FR2510102A1 - Procede de purification de derives d'acides phenoxybenzoiques - Google Patents
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Abstract
PROCEDE DE RECUPERATION ET DE PURIFICATION DE DERIVE D'ACIDE PHENOXYBENZOIQUE BