servant de réactif ou de milieu réactionnel, la teneur en atomes d'hydrogène
labiles, soit tel .pue le rapport entre la quantité en éqùivalent d'hydrogène
labile
(numérateurs et la quantité de cation de formule G e~éprimée en équivalent,
soit
au plus égale à 1 %, avantageusement à 1 pour mille, de préférence à 1000 ppm
(en moles, ou équivalent quand les espèces considérées sont
polyfonctionnelles).
Si l'on se réfère à la variante selon laquelle n est égal à 1, les composés
ionique selon la présente invention est avantageusement moins un sel de
phosphonium comportant au moins 4 atomes de carbone. Ainsi l'on utilise comme
milieu réactionnel dans une réaction de substitution nucléophile,
avantageusement
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aromatique, au moins un sel de phosphonium (quaternaire) comportant au moins a
atomes de carbone.
Le milieu selon la présente invention peut être considérer comme un sel
organique fondu, sel qui peut comporter une proportion de composé réputé
solvant
polaire. Mais la présence de tels solvants a tendance à baisser l'effet
bénéfique dudit
milieu.
En effet au cours de la recherche qui a mené à la présente invention, II a été
montré qu'à faible concentration, l'effet desdits phosphoniums se limite à
celui d'un
agent de transfert de phase, et que dès lors que la concentration s'élève, et
qu'il
atteint le moment où le phosphonium cesse d'être un simple agent dè transfert
de
phase et devient élément massique dominant (compte non tenu des substrats, des
réactifs et du substrat transformé), son effet change de nature et conduit à
des taux
et des cinétiques de transformation qui ne peuvent être réductibles au simple
effet
d'augmentation de la concentration.
Ainsi, il est souhaitable que ledit milieu réactionnel présente un rapport
massique entre la somme des solvants polaires et la ' somme des sels de
phosphonium ([S.P.]/[P+]) au plus égal à1, avantageusement à 1 /2; de
préférence à
1 /5:
Avantageusement ledit phosphonium répond à la formule (I)
R~.- P R2
où Ri, R2, R3, et R4 identiques ou différents; sont choisis parmi les radicaux
hydrocarbonés et pouvant être reliés entre eux.
Selon un mode préféré de la présente invention, le ou les phosphonium(s)
constitutifs) du milieu selon la présente invention, est ou .sont tells) que
lesdits
radicaux hydrocarbonés Ri, R2~ R3, et R4, sont choisis parmi ceux de' la liste
ci-après'
établie par ordre de préférence
1. les alcoyles, ,
2. les aryles éventuellement substitués,
3. les groupes amino et imino avantageusement dont l'azote lié à un P ne porte
pas
d'hydrogène,
4. les hydrocarbyloxyles.
II est conseillé qu'au moins l'une des chaînes carbonées portées par le
phosphonium soit de type alcoyle et donc de nature aliphatique, c'est-à-dire
que le
carbone assurant le lien avec l'atome de phosphore soit d'hybridation sp3.
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En effet, et il s'agit d'un des enseignements surprenant, d'une part plus la
nature aliphatique des phosphoniums est affirmée, meilleur est le résultat ;
d'autre
part dans les conditions d'utilisation les phosphoniums, pourtant réputé
instable et
donnant volontiers des alcènes par compositions, se sont révélés très stables.
Mais il
convient sans doute lorsque l'on désire utiliser des conditions très dures (au
moins
égales à 250°C et même à 200°C ; surtout si l'anion est
relativement basique [pKa
de l'acide associé supérieur à 2]) d'éviter les liaisons où le phosphoré est
porteur de
carbones tertiaires voire secondaires lesquels portent en bêta un hydrogène
éliminable.
II s'ensuit qu'il est souhaitable qu'au moins deux, avantageusement trois, des
chaînes carbonées portées par le phosphonium soient de nature aliphatique, et
même, que les quatre chaînes carbonées portées par le phosphonium soient de
nature aliphatique.
Pour constituer un milieu bien apte aux .substitutions nucléophiles, notamment
de type SNA~ le nombre total de carbone des phosphoniums de formule I est au
plus
égal à 50; avantageusement à 35, ' de préférence à 25. En cas de mélange de
phosphoniums il faut raisonner en terme de nombre de carbone moyen rapporté au
nombre d'atome de phosphore. ~ans ce cas le nombre d'atome de carbone peut
devenir fractionnaire.
Pour les phosphoniums aliphatiques, il est préférable de limiter encore plus
la
masse moléculaire du ou des phosphonium(s). Ainsi lorsqu'il(s) est (sont) au
moins
partiellement aliphat'ique(s), le(s) phosphonium(s) de formule I présentent)
un
nombre total de carbone au plus égal à 30, avantageusement à 25, de préférence
à
20.
Cette préférence peut aussi s'exprimer en indiquant que la masse moyenne des
substituants du, ou des, phosphonium(s). ne dépasse de préférence pas 700 par
atome de phosphore sous forme de phosphoniurm, avantageusement pas 500. La
valeur minimale à conseiller étant 56, avantageusement 80, de préférence 100.
Plus précisément, lorsque au moins deux avantageusémént trois, des chaînes
carbonées portées par le phosphonium sont de nature aliphatique, le nombre
total de
carbone quasi optimal s'établit à des valeurs au plus égal à 25, de préférence
à 20.
Le terme alcoyle est pris dans son sens étymologique du reste d'un alcool d~nt
on a enlevé la fonction OH. Ainêi ü couvre notamment les radicaux dont la
üaisori
libre est portée par un atome de carbone d'hybridation sp3, lequel atome de
carbone
n'est relié qu'à des carbones ou des hydrogènes. Dans le cadre de la présente
invention, parmi les alcoyles, il convient de citer outre les radicaux de
formules
CnH2n+1, ceux qui en dérivent par substitution par des atomes et/ou des
fonctions
(selon les applications il est préférable pour éviter les réactions parasites
de choisir
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des fonctions qui soient inertes dans les conditions de mise en oeuvre de
l'invention)
et notamment ceux qui sont porteurs de fonctions) éthers) et en particulier
les
enchaînements mono- oligo- ou poly-éthoxylés issus des époxydes d'alcène(s), ,
notamment d'éthylène.
Lesdits alcoyles peuvent également être porteurs de fonctions, phosphonium ou
ammonium, quaternaires; auquel cas les composés phosphoniums sont
polycationiques. Sans être exclus, ils ne comptent pas parmi les préférés.
Les Ri, R2, R3, et R4 présentent avantageusement au plus 20 atomes de
carbone et au total au plus 50 atomes de carbone.
Pour des 'raisons de facilité de synthèse il est préférable que trois au moins
des Ri,
R2; R3 et R4 soient identiques.
Sous réserve des contraintes de tension de cycles, les R1, R2, R3 et R4,
peuvent
être reliés entre eux et former des cycles, quoique cela ne constitue pas les
composés les plus préférés, ils peuvent également former des cycles avec un
autre
phosphonium, par exemple les composés issus de la quaternarisation de la
diphosphabicyclooctane.
R1, R2, R3 peuvent être reliés entre eux et former des cycles.
Sous forme neutre le sel de phosphonium répond avantageusement à la
formule (II)
Ri ~-
R~P+ ~2
R3'
où'X- représente un anion (ou un mélange d'anions) assurant la neutralité
électrique,
avantageusement, le, ou les; X- représentent) un anion monochargé.
Selon une mise en ouvre préférée de la présente invention, X- est un anion tel
que XH soit au moins aussi acide que ' l'acide acétique, avantageusement que
la
seconde acidité de l'acide sulfurique.
Ces contre-ions sont avantageusement choisis parmi les anions et les
mélanges d'anions X- peu nucléophiles; c'est-à-dire lorsque qu'ils sont
uniques, sont
tels que XH présente un pKa au plus égal à 3, avantageusement à 2, de
préférence
à 1, plus préférentiellement à zéro, et lorsqu'ils sont constitués d'un
mélange
d'anions l'un, au moins, des anions est peu nucléophile.
Ainsi, selon une mise en oeuvre préférée de la présente invention, l'on
choisit X- de
manière que X- soit au plus aussi nuciéophile que le nucléophile,
avantageusement
moins, et même significativement moins (c'est-à-dire que le pKa de XH est
inférieur
de 1, avantageusement de 2, de préférence de 3, au pKa de l'acide associé au
nucléophile).
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Selon une autre mise en oeuvre préférée de la présente invention, lorsque le
nucléophile est anionique, X- ou l'un des anions qu'il représente, est le, ou
l'un des,
nucléophile(s) de ladite substitution nucléophile.
X- est choisi parmi les halogènes, les pseudo-halogènes et les mélanges de ces
halogènes ou pseudo-halogènes, avantageusement les halogènes de périodes
supérieures à celle du fluor (sauf lorsque le fluorure est le nucléophile
soluble) et les
mélanges d'halogénures.
Selon la présente invention il a été montré que les bromure et chlorure
constituaient
des co-anions X- préférés, en particulier il est avisé de faire en sorte que
la somme
des ions bromure et des ions chlorure soit au moins égale à '/2 fois,
avantageusement à 3/~ fois la quantité de cation de formule G (exprimée en
équivalent).
Le chlorure est le préféré pour les SNAr, aussi est-il avantageux que les ions
chlorure soient en quantité au moins égale à ~/2 fois; avantageusement à 3/4
fois la
quantité de cation de formule G (exprimée en équivalent).
Un autre but de la présente invention est de procurer une çomposition
susceptible de servir de réactif pour mettre en oeuvre l'utilisation décrite
ci-dessus.
Ce but, et d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint au moyen d'une
composition utile corrnme réactif de ubstitution nucléophile comportant, hors
le
substrat, dans une phase liquide pour addition successive ou simultanée
(a) au moins un composé de formule G, avantageusement un phosphonium
quaternaire, ou un mélange de phosphoniums quaternaires, comportant au moins
4 atomes de carbone,
(b) un co-anion,
(c) un substituant nucléophile, éventuellement sous forme de sel,
(d) des tiers composants,
dans laquelle lorsque (d) comporte un éventuel solvant polaire, ce dernier est
présent en quantité telle que le rapport massique entre la somme des. solvants
polaires et .la somme des sels de composés) de formule G, avantageusement de
phosphonium(s) ([S.P.]/[P+]), c'est-à-dire [S.P.]/ (a+b); soit au plus égal à
y/2,
avantageusement à 1/3, de préférence à 1/4, plus préférentiellement à 1/5 et
par le
fait que la somme de (a)+(b)+(c)+(d) représente 100% de ladite phase liquide.
La quantité des tiers composants rassemblés sous (d) est avantageusement
faible. Ainsi, il est souhaitable que, hors substrat, le rapport massique
entre le
composant (d), d'une part, et les composants (a)+(b)+(c), d'autre part, est au
plus
égal à 1, avantageusement à 1 /2, de préférence à 1 /3.
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Selon une mise en oeuvre préférée de la présente invention, lorsque le
nucléophile est ionique, une partie au moins du co-anion est formée dudit
nucléophile ; en d'autres termes, la somme des anions (bien sûr exprimés en
équivalents) autres que le nucléophile est inférieure à la quantité de(s)
composés)
de formule G, avantageusement des phosphonium(s) et des contre-cations) (bien
sûr exprimés en équivalents) dudit nucléophile, avantageusement inférieure à
la
quantité de composés) de formule G, avantageusement de(s) phosphonium(s)
seul(s).
Lorsque le nucléophile est ionique (c'est-à-dire sous forme de sel), le
rapport
molaire entre le(s) cations) [c'est=à-dire les cations formant contre-ions
d'un
nucléophile anionique] du composant (c), exprimé en équivalent, et le
composant (a),
exprimé en équivalent de composés) de formule G, avantageusement de
phosphonium, est supérieur à 0,01, avantageusement à 0,02. L'effet du composé
de
formule G, avantageusement du phosphonium sur la phase liquide étant alors
moindre, il est souhaitable que la valeur supérieure dudit rapport ne dépasse
pas 2/3, avantageusement 1/~, de préférence 1/3.
Lorsque le nucléophile est anionique, il peut être intéressant d'utiliser le
nucléophile à la fois comme co-anion de(s) composés) de formule G,
avantageusement des phosphoniums assurant la neutralité électrique et comme
nucléophile ;, dans ce cas, le, rapport molaire ~(ou en équivalents lorsque
les
composants sont polyfonctionnels) entre le composant (c), exprimé en
équivalent
d'anions rmonovalents, et le composant (a), exprimé en équivalent de composés)
de
formule G, avantageusement de phosphonium(s), est au moins égal à 0,5;
avantageusement à 0,6, de préférence à 0,7.
Ladite composition peut comporter en outre une (ou plusieurs) phases)
solides) en équilibre cïnétique ou thermodynamique avec la phase liquide ci-
dessus.
Le plus souvent, ladite phase .solide, ou lesdites phases solides, comportent)
au moins un sel formé d'un cation minéral et de l'aniôn correspondant audit
nucléophile et/ou au groupe partant de ladite substitution nucléophile.
Lorsque ledit substituant nucléophile est présent, au moins pârtiellement,
dans
la phase liquide sous forme de sel de cation minérals le rapport molaire (ou
en
équivalent) entre ledit cation minéral dissous (CM) et le composant (a)
([CM]/[P~]) est
avantageusement au moins égal à 1 /100, de préférence à 1 /20, plus
préférentiellement à 1 /10.
L'utilisation de phases) solides) est fort utile lors de l'échange entre
fluorure
(nucléophile) et chlore (groupe partant). Dans ce cas le nucléophile est l'ion
fluorure, lequel est avantageusement sous la forme d'un sel alcalin ; en
général
potassique ou césique.
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Si l'on se réfère à, la mise en oeuvre où n est zéro on obtient une famille de
composés ioniques dont certains sont qualifiés de solvants ioniques (en
général
quand le point de fusion du sel est au plus égal à 100°C.
Ces compositions ioniques, dont le cation vient d'être détaillé, sont pour une
partie déjà connues de l'homme du métier. Ainsi, on peut citer l'article du
Journal of
Fluorine Chemistry (1999) 1-3. On peut également se reporter à la revue
publiée
dans Angewandde Chemie intitulée lonic Liquids - "New Solution for Transition
Metal
Catalysis" de Peter Wasserscheid and Wielm Keim : Angew. Chem~. Int. Int. Ed.,
2000, 39, 3772-3789.
Selon la présente invention le ou les co-anions sont avantageusement choisis
~ parmi .les nucléophiles anioniques (jouant le rôle de nucléophile dans la
substitution nucléophile),
~ parmi les anions, avantageusement monovalent, dont l'acide associé présente
une acidité au moins égale à celle de l'acide trifluoroacétique et
~ parmi les mélanges des nucléophiles anioniques et d'anions, avantageusement
monovalent, dont l'acide associé présente une acidité au moins. égale à celle
de
l'acide trifluoroacétique.
Au cours de l'étude qui a mené à la présente invention, il a été montré que
ces
liquides ioniques! quand ils étaient utilisés dans les mêmes conditions (c'est-
à-dire
dans les mêmes fourchettes notairment de temps, de températures, de pression,
d'anhydricité) que celles des solvants usuels, permettaient d'être au moins
aussi
efficaces que les solvants usuels, et que dans certaines conditions, ils
permettaient
d'obtenir des résultats particulièrement intéressants.
Outre le fait qu'ils permettent de réaliser des réactions qui, en temps
ordinaire,
sont très difficiles à réaliser dans les solvants non ioniques, ces solvants
ioniques, ou
sels fondus, permettent également la sélectivité de l'échange avec des
coefficients
de sélectivité extrêmement élevés. Ainsi qu'on le verra par la suite, il est
possible de
jouer sur la lipophilie et la masse moléculaire du cation pour privilégier
certaines
réactions vis-à-vis d'autres.
Par ailleurs, de manière surprenante dans l'échange chlore-fluor, les cognions
préférés ne sont pas ceux qui sont usuellement préférés.
En particulier, les anions donnant les meilleurs résultats dans les deux
échanges sont des anions ni complexes, ni à charge très largement délocalisée.
Ainsi, les anions du type PF6_, BF~._, trifliques et triflimidure, quoique
donnant de bons
résultats, ne sont pas ceux qui donnent les meilleurs.
Les préférés sont les anions halogénures et ce sans que l'on puisse donner une
explication mécanistique entièrement satisfaisante.
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Si les phosphoniums, où n est égal à zéro, donnent des résultats
particulièrement intéressants pour les réactions de nature SNA~ avec un
intermédiaire
réel ou supposé de Meisenheimer, Les autres cations, notamment ceux où n est
égal
à zéro sont plus polyvalents, et présentent un avantage d'être liquides à plus
basse
température, du moins en général.
Quand n est égal à, zéro, le composé de formule G est avantageusement tel
que A soit azote ; la possibilité qu'il soit phosphore existe certes, mais
cela limite
l'utilisation des milieux, en raison de l'oxydabilité de ces composés et leur
relative
instabilité.
Lorsque n est égal à zéro, il est souhaitable que le radical divalent E soit
tel que
E représente un radical D-A" égal pour former un composé de formule (11a)
R1
t+
D~A" ~A~R2
où. A" est un atome de la colonne VB ou bien un atome de carbone porteur
d'hydrogène ou substitué par un radical hydrocarboné R5,
où le radical D est choisi parmi
- les chalcogènes monosubstitués par un radical monovalent R6, (auquel cas le
chalcogènes constitue ledit métalloïde porteur de doublet) ,
- les métalloïdes de la colonne VB, notamment azote ou phosphore, (auquel cas
le
métalloïde de la colonne V constitue ledit métalloïde porteur de doublet) de
préférence azote;
soit monosubstitué par une fonction ou un radical divalent R~, pour former
un radical D de formule -A' = R7 ;
soit par deux radicaux hydrocarbonés monovalent R6, et R'6, pour former
un radical D de formule A' (R6,)(R'6) ;
et
- les atomes de carbone d'hybridation sp2 substitués par une fonction ou, un
radical divalent R~ porteurs d'un hydrogène ou éventuellement substitués par
un
radical carboné R6. ~~
Il convient de rappeler que dans cette formule, quand n est égal à zéro, les
métalloïdes de la colonne VB sont de préférence un azote, que ce soit pour A"
ou
pour A'.
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Lorsque A" est un atome de colonne VB, et notamment un azote, il est préféré
que D soit choisi parmi les atomes de carbone sp2 substitués par une fonction
ou par
un radical bivalent R~ porteur d'un hydrogène ou éventuellement substitué par
un
radical carboné R6 pour donner une formule de D spécifiée ci-après. Lorsque
ledit
carbone est porteur d'un hydrogène, cet hydrogène sé trouve en lieu et place
de R6
R7
R6' \
Comme cela a été dit précédemment, il est souhaitable que le cation de formule
G dans lequel n est égal à zéro comporte un atome métàlloïde (saturé, c'est-à-
dire
non porteur de double liaison), présentant une résonance avec une liaison ai
reliant
deux atomes dont au moins un est un atome disubstitué et chargé positivement
de là
colonne VB ; avantageusement un' cation organique comportant un atome
trivalent
de la colonne VB (colonne de l'azote dans le tableau de Mendeleïev),
avantageusement de l'azote, atome dont le doublet est conjugué diréctement ou
indirectement à une liaison ~c reliant deux atomes, dont au moins un est un
atome de
la colonne VB (à savoir A)°.
Les atomes métalloïdes présentant une résonance (directement. ou
indirectement par l'intermédiaire de doubles) liaison(s), àvantageusement
carbone-
carbone) avec une liaison, en général un doublet conjugué avec une liaison ~c,
sont
avàntageusement choisis parmi ceux ayant un effet mésomèré donneur fort, c'est
à
dire ceux qui, avec leurs éventuels substituants présente un facteur R
(contribution
de la résonance' ; voir notamment le " March ", troisième édition, tabléau 6
de la gagé
248) significativement négatif, plus précisément au plus égal à - 0,4,.
avantageusement au plus égal à - 0;6 ; de préférence. au plus égal à -1',5 ;
plus ,
préférentiellement au plus égal à - 2. Lorsqu'il y a plusieurs atomes
métalloïdes ,
présentant les propriétés de résonance ci-dessus, on peut alors faire la sômme
desdits facteurs R, ladite somme étant alors avantagéusement au plus égale à -
0,5,
de préférence à - 0,8,, plus préférentiellemént au plus égal à - 2.
Ledit cation organique comportant un atome métalloïde saturé, présentant une
résonance avec une liaison ~c est avantageusement tel que ledit atome
métalloïde est
un chalcogène substitué par un radical aromatique ou aliphatique, ou de
préférence
un atome trivalent de la colonne VB~ lequel est de préférence un atome
trisubstitué
formant une base tertiaire, Le dit cation organique peut comporter plusiéurs
atomes
métalloïdes saturés présentant u.~e résonance avec ladite liàison ~c. Ce qui
présentent l'avantage de mieux délocaliser la charge positive.
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Selon une mise en oeuvre particulièrement avantageuse de la présente
invention, ladite liaison ~c reliant deux atomes est la liaison ~c d'une
fonction iminium
(>C=Nt<)
Cette fonction iminium peut être écrite de la manière ci après.
R1
I+
D~A"rN~R2
I
R5
Avec A" représentant un carbone
avec D choisi parmi:
- les chalcogènes monosubstitués par un radical monovalent R6 ,
- un métalloïde de la colonne VB, notamment azote ou phosphore,
de préférence azote;.
soit monosubstitué par une fonction ou un radical divalent R~ :
soit par deux radicaux monovalents R6 et R'6;
et
- les atomes de carbone sp2 substitués par une fonction ou un radical divalent
R~
porteurs d'un hydrogène où éventuellement substitués par un radical carboné
R6.
avec R5 choisi parmi l'hydrogène, , les valeurs de D et parmi les radicaux
hydrocarbonés, avantageusement aryles et surtout alcoyles.
II est préférable que le radical D et cette fonction iminium soit disposée de
telle
manière que les atomes d'azote et dudit métalloïde soient le plus éloignés
possible,
en d'autres termes et par exemple que l'azote de la fonction iminium soit
celui des
deux atomes réliés par la liaison ~ qui est le plus éloigné de l'atome
trivalent de la
colonne V. Ce qui vient d'être dit à propos de la fonction iminium est général
pour
tous les atomes de la colonne VB reliés par la liaison ~c, dans le cas nù la
liaison ~
comporte un atome de carbone et un atome de la colonne V.
Selon la présente invention, il est préféré que. le cation organique
comportant .
un atome trivalent de la colonne VB dont le doublet est conjugué à une liaison
~,
présente un enchaînement, ou plutôt un squelette; de formule > N-[C = C]v-C =
N~<,
avec v égal à zéro ou un entier choisi dans l'intervalle fermé (c'est-à-dire
comprenant
les bornes) 1 à 4, avantageusement de 1 à 3, de préférence de 1 à 2. De
préférence
l'enchaînement précédent répond à la formule
Q-~C(R$)-C(R6)~C(R5)~N (R1)(R2)
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Avec Q représentant
un chalcogène substitué par un radical aliphatique ou aromatique R9 ;
ou
plus préférentiellement un azote disubstitué par deux radicaux, identiques ou
différents, aliphatique ou aromatique R9 et Rio : (R10)(Rg)N- ;
avec v égal à zéro ou un entier choisï dans l'intervalle fermé (c'est-à-dire
comprenant
les bornes) 1 à 4, avantageusement de 1 à 3, de préférencé de 1 à 2 et où R1,
R2 et
R3 identiques ou dififérents, sont choisis parmi les dérivés hydrocarbonés,
avantageusement alcoyles d'au plus 4 atomes de carbone et l'hydrégène.
Avantageusement, Selon la présente invention, ledit atome trivalent de la
colonne VB forme ou constitue une amine tertiaire.
F'lus précisément, il est souhaitable que ladite base organique comportant un
atome trivalent de la colonne VB dônt le doublet est conjugué à une liaison ~c
constitue une mélécule de formule suivante
(R10)(Rg)N-[C(R8) = C(R6)]v-C(R5) = N+-(R1)(R2)
avec v égal à zéro ou un entiér choisi dans l'intervalle férmé ,(c'est-à-dire
comprenant les bornes) 1 à 4, avantageusement de 1 à 3, de préférence de 1 à 2
et
où R1 ~R2, R5, Rg et Rg, identiques ou différents, sont choisis parmi les
groupes
hydrocarbonés, avantageusement alcoyles d'au plus 4 atomes dé carbone et
l'hydrogène et où R10 et Rg, identiques ou différents sont choisis parmi les
groupes
hydrocarbonés, avantageusement alcoyles d'au plus 4 atomes de, carbéne, un ou
deux des substituants R1, R2, R~, Rg, Rg, Rg et R10 pouvant êtré reliés à
d'autre(s)
substituants) restant pour former un, deux ou plusieurs cycles, notamment
aromatiques, voir ci après.
L'effet de délocalisation est particulièrement marqué quand ladite liaison ~
reliant deux atomes est intracycüque (ou qu'une forme mésomère soit
intracyclique),
surtout quand elle est intracyclique dans un cycle arématique.
C'est notamment le cas dés éycles pyridiniques, diazinique (de préférence méta
diazinique voir formules infra) et des cycles qui en sont dérivés comme la
quinoléine
ou l'isoquinoléine comrné par exemple [dans les formules données ci après les
sommets libres des cycles peuvent être substitués mais lés substituants
(alcoyles ou
aryles et leur nombre de carbone entre bien entendu dans le décompte du nombre
total de carbones) ne sont ni figurés ni même souhaitable]
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R10~N~R9 O~R9 S~R9
N \ N N \
'N+ R5
R1 N R5 N R5
R1 R1
R10~N/R9 ~~R9 S~R9 R10~N~R9
\ \ / \
i +J~ t .
N R5' N R5 + ~ + /
R1 R1 N R5 R5 N
R1 R1
Ainsi les noyaux pyrïdiniques~ notamment enrichis par la présence d'un ou
plusieurs atomes métalloïdes! notamment quand la somme des R (voir supra) est
au
plus égal à - 1,5, avantageusement à - 2, constitue des cations
particulièrement
satisfaisants.
Plus spécifiquement la base organique comportant un atome métall~ïde saturé,
présentant une résonance avec une liaison ~c peut étre avantageusement choisie
parmi les dialcoylaminopyridiniums, notamment en position para- ou .ortho-
(c'est-à-
dire en position 2 de la pyridine ou 4 voir formule ci dessus) ; la DBU
(diazabicycloundécène) donne également un cation intéressant.
Les cycles à cinq chaînons sont particulièrement intéressant quand ils
possèdent .deux ou trois hétéroatomes.
Par exemple les structures du type imidazole, oxazole ou guanidine cyclique,
voire
indolique
R9~N~R10 Rg~N+.R10
l ~N+.Ri N+_R1. R1 ~N+:R2
R1 ~N+~N~R6
R6 N R5 O~ R6~N N.~R6
R5
R6' et Rs" ont la même valeur que R6.
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II est possible de substituer les sommets libres aryliques (engagé dans un
aromatique) ou aliphatique (dont le point d'attache est un carbone sp3). Mais
cela
présent assez peu d'intérêt et l'inconvénient d'alourdir le cation.
Les structures triazoles sont également envisageables
R9~N~.R10 Rg~N+.R10 N R1 ~N+-R2
~ ~N+~R1
R1 ~ +~ ,R6 ~ ~ / R6~ ~ ,R "
N\ ~N , N--~ N\ N 6
N ~N R6 R5 ~--N
Les structures pyrazoles sont également possibles, mais moins satisfaisantes
en
raison de la moindre résonance.
II convient également de mentionner que parmi les structures non cycliques,
il peut y avoir un certain intérêt à utiliser des structures guanidinium qui
présentent
la caractéristique d'être facilement dérivées de la guanidine et de présenter
une
formule fortement résonante.
R1 ~N+-R2 ,
R6 R " ' .
N N
R .,. R .,;.
g
Où R6"' et R~"" sont choisis parmi les mêmes . valeurs que R~, ils peuvent
être
identiques ou différents des autres R6, ainsi que des Ri et R2. IL est
préférable si
l'on veut des composés à bas point de fusion que ia molécule soit
dissymétrique.
R6" et R6 "' peuvent être reliés entre eux pour former des cycles,
avantageusement
aromatique.
II est intéressant, surtout quand le cation présente moins de 7 atomes de
carbone dans la structure du cation, d'éviter toute symétrie, laquelle est
susceptible
de faciliter la cristallisation. Ainsi, les substituants des azotes (plus
généralement
des atomes A et A', voire A") sont de préférence de taille différente.
Les radicaux R1 à R1o sont choisis de manière qu'aucun des atomes de la
colonne de l'azote et aucun des chalcogènes ' ne soif porteur d'un hydrogène à
cette réserve près : les radicaux R1 à Rio qui peuvent être indépendamment
identiques ou différents sont avantageusement choisis parmi les alcoyles et
les
aryles. En outre, R5 et Rs peuvent être des groupes aryloxyle, alcoyloxyle,
des
groupes amino substitués par deux alcoyles, par deux aryles ou par un alcoyle
et
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un aryle. R6, quand il est porté par un carbone, peut également être un
diméthylamino, un aryloxyle ou un alcoyloxyle.
Ainsi R5 peut être choisi parmi l'hydrogène, les valeurs de D et parmi les
radicaux
hydrocarbonés, avantageusement aryles et surtout alcoyles.
Sous réserve qu'ils ne soient pas porté par un chalcogène ou un atome de la
colonne VB, Ils peuvent être également hydrogène comme R5, R6 et R8.
Le nombre total de carbones lorsque n est égal à zéro dans la formule G est
avantageùsement au plus égal à 30, de préférence au plus égal à 20, plus
préférentiellement au plus égal à 15. II est souhaitable qu'au. plus deux, et
même
préférable qu'au plus un seul, des groupes hydrocarbonés, quand ils le sont,
R1,
R2, R5, R6, R8, R9 et Rio présentent un nombrè de carbones supérieur à 6.
Pour faciliter le traitement des mélanges réactionnels il est préférable que
le
cation de formule G soit stable en présence d'eau èt qu'il n'y soit misciblè
en toute
proportion. .
Le terme alcoyle est pris dans son sèns étymologique du reste d'un alcool
dont on a enlevé la fonction OH. Ainsi, il couvre notammènt les radicaux dont
la
liaison libre est portée par un atome de carbone d'hybridation sp3,, lequel
atome de
carbone n'est relié qu'à des carbones ou des hydrogènes. Dans le cas de la
présente invention, parmi les alcoyles, il convient de citèr, outre les
radicaux de
formùle C~H2~+i, ceux qui en dérivent par substitution par des atomés et/ou
des
fonctions (il est préférable d'éviter les réactions parasites en choisissant
des
fonctions qui soient inertes dans les conditions dé mise en oeuvre de
l'invention) et
notamment ceux qui sont porteurs de fonctions éther et en particulier des
encliaînements mono-, oligo-, poly- ou poly-éthoxylés issus des époxydès
d'alcène
et notamment d'éthylène. Enfin, comme on l'a vu précédemment, les, radicaux R1
à
Rio peuvent être reliés entre eux pour former des cycles, et notamment des
hétérocycles à caractère aromatique.
Les imida~oliniums donnent des résultats particulièrement intéressants,
notamment en ce qui concerne les échanges chlore, fluor sur des carbones
d'hybridation sp3. Les imidazoliniums ayant donné les meilleurs résultats sont
ceux
où Rs est un hydrogènè et où Ri et R6 sont alcoyle tout en n'ayant pas la même
longueur de chaîne. Les longueurs de chaîne préférées et les plus actives sont
celles qui sont telles que lorsque R1 est méthyle et R6 compris entre méthyle
et
butyle. Les essais où la longueur de chaîne de R6 est de 8 atomes de carbone
sont
moins efficients mais montrent une grande sélectivité.
Les imidàzoliniums préférés sont ceux qui présentent au plùs douze, de
préférence au plus dix atomes de carbone.
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En ce qui concerne les substrats, le substrat pour l'échange sur des carbones
aliphatiques est avantageusement un substrat comportant un carbone
halogénophore d'hybridation sp3 porteur d'au moins deux halogènes, dont au
moins est un halogène de nombre atomique supérieur à celui du fluor, les deux
autres substituants du carbone pouvant être deux alcoyles, un atome de
chalcogène ou un autre atome d'halogène porteur d'un doublet, ou bien un aryle
et
un alcoyle, ou bien deux aryles. Toutefois, il a été montré que la réaction
marchait
d'autant mieux que premièrement ledit carbone halogénophore ne portait pas
d'hydrogène, deuxièmement qu'il portait soit un chalcogène susceptible de
fournir
un doublet dans de bonnes conditions, c'est-à-dire un chalcogène à l'état
d'oxydation moins deux; en général un éther ou un ester, ou leurs équivalents
dans
lequel l'oxygène est remplacé par un soufre.
Une autre série de composés donnant de bons résultats est le cas où le
carbone halogénophore est relié à au moins un atome de faible hybridation
porteur
d'une insaturation. Outre le cas où ledit atome de faible hybridation porteur
d'une
insaturation est engagé dans une liaison carbone-carbone, (acétylénique,
de préférence éthylénique iaqueüe liaison éthylénique este avantageusement
engagée dans un cycle à caractère aromatique), on peut indiquér à titre
d'enseignement par l'exemple que, avantageusement, ledit atome de faible
hybridation porteur d'une insaturation esf un atome engagé' dans une des
doubles
liaisons [où *C est le carbone halogénophore] suivantes
atome de faible degré de facilité de l'échange la réaction
hybridation et (facile = 1 moins ' facile =2 mais plus
insaturatïon dont' il est sélective; relativement difficile = 3)
porteur
*C-CR"=NR' 2
*C-CR"=S, 1
*C-C=N-N H-Ft' ~
*C-CR"=N-O-R' 2
*C-CR"=PR' 2
*C-N=NR' 2 composés parfois fragiles ce qui limite le
domaine des conditions opératoires
acceptables
*C-CF=CF2 2 risque de polymérisation
*C-CR="O 3 Réaction difficile
*C-N=~ 2 peut donner lieu à de mélanges très
complexes
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Ainsi, la formule générale du substrat peut s'écrire . de la manière ci-après.
R-CX'X"'-X" où R est choisi parmi les restes hydrocarbonés (c'est-à-dire
contenant
du carbone et de l'hydrogène, notamment aryle ou alcoyle), les halogènes, les
groupes électro-attracteurs (de préférence par effet inducteur) ;
avec X' choisi parmi les halogènes de préférence le chlore ;
avec X"' choisi parmi les halogènes, de préférence le chlore ;
avec bien entendu la condition que R, X et X' ne peuvent être simultanément
fluor,
et que l'un d'entre eux représente au moins un halogène plus lourd que le
fluor à
échanger avec le fluor, de préférence le chlore ;
avec X" choisi parmi les aryles, les halogènes, les alcoyloxy, les
thioalcoyloxy, les
acylalcoyloxy, les thioacylalcoyloxy, les aryles et les alcoyles ainsi que par
un
radical de formule ci-après
-~(R12)r=Z~(Ri 1)s-(R15)t
Pour former le substrat de formule
R-CX"'X'- Z(R12)r=~"(R11)s-(R15)t (I)
Z est choisi parmi les métalloïdes trivalents avec r égal à zéro ou
tétravalents avec r
égal à 1 (respectivement phosphore et avantageusement azote d'une part et
carbone
d'autre part, de préférence carbone) ;
et ~' est choisi parmi les métalloïdes avantageusement les chalcogènes (avec s
et t
égaux à zéro) ~ l'azote et le phosphore (avec s égal à zéro) et le carbone
avec s ét t
égal à1 ) ;
r, s, et t peuvent prendre les valeurs zéro ou un, selon ce que représente Z
et Z'.
De manière surprenants R peut être hydrogène et donner lieu à un échange
facïle
surtout lorsque le composé est de formule deux, de préférence lorsque Ar est
homocylique.
R peut être aussi de type -Z(Rip)r=Z'(R11)s-(R5)t Y compris de type Ar (R11)s.
pour donner ou non une molécule symétrique.
R15 peut être hydrogène ou un quelconque radical, avantageusement hydrocarboné
(c'est-à-dire contenant carbone et hydrogène).
R12 peut prendre indépendamment les mêmes valeurs que R15
R11 peut prendre indépendamment les mêmes valeurs que R15
toutefois selon la présente invention R12 et R15 sont avantageusement reliés
pour
former un cycle aromatique, ce qui revient au cas où X" est arorbatique.
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Selon la présente invention, il est préférable que R, X' et X"' soient tels
qu'il y
ait parmi eux au moins deux halogènes distincts du fluor et qu'il y ait au
moins un
halogène qui est du chlore.
II est également préférable que R et X" soient tels que l'un des deux soit
aromatique, halogène, avantageusement distinct de fluor, un radical relié par
un
chalcogène au carbone halogénophore (c'est-à-dire porteur de X"' et de X') ou
un
radical porteur d'une double liaison, tel que le carbone halogénophore ,soit
en
position.
Ainsi que cela a été montré précédemment, les réactions d'échange
halogène-fluor, de préférence et le plus souvent chlore-fluor, sont
particulièrement
sélectives dans le cas où dans la formule générale n est égal à un. Pour
obtenir la
sélectivité, il suffit soit de limiter la quantité du nucléophile, en général
le fluorure,
soit de limiter la température, soit de limiter la durée. Ainsi qu'on pourra
le voir
dans les exemples, cette sélectivité des échanges est particulièrement
impressionnante.
Les nucléophiles sont ceux qui ont déjà été mentionnés dans le corps de la
présente description, notamment les nucléophiles anioniques, voire neutres,
dont
le pKa de l'acide associé est au plus égal ,à 4 lorsque le nucléophile èst un
fluorure,
les fluorures peuvent être introduits sous forme de fluorure alcalin, de
préférence
de fluorure alcalin dont le métal alcalin est supérieur ou égal à celui du
sodium, de
préférence au moins égal à celui du potassium. Les ions fluorure, peuvent
également être introduits sous la forme du coanion du composé de formule G
soit
enfin être introduits sous forme d'ammonium ou de phosphonium.
Ainsi que cela a été vu précédemment, les coanions sont de préférence des
coanions correspondants à des acides très forts, notamment ceux dont la
constante de Hammett est supérieure ou égale à celle de l'acide
trifluoroacétique.
Toutefois, ainsi que cela a déjà été mentionné, on peut utiliser d'une part
comme coanion les nucléophiles anioniques qui agiront sur le substrat..
Toutefois, ainsi que cela a été déjà mentionné, il a été montré que les
coanions les plus courants pour les liquides ioniques, à savoir les anions
complexes tels que BF4 , et PF~ donnent des résultats qui pour être bons, ne
sont
pas les meilleurs. II en va de même pour tes anions du type perfluoroalcane
sulfonique et les imides correspondants tels que le triflimide.
Comme acide du type perfluoroalcane sulfonique, il convient de mentionner
les acides sulfoniques porteurs d'un carbone dïfluoré, le reste de la molécule
étant
indifférent, sous réserve qu'elle ne réagisse pas.
Les anions préférés sont les anions correspondants aux halogénures lourds
(iodure, chlorure et bromure) et plus particulièrement aux chlorures et aux
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bromures. Pour l'échange par SN2 sur un carbone sp3 porteur d'au moins deux
halogènes dont au moins un chlore, le bromure est le préféré.
Dans le cas de l'échange chlore-fluor sur un carbone aliphatique (c'est-à-dire
d'hybridation sp~), les bromures sont ceux qui ont donné les meilleurs
résultats, à
l'exclusion des fluorures qui jouent à la fois le rôle de nucléophiles et de
coanions.
En tout état de cause, la présence de l'ion bromure dans les échanges sur
des carbones aliphatiques est éminemment profitable. Son rôle commence à se
faire sentir et à devenir significatif quand son rapport molaire entre le
bromure et le
cation de formule G est au moins égal à 5 %, de préférence à 10 %.
Les conditions opératoires .sont sensiblement les mémes que celles qui
mettent en oeuvre un solvant aprotique polaire classique, tel que le
sulfolane. II est
toutefois possible d'abaisser quelque peu la température en raison de la
grande
réâctivité du milieu réactionnel selon la présente invention.
II est intéressant de noter qu'il est préférable, parmi les composés de la
famille de formule G1, d'utiliser ceux qui sont non miscibles à l'eau en toute
proportion, ce qui facilite la purification de ces composés de formule G1 qui;
rappelons-le, ne sont en principe pas distillables.
Dans le cas des SN2 pour des échanges chlore fluor sur des substrats
aliphatiques
porteurs de carbone halogénophore, l'utilisation des composés de formule G où
n
est zéro est, pour ce qui n'a pas été précisé ci-dessus avantageusement mis en
oeuvre dans les mêmes conditions que les substitutions SNAr sur des substrats
aromatiques décrites ci dessous.
Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé de
substitution
nucléophile avantageusement aromatique mettant en ceuvre la présente
invention.
Ce but, et d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint au moyen d'un
procédé de substitution nucléophile caractérisë par le fait que l'on met en
contact un
substrat de formule générale (III) :
Ar-~ ,(I I I)
~ où Ar est un radical aromatique dans lequel le noyau porteur de ~ est
appauvri en
électrons, soit parce qu'ü comporte au moins un hétéroatome dans son cycle
(cycle aromatique à 6 chaînons), soit parce que la somme des ~p de ses
substituants, hors le ~ considéré, est au moins égale à 0,2, avantageusement à
0,4, de préférence à 0,5, et
~ où ~ est un groupe partant, avantageusement sous ia forme d'un anion ~-,
avec
une composition comportant, hors le substrat, dans une phase lïquide pour
addition successive ou simultanée
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(a) un au moins un composé de formule G, avantageusement un phosphonium
quaternaire, ou un mélange de phosphoniums quaternaires, comportant au
moins 4 atomes de carbone,
(b) un co-anion,
(c) un substituant nucléophile, éventuellement sous forme de sel,
(d) des tiers composants,
le rapport molaire entre le(s) au moins un composé de formule G,
avantageusement un phosphonium(s) (a) et le substrat ([P+]/[sub]) étant au
moins
égal à '/4, avantageusement à 1/3, de préférénce à '/z, plus
préférentiellement à
2/3. la somme de (a)+(b)+(c)+(d) représente 100% de lâdite phase liquide
II est préfêrable que les éventuels solvants, notamment polaïres, ne diluent
pas
trop le, ou les; au moins un composé de formule G~ avantageusement un
phosphonium(s). Ainsi lorsque (d) en comporte, ce solvant est présent en
quantité
telle que le rapport massique entre la somme des solvants polaires et la somme
des
sels d'au moins un composé de formule G, avantageusement un phosphonium
([S.P.]/[P*]), c'est-à-dire (S.P.]/(a+b), soit au plus égal à 1,
avantageusement à 1/z~ de
préférence à 1'/5. II est préférable que la contrainte ci-dessus s' pplique à
tous les
éventuels solvants, polaires ou non.
II convient d'expliciter que ~ n'est individualisé que pour la facilité
d'écriture de
la rëaction et que Ar peut étre porteur d'au moins un autre groupe partant que
~~
groupes partant qui peuvent être identiques à, ou différents de ~. Ainsi dans
les
aromatiques polychlorés, l'ûn des chlores peut jouer le rôle de groupe partant
cependant que les autres joueront le rôle de groupes électro-attracteurs, une
fois
l'échange réalisé, un autre chlore pourra être groupe partant et ainsi de
suite.
Ainsi dans l'échange d'halogène, notamment sur des polychorobenzènés ou
des polychloropyridines, tous les chlores peuvent être successivement
substitués par
des fluors mais l'échange, 'sera de plus en plus difficile au fur et a mesure
du
remplacement des chlores par des fluors, le aP (sigma p) du fluor (0,15) étant
significativement inférieur à celui du chlore (0,25).
La présente invention ' est particulièrement adaptée pour traiter des noyaux
pyridiniques et faiblement appauvris, tel que la somme des csP (constante de
Hammett) des substituants de Ar, hors le ~, est au plus égale à 1,
avaratageusemént
à 0,0, de préférence à 0,6.
Parmi les cas que l'invention permet de traiter mieux que les autres est celui
où
Ar est tel que le noyau aromatique porteur de ~ est un noyau à 6 chaînons dont
les
groupes électro-attracteurs sont des groupes électro-attacteurs par effet
inducteur et
non mésomère.
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Ainsi le procédé de la présente invention est bien adapté au cas où Ar est tel
que le noyau aromatique porteur de ~ est un noyau à 6 chaînons dont les
groupes
électro-attracteurs sont majoritairement, voire même uniquement, des
halogènes,
avantageusement chlore et fluor.
Le procédé selon la présente invention permet de traiter les cas où Ar est tel
que le noyau aromatïque porteur de ~ est un noyau à 6 chaînons dont le, ou au
moins un des groupes électro-attracteurs, est en position méta par rapport à
~, et est
avantageusement un chlore et/ou un fluor.
Avantageusement ~- est moins nucléophile que l'agent nucléophile avec lequel
il va s'échanger ; comme les échelles de nucléophilie sont difficiles à
utiliser,
l'homme de rriétier pourra utiliser la règle empirique que ~H est
avantageusement
plus acide que ie nucléophile sous forme protonée. ~ .peut être un groupement
nitro
ou ammonium quaternaire, mais il est préférable qu'il soit un groupement
pseudo-
halogène ou de préférence un atome d'halogène choisi parmi le chlore, le brome
et
l'iode.
On entend désigner par pseudo-halogène, un groupement dont lé départ
conduit à un anion oxygéné, la charge aniônique étant portée par l'atome de
chalcogène et dont l'acidité, exprimée par la constante de Hammett, est au
moins
égale à celle de l'acide acétiqué, avantageusement à la seconde acidité de
l'acidé
sulfurique et, de préférence à celle de l'acide trifluoroacétique.
A titre illustratif de ce type de pseudo-halogènes, on peut en particulier
citer les
anions correspondant aux acides sulfiniques et sulfoniques avantageusement
perhalogénés sur le carbone porteur du soufre ainsi que les acides
carboxyliques
perfluor~s en a de la fonction carboxylique.
La réaction de substitution nucléophile étant relativement facilitée lorsque
représente un atome d'iode, le procédé revendiqué est plus particulièrement
intéressant lorsque ~ symbolise un atome de chlore, brome ou un pseudo-
halogène.
En ce qui concerne le, ou les, substituants) de Ar, parfois désignés) par
«groupements R», il(s) est (sont) présents) au niveau du noyau aromatique,
il(s) est
(sont) sélectionnés) de manière que globalement il(s) induisent) un
appauvrissement en ëlectrons au niveau du noyau qui soit suffisant pour
permettre,
l'activation du substrat et la stabilisation du complexe Meisenhéimer (cf.
indication
donnée supra).
Le substrat aromatique ainsi substitué possède une densité électronique au
plus égale à celle du phényle, avantageusement au plus voisine de celle d'un
chlorophényle et, de préférence d'un difluorophényle.
Cet appauvrissement peut être également dû à la présence dans le cycle
aromatique d'un hétéroatome comme par exemple dans la pyridine, la quinoiéine.
II
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est important de souligner que ce type d'appauvrissement n'est observé que
lorsque
Ar symbolise un composé présentant un cycle à 6 chaînons et fhétéroatome
appartient à la colonne V (essentiellement azote ou phosphore) tel que défini
dans le
tableau de la classification périodique des éléments publiés au supplément au
Bulletin de la Société Chimique de France en janvier 1966.
Le plus souvent, le ou au moins l'un des groupements R est un substituant
électro-attracteur et non partant et plus préférentiellement est différent
d'un
substituant carboné.
Le ou les substituants) R lorsqu'il(s) est (sont) attracteur(s) peut (peuvent)
être
choisis) parmi les atomes d'halogènes et les groupements suivants
- NO
- SO2AIk et S03AIk
- Rf et de préfërence CF3
- CN
- CHO
- COAIk
- CO~', où ~' est choisi parmi les ' mêmes valeurs que ~, avec les mêmes
préférences
- COOAIk
- phosphone et phosphonate
avec le symbole Alk représentant un hydrogène avantageusement un groupe
alcoyle, linéaire ou ramifié, de préférence de Ci à C4:
Comme exemples de groupements R préférés, on peut plus partïculièrement
citer les atomes d'halogéne et le groupement nitro.
Le ou les substituants R électro-attracteurs sont plus préférentiellement
localisés en
position ortho et/ou para par rapport aulx) groupements) partants) ~.
En ce qui concerne l'agent nucléophile destiné à se substituer au (x)
groupements) partants) X au niveau du substrat aromatique il peut être
engendré in
situ lors de la réaction d'irradiation.
Comme agent nucléophile susceptible d'être utilisé selon l'invention, on peut
notamment citer
- la phosphine, l'arsine, l'ammoniac,
- les phosphines, arsines, amines et leurs anions,
- l'eau et son anion,
- les alcools et alcoolates,
- les hydrazinés, semi-carbazides,
- les sels d'acides faibles tels les carboxylates, thiolates, thiols,
carbonates,
- le cyanure et ses sels,
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- les dérivés maloniques et
- les imïnes.
Les dérivés nucléophiles azotés présentent un intérêt tout partïculïer dans le
cadre du procédé revendiqué.
Les agents nucléophiles dont la fonction nucléophile est un anion, donne de
bons résultats.
Un autre but de la présente invention. est de fournir un procédé notamment
utile
pour réaliser des réactions d'échanges entre le fluor et les halogènes du
nombre
atomique plus élevé, présents sur le substrat aromatique, et notamment les
réactions
d'échanges entre le fluor et le chlore.
Les réactions d'échanges inverses, c'est-à-dire le remplacement d'un halogène
par un halogéne de rang plus élevé, sont également possibles. Toutefois, ce
type de
réaction présente un intérêt moindre et est en outre plus difficile à
réaliser.
Néanmoins, il est à la portée de l'homme de l'art de mettre à profit
l'enseignement du
présent procédé pour réaliser d'autres réactions d'échanges, et notamment ces
réactions d'échanges inverses.
Dans le cas des réactions d'échanges entre le fluor et les halogènes d'un
nombre atomique plus élevé, on privilégie l'emploi d'un fluôrure à titre
d'agent
nucléophile:
Avantageusement, le fluorure est un fluorure d'un métal alcalin de nombre
atomique au moins égal à celui du sodium et de préférence est un fluorure. de
potassium.
Le fluorure, alcalin ou alcalino-terreux est au moins partiellement présent
sous
la forme d'une phase solide.
En général, la réaction est menée à une température inférieure à celle retenue
pour une réaction menée dans les conditions usuelles.
Bien que cela ne soit pas préféré, la réaction peut être menée en présence
d'un
solvant.
On peut également procéder à une récupération en continù des composés les
plus volatiles au fur et à mesure de leur formation. Cette rëcupération peut
être par
exemple réalisée par distillation.
Selon un des modes possibles, le chauffage est réalisé partiellement ou
totalement par micro-ondes de !a présente invention ; dans ce cas il est
préférable
que les micro-ondes soient émises par périodes courtes (de 10 secondes à 15
mn)
alternant avec des phases de refroidissement. Les durées respectives des
périodes
d'émission de micro-ondes et des périodes de refroidissement sont choisies de
manière à ce que la température à la fin de chaque période d'émission de micro-
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ondes demeure inférieure à une température initiale fixée et qui est en
général
inférieure à celle de la résistance des ingrédients du mélange réactionnel.
II est également possible de réaliser un tel chauffage selon un mode
opératoire
dans lequel le mélange réactionnel est soumis sïmultanément aux micro-ondes et
à
un refroidissement. Selon cette varïante, la puissance dégagée par les micro-
ondes
est alors choisie de manière à ce que, pour une température initiale fixée,
généralement celle de fonctionnement, elle soit équivalente à l'énergie
évacuée par
le système de refroidissement et ceci à la chaleur dégagée ou absorbée par la
réaction prés.
Un tel procédé de chauffage actinique a par ailleurs pour avantage d'être
compatible avec un mode de fonctionnemenfi en continu. Ce mode d'utilisation
permet avantageusement de s'affranchir des problèmes d'échanges thermiques
susceptibles d'être engendrés lors des opérations d'ouvertures et fermetures
du
réacteur où sont émises les micro-ondes.
Selon ce mode de. fonctionnement, les matériaux à activer sont introduits en
continu via un orifice d'entrée au sein du réacteur où ils subissent une
activation par
micro-ondes et on évacue, en continu, dudit réacteur via un orifice de sortie,
les
produits activés.
Dans le cas de chauffage actïnique par micro-ondes, ï1 est préconisé
d'utiliser
une puissance dégagée par tes micro-ondes comprise entre 1 et 50 watts par
milliéquivalent de substrat aromatique. II est également souhaitable de se
plier à la
contraïnte selon laquelle la puissance dégagée par les micro-ondes. est
comprise
entre 2 et 100 watts par gramme de mélange réactionnel.
Le milieu selon l'invention peùt être ùtilisé concomitamment avec un
catalyseur
réputé être un catalyseur de transfert de phases, surtout quand ce catalyseur
est un
catalyseur de nature cationique. II peùt notamment s'agir de cations cryptés
par
exemple des éthers couronnes cryptant des alcalinsï
Ces catalyseurs de transfert de phases peuvent étre utilisés en présence ou en
absence, de préférence en présence, d'un cation alcalin particulièrement lourd
et
donc de rang atomique élevé tel que le césium et le rubidium.
La teneur en cation alcalin lorsqù'il est ~ utilisé comme promoteur est
avantageusement comprïse entre 1 et 5%, de préférence entre 2 et 3% en moles
de
l'agent nucléophile utilisé. Ces domaines sont des domaines fermés, c'est-à-
dire
qu'ils comportent leurs limites.
Le réactif peut comporter à titre de promoteur des agents de transfert de
phases et qui sont des oniums (cations organiques dont le nom se termine par
onium). Les oniums représentent en général i à 10%, de préférence de 2 à 5% en
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moles du substrat aromatique, le contre ion est indifférent mais le plus
souvènt
halogéné.
Dans la présente description, les oniums sont définis comme des composés
choisis dans le groupe des cations formés par les colonnes VB et VIB tels que
définis
dans le tableau de la classification périodique des éléments publiés au
supplément
au Bulletin de la Société Chimique de France en janvier 1966, avec
respectivement
quatre (colonne VB) et (colonne VIB) ou trois chaînes hydrocarbonées. Ces
agents
de transferts de phase sont usuellement utilisés lorsque le mélange
réactionnel
comporte au .moins deux phases condensées (rappelons que «phase condensée»
recouvre les phases liquides et solides) dans la présente invention ces agents
présentent beaucoup moins d'intérêt, les phosphoniums étant, pour un grand
nombre
d'entre eux, considérés comme des agents de transfert de phase.
Parmï les oniums, les préférés sont les tétraalcoylammoniums de 4 à
28 atomes de carbone, de préférence de 4 à 16 atomes de carbone:. Le
tétraalcoylarnmonium est en général du tétraméthylammonium. II convient
toutefois
de signaler que l'intérêt de tels composés dans le milieu selon la présente
invention
présente moins d'intérêt que dans la technique usuelle.
Selon l'invention les solvants aprotiques polaires sont ceux qui présentent
avantageusement un moment dipolaïre significatif et un nombre donneur
relativement
élevé. Ainsi, sa constante diélectrique relative epsilon est avantageusement
au
moins égale à environ 10, de préférence l'epsilon est inférieure ou égale à
100 et
supérieurè ou égale à 25 et son indice donneur compris entre 10 et 50, ledit
indice
donneur étant 1è ~H (variation d'enthalpie) exprimé en kilocalorie de
l'association
dudit solvant aprotique dipolaire avec le pentachlorure d'antimoine: Selon la
présente
invention ces solvants jouent un rôle de tiers solvant mais leur présence est
nuisible
à fa cinétique de la réaction, aussi leur proportion doit être limitée aux
valeurs
spécifiées ci-dessus.
D'une manière générale, il est connu qu'unè granulométrie fine a une influence
sur la cinétique. Ainsi, ï1 est souhaitable que ledit solide en suspension
présente une
granulométrie telle que son d9o (défini en tant que la maille laissant passer
90% en
masse du solide) est au plus égal à 100 pm, avantageusement au plus égal à 50
pm;
de préférence au plus égal à 200 pm. La limite inférieure est avantageusement
caractérisée par le fait que ie d1o dudit solide en suspension est au moins
égal à
0,1 pm, de préférencè au moins égal à 1 pm.
En général, le rapport entre ledit agent nucléophile, de préférence le
fluorure
alcalin, et ledit substrat est compris entre 1 et 1,5, de préférence aux
alentours de 5/4
par rapport à la stoechiométrie de l'échange.
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Le taux en masse en matières solides présentes dans le milieu réactionnel est
avantageusement au moins égal à 1 /5, avantageusement 1 /4, de préférence 1
/3.
L'agitation est avantageusement menée de manière qu'au moins 80%, de
préférence au moins 90%, des solides, soit mainfienu en suspension par
l'agitation.
Selon la présente invention, la réaction est avantageusement menée à une
température allant d'environ 150 à environ 250°C. Dans la présente
description le
terme "environ" est employé pour mettre en exergue le fait que les valeurs qui
le
suivent correspondent à des arrondis mathématiques et, notamment , que, en
l'absence de virgule, lorsque le ou les chiffres les plus à droite d'un nombre
sont des
zéros, ces zéros sont des zéros de position et non des chiffres significatifs,
sauf bïen
entendu s'il en est précisé autrement.
II convient toutefois de souligner que lorsque la température augmente, la
cinétique augmente mais que la sélectivité diminue.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
I. Echange SNA~
Dans un ballon de 5 ml surmonté d'un réfrigérant à roue, , on ajoute
3 équivalents de I<F et 0,4 équivalent de chlorure de tétraméthylammonium dans
un solvant ionique, à savoir le méthylbutylimidazolinium, c'est-à-dire ou R1
est
méthyle et/ou R6 est butyle. Le coanion est le PF6_. Le tout est séché à
100°C sous
vide de la pompe à palette (10-2 mm de, mercure) et sous agitation magnëtique
pendant 3 h. On addition un équivalènt du substrat et l'on chauffe 24 h à
150°C.
Ensuite, on refroidit à l'ambiante puis on extrait le milieu réactionnel trois
fois avec
3 ml d'éther éthylique. On réalise un dosage de cette solutiàn en
chromatographïe
en phase vapeur, puis on effectue un contrôle RMN sur l'isotope 19 du fluor
pour
identifier les produits de la réaction.
Exemple 1
Substrat parachloronitrobenzène
La manipulation a été réalisée sur, d'une part, du fluorure de potassium du
commerce, et d'autre part, sur du KF ultrasec obtenu par atomisation à plus de
300° d'une solution aqueuse de fluorure de potassium. Dans le cas du
fluorure du
commerce, on obtient 60 % du produit fluoré et 40 % du produit de départ dans
les
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mêmes utilisations de fluorure de potassium atomisé améliorent légèrement les
résultats.
Exemple 2
Action sur le trichloronitrobenzène
On reprend le mode opératoire général en changeant les quantités de KF et
de chlorure de tétraméthylammonium, on utilise ici 2 équivalents de KF,
1 équivalent de chlorure de tétraméthylammonium, on récupère 18 % du produit
de
départ, 35 % du mono, substitué en ortho, 6 % du mono substitué en para et 31
du difluoré. Des comparaisons en faisant baisser la proportion d'agent de
transfert
de phase montrent que celui-ci a relativement peu d'importance.
Exemple 3 : Comparaison entre différents solvants ioniques
La comparaison est faite entre
~ le butylméthylimidazolinium, ci-après désigné par Bmim avec comme coanion
PF6 ;
~ le N-octylméthylimidazolinium C$ linéaire, ce cation sera désigné
ultérieurement
par Cemim avec comme coanion BF~: ;
~ le butyldiméthylimidazolinium ci-après désigné par Bdim avec comme coanion
BF4
~ l'éthylméthylimidazolinium ci-après désigné par Emim et sous forme de
bromure ;
~ et le sulfolane qui représente l'état antérieur de la technique.
II est à noter que lorsqu'il y a deux substituants sur fimidazole; ces deux
substituants sont situés sur chacun des azotes: Quand il y a un troisième
substïtuant, il est substitué sur le carbonè situé entre les deux azotes; et
correspond dans la nomenclature de la présente description, à R5.
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Br-_
N+~
N
EmimBr
M.P. 79-81 °C ; soluble dans l'eau, soluble dans CH2CI2, insoluble
dans Et20.
Comparaison avec BmimPF6, C8mimBF4, BdmimPFs et le sulfolane.
CCI CFCI2 CF2CI CF3 CCI3
~Frn. (2 éq~) I ~ I ~ I ~ I w Autres
~ U U U
i 6h., 150 °C , ~ ~
BmimPF6 94% 5% 0% 0% 1%.
BdimPFg' 38% 7% 0% 35% 20%
CBmimBFq. 82% 3% 0% 2% 13%
EmimBr 21% 63% 5% 0% 11%
sulfolane' 8% 5% 0% 86% 1%
(par CPV)
La ractivit beaucoup plus leve
dans le solvant EmimBr est encore
mieux
illustre avec la comparaison suivante
ccl CFCI2 CF2CI CF3 CCI3
s KFrn. (2 G~) w w ~ w Autres
15~ ~ , ~ , ~ ~ ~ ~
0
aprs 2~ min.
BmimPFs 10% 0% 0% 90% , 0%
EmimBr 62!0 17% 0% 1 % 20%
(par CPV)
Exemple 4
Sélectivité vis-à-vis du composé monofluoré
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II s'agissait de savoir si le solvant le plus efificace du point de vue de la
cinëtique
pouvait permettre d'obtenir une bonne sélectivité pour obtenir un composé
monofluoré et ce notamment en utilisant une quantité réduite de fluorure de
potassium.
Réaction avec 1 seul équivalent de K>=
CCI CFCl2 CF2Cl CF3 CCI3
g
I<Frn. ~(1 éq.) I w I w I \ I w Autres
150 C ~ ~ e ~i
Après 70 min BmimPF6 35% 2% 0% 62% 1'%
Aprés 6 min. EmimBr 41 % 2% 0% 34% 23%
Aprés 20 min. EmimBr 54% 2% 0% 26% 1$°!°
Aprés 300min. EmimBr 42% 8% 0% 24% 26°!°
(par CP~
Comme dans le solvant BmimPF6, avec 1 équivalent de I<F: la réaction bloque.
Pour EmimBr le maximum est atteint après 20 min:; après 6h de réactiôn on
constate que la consommation de trichlorotoluène a peu évolué. Par rapport aù
solvant BmimPF6 on constate que la cônsommation du produit de départ est
nettement plus élevée.
- Influence de la température.
CCi CFCi2 CF2Ci CF3, CCi3
3 KFrh. ô2 éq.) I ~ I ~ I ~ I w Autres
120 C ~
Après 300 min BmimPF6 2% 0% 0% 97% 1
Aprés 90 min. EmimBr 78% 3% 0% 14% 5%
(par CP~
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Exemple 5
Synthèse du composé difluoré
CCl3 CFCl2 ÇF2Ci CF3 CCl3
KF~n. 03 éq.) I w I w ~ w I ~ Autres
150 C ~ , i
Après 10 min EmimBr 30% 57% 4% 1 % 8%
Aprés 200 min. EmimBr 4% 77% 12% 0% 7%
(par CP~
Au vu de ces résultats, on s'aperçoit qu'il est possible d'accéder
sélectivement
aux composés monofluorés et dïfluorés. L'accès au composé trifluoré est
également
possible.
On s'aperçoit que pour la réaction de fluoration étudiée on peut déterminer à
ce
stade 3 types de solvants
- Solvant très réactif : EmimBr
- Solvant réactif : EmimPF6>BmimPF6,, BmimBF4 >C$mimPF6, C$mimBF4
- Solvant un peu moins réactif : BmimCl, BmimTf2N
L'anion et la longueur de la chaîne alcoyle ont une influence sur le résultat.
En allongeant la chaîne alcoyle (augmentation du caractère hydrophobe) on
diminue la réactivité.
Exemple 6
Propriétés de différents imidazoliniums testés
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U
V
o
M M
U U U U U U
'
U U U U U U
N U W W fn N
O O O O O O
~
~1 i~ %~ ~ ~ ,
Ctf~ ~ = t ~ L
U U U U U
'
U U U
U o U V
~
~ o ~ o ~ M d-
~ N .~. f~ wn !~ M
~ T 'r.~ v Cfl~ 00 CO .J r .~ .~
.
U
N
U U ~ N U
~ ~ ~ ~ C
C
U
Q
U
,
L1J cn v~ uo W
N,
N
U in cn v~ m cn cn cn cn cn
~ C C C C C , ' C C
N ~ U N U
~~
N
M M 00 M 1U M
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N N N
N
T M M N ~
C
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p
M M M M U
N N, N ~
,
7
N
~ ~ ~ ~
M d' i C
N d" ~ ~p N d' (fl 00 N d' CflN c) N d'
II il II II II II II II II II II II II II II
~
C
C ~ C C C C C C C C C C
Z
~
~
cn M
U- N
LL u.
U U U U U ~n
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Exemple 7
Étude de différents solvants ioniques dans la monofluoration du
phénylchloroforme
C4Hg ~ CsHi7 ~ ~ H3
N ~ N't C4~ ~N
ON-CH3 ~ pFg- ~N-CH3 a $F4' ~N~CH PF -
3~ 6
BmimPFs CBmimBF4 BdimPFs
Préparation des s~ivants ioniques
Exemple 7a
Préparation des solvants ioniques
Diverses procédures,on été décrites dans,la littérature pour la synthèse de
solvants iôniques. En ce qui concerne les solvants ioniques possédant un
catïon
imidazole la synthèse commence par la formation de l'halogénure, par
condensation de l'imida~ole et de l'halogénoalcane correspondant (Schéma 2).
Ri Ri Ri
R--X N ~ -Me R \ N + N-Me X - HA ou NaA ou AgA R ~ N + N-Me ~ A, _
Schéma 2
La seconde partie de la synthèse consiste â échanger l'ion chl~rure par
l'anion souhaité; 3 méthodes ont été décrites dans la littérature:
- par réaction avec l'acide correspondant (ex: HPF6);
Problème: prësence d'acide dans le solvant ionique final.
- par réaction avec le sel de sodium correspondant (ex: NaBF4);
Problème: la réaction est souvent incomplète et C"mimCl est miscible dans
CnmimA.
- par réaction avec le sel d'argent correspondant (ex: Ag BF4)
Problème: cette méthode est limitée de par le prix des sels d'argent utilisés
(ex: AgBF4 5g/514 frs Aldrich).
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La méthode utilisant la solution acide a l'avantage d'être une réaction
complète et les traces d'acides peuvent être éliminées si l'on prend soin de
laver
le solvant ionique, formé à l'eau jusqu'à pH neutre. Si le solvant est stocké
durant
une longue période, il n'est pas inutile de le relaver à l'eau avant
utilisation.
II a été montré qu'une filtration sur gel de silice et un lavage au carbonate
de sodium permet d'atteindre une meilleure pureté en particulier dans le cas
ou
ia réaction d'échange de l'anion a été,faite en utilisant le sel de sodium.
Pour notre étude nous avons synthétisé nos solvants en utilisant l'échange
d'anion par une solution acide de HPF~ ou HBF4 comme,décrit ci-dessous.
Procédure pour bmimPFs (i-n-butyl-3-methylimïdazolinium
hexafluorophosphate)
Le 1-méthyl-1 H-imidazole (15 ml, 0,18 mmol) et le 1-chlorobutane (19 ml,
0,18 mmol) ont étë agités à 70 °C à reflux pendant 72 h. Le liquide
rësultant a .
été laissé refroidir à la température ambiante puis lavé avec de l'acétate
d'éthyle
(3 x 50 rnl). Les traces résiduelles de l'acétate d'éthyle ont été éliminées
par .
tirage sous vide suivi par une dilutïon du liquide visqueux dans l'eau ,(100
ml).
L'acide hexafluorophosphorique (30 ml d'une solution à 60 % dans l'eau,
0,2 mol) a été ajouté à l'émulsion résultante avec précaution pour éviter un,
dégagement violent de température, puis le mélange a été agité toute la nuit.
Les deux phases ont été séparées et le liquide ionique a été lavé avec des'
aliquots d'eau (30 ml) jusqu'à ce que cette eau de lavage ne soit plus acide.
Le
mélange a alors été chauffé sous vide 'à 70 °C pour éliminer les traces
d'eau et .
obtenir le liquide ionique BmimPF6 (47 g, rendement de 92 %). Enfin, un
passage . sur gel de silice du liquide ionïque BmimPF6 dissous dans du
dichlorométhane (50 ml) suivi par plusieurs lâvages du gel de silice avec du
dichlorométhane (5 x 20 ml) a permis d'obtenir le BmimPF6 incôlore (39 g, 76
de rendement).
Les autres solvants ioniques C8mimBF4 et BdimPF6 ont été prëparé en
suivant cette méthode en utilisant les produits de départs correspondants.
Tous
ont été analysés par RMN du fluor, du proton, du carbone et du phosphore (pour
les anions PF6).
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Exemple 7b
Réactivité des différents solvants ioniques
- Dans BmimPFs
CÇI3 KFrh. (2 éq~) CFCI2 CF2CI CCl3
autres
bmimPFe I ~ I ~ I ~
6h., 150 °C
1 mmol 94% 5% 0% 1 % (par CPV)
mmol g4% 5% 0% 1 % (par CPV)
Schéma~3
La réaction de monofluoration est totale en utilisant 2 équivalents de
fluorure
de potassium, après 6h. à 150 °C. En début de réaction, le solvant
ionique se
colore en rouge, et cette coloration persiste même après lavage à l'eau et à
l'éther mais la RMN du proton indique que te solvant est propre.
- Influence du catalyseur
Le chlorure de tétraméthylammonium a été utilisé dans des études préliminaires
pour catalyser cette réaction. Cependant, dans les conditions décrites ici,
pour
la réaction de monofluoration, le catalyseur n'a pas d'influence sur la
cinétique
de la réaction comme il est possible de le voir en comparant les courbes
suivantes (Graphique y):
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Avec 2 éq. de KF,,, et 0.1 éq. de TMAC
-Avec TMAC -Sans TMAC
120,00 %
100,00
80,D0%
60,00% j /.-~ ~ '
40.00 ~ ' ' ' ' ,
f
20,00
0,00
' 0 40 70 120 150 185 ' 225 295
. 15' 360
Temps (minutes)
Graphique '1
C~uantit
de
KF
Avec KF~h la raction ralentit :
1,5 70 % de PhCFCl2 et 30 % de
quivalnt
de
PhCCl3
(Graphique
2).
. Avec 1.5 eq, de KF~,,
100.00io . ..r~.- '
, ~.,
~ '
~ ,
e
90.00% "~
t
~ ~
~'~
80.00 '
% ''~ _.
. ~
.. ,,~.. ,
'
70.00%
' ,
60,00
y ~ ' -CFCI2'
50;00b
?~ -CCI3
40,00%
~~~
30.00%
20,00%
10,00
O,OD
. 0 150 200 250 300 350
~ 50
100
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Graphique 2
Dans les mëme conditions, avec 1 équivalent de KF~h la réacfiion ralentit
34 % de PhCFCl2 et 66 % de PhCCl3 (Graphique 3).
Avec 1 éq, de KF,h
loo.oo% , 'I
so,oo %
30.00% ~~
e
70,00% ~
~~~
w°.--.~.._,.r.-,.'°'
so,oo%
50.00% =CCI3
CFCI2
40,00%
30',00% ' ' ,
20.00
10.00%
0.00% ,
0 30 6090 120 150 180 210 240 ~ 270 300 ' .
Temps (minutes)
Graphique 3
Exemple 8
Recyclagè du solvant BmimPFs
La procédure utilisée pour chaque réaction est la suivante
Une suspension de 116 mg (2 mmol) de fluorure de potassium dans 2 ml
d'hexafluorophosphate de butylimidazolinium a été agitée pendant 1 h à
100°C
sous un vide de 0,1 mm de mercure.
Après remplacement du vide par de l'azote, on porte à 150°C, puis
on
introduit 142 p1 de phénylchloroforme (1 mmol) ont été ajoutés, et le mélange
réactionnel a été chauffé à 150°C pendant 6 h: Les matières organiques
ont été
extraites trois fois avec 3 ml d'éther diéthylique. Le liquide ionique fut
lavé trois
fois avec 3 ml 'd'eau froide. Le liquide ionique a alors été à nouveau chauffé
à
100°C pendant 1 h sous vide avant réutilisation comme précédemment.
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Exemple 9 : Essais comparatifs de l'infiluence de la teneur en sels fondus sur
l'avancement de la réaction
Mode opératoire
Dans un tube de 60 ml sont introduits
- le 1,3,5-trichlorobenzène : 0,5 g (2,8 mmol)
- le sulfolane 0,2 g
- KF (atomisé) : 0,51 g (3,1 équivalents molaires/TCB)
- Bu4PBr : quantité variable selon l'essai voir tableau.
Les tubes sont fermés par un septum et un bouchon à vis, puis chauffés sous
agïtation durant 3 heures à 230°C. Après retour à température ambiante,
les
composés organiques sont solubilisés dans du dichlorométhane, et analysées
par CPG.
d'change Rapport entre
CI/F ralis d echange CI/F
Rdt Rdt ralis et
EssaisEq Bu4PBr Rdt % % (DCFB,
%
molaire/TCB DFCB TFB pFCB, TFB) quantit Bu4PBr
molaire/TCB
1 0,26 4 0 0 1 0,15384615
2 0,51 20 0 0 7 0,39215686
3 0,77 60 21 0 34 1,32467532
4 1,03 38 35 2 38 1,10679612
5* 1,50 29 43 9 47 0,94666667
6* 2,00 25 40 11 46 0,69
Les valeurs avec taux de transformation élevé en di et surtout en trifluoré
sont
sous évaluées, en raison de la volatilité de ces composés ce qui conduit d'une
part à une perte des produits formés et d'autre part à un temps de séjours des
volatils plus .faible. Ces éléments rendent l'effet nén linéaire du Bu4PBr
encore
plus indiscutable.
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d'échange CIIF
40
30
--~--
Sr
1p
0
0
p~5
1
~~5
2
2,5
quivalents
Bu4PBr
Léquel effet .non linéaire apparait aussi nettement lorsque les mesures sont
présenteés de la mâniére suivante
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O O O O DOI~
E
,~ O O O r r O
~
ti O O O O O O
O U
p"
O O O O N t0
E ~ O O O ~ M O
.~ N V O O r O O C7
M O
~ T ~ ~ N C~7r.
~
~
O O
~ > C
~ O N r, ~ O
~ ~ l 'p~ r- M M r ~ C~
, O O r r 'OO
U U ~ ~O
a _~ 0
+
~ O O
~
lti 'C p p p O O O O
~
~ .N ~ ~ ~ '- ~ M M d~.'d0"
~Ci (~ (L U
'
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O O
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U
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O
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A ~ N OQf~ 00
~ O C ~
L
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~ ~ ~ ~EN
G4 'C c W
~' ~ p cw i ~ ~.n
c ~
~ ., ~ O O r r N
~ ~ O
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(
0 t~
Q
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o,s
"rendement premier
gchange
-"rendementsecond' ''~.~ '
change
0
7
, . rendementiroisimechanga
_r.........---
6
,-
0 ~
,
0
4
,
0
3
,
0
2
.
1 ,_
~'
0 _ ~... r,. ~.,y....
~
0 ', 0,26 ' 0,51 0,77 1,03 1,50 2,00
' rapportmolalre entre phosphonlum et substrat
La forme en S des courbes ci dessus montre que l'effet des phosphoniums n'est
pas linéaire et que l'effet du phosphonium à des ràpports élevés n'est pas
réduçtible à celui dés fàibles rapports. A partir d'un rapport de l'ordre de
'/4 et
surtout d'un tiers l'augmentation de la conversion devient considérable.
Exemple 10 : essai en réacteur~~arFaitement agité
Dans un réacteur de 500 ml sont introduits
~ TCB 61.5 g (0.34 mol)
~F 85.1 g (0.36 mol, 3,3 équiv/TCB)
~ Bu4PBr 154.4 g (0:166 mo1,1,34 équiv/TCB).
Le mélange est chauffé à 120°C, mis sous agitation (suspension
homogène), puis chàuffé à 190-210°C durant 4 heures. Les composés
volatils formés au cours de la réaction sont distillés en continu.
Puis le chauffage est coupé, le réacteur est mis sous vide partiel (150-
200 mbar), afin de distiller le TCB et le FDCB.
Somme des distillats récupérés : m = 48.4 g
Bilan oraanigue aromatiaue analyse CPG
Produit Somme % molaire
TCB mmol 19.5 5.7
FDCB (mml 132.4 39
DFCB mmol 118.4 35
TFB mmol 43 13
Somme 313.3 92.7
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Exemple 11 : réaction du 1,3-dichlorobenzène
CI F F
Bu4PC1
CI 'CI 'F
DCB CFB DFB
Mode opératoire
Dans un réacteur parfaitement agité de 200 mL muni d'un thermomètre et d'un
dispositif de distillation, on introduit dans l'ordre
- KF : 12,50 g (2,11 équivalents /.1,3-dichlorobenzène)
- Bu4PCl : 90,07 g (3,00 équivalents /1,3-dichlorobenzène
- 1,3-dichlorobenzène : 14,99 g
Milieu réactionnel est chauffé durant environ 3 heures, à 210-220°C
sous un
léger reflux.
On distille sous pression atmosphérique une première fraction (1), puis on
effectue une distillation sous vïde partiel (jusqu'à 33 mbar, 220°C
dans la masse
réactionnelle). conduisant à la fraction (2).
Les fractions 1 et 2 sont rassemblées et analysées en HPLC.
Résultats
Taux de transformation du DCB = 74,7
Rendement du CFB = 55,3
Rendement du DFB = 5,7
Exemple y2 :réaction du 1,2,4-trichlorobenzène
CI F CI CI F CI F
Bu--=~ ( / + I / + I / + ~ r + I / +
ICI ICI ~F ICI ~F ~F CI
CI CI CI F CI F F
124TCB DCFB CDFB
CA 02445459 2003-10-27
WO 02/092608 PCT/FR02/01657
Mode opératoire
Dans un réacteur parfaitement agité de 200 mL muni d'un thermomètre et d'un
dispositif de distillation, on introduit dans l'ordre
- KF : 13,8 g (1,5 équivalents ./124TCB)
- Bu4PCl : 47 g (1 équivalent /124TCB
- 1,2,4-trichlorobeznène : 29,8 g
Milieu réactionnel est chauffé durant environ 3 heures, à 205-215°C
sous un
léger reflux.
On distille sous, pression atmosphérique une première fraction (1), puis on
effectue une distillation sous vide partiel (jusqu'à 280 mbar, 220°C
dans la
masse réactionnelle) conduisant à la fraction (2).
Les fractions 1 et 2 sont rassemblées et analysées en HPLC.
Résultats
Taux de transformation du 124TCB - 80,4
Rendement du DCFB = 45,2
Rendement du CDFB = 5,5
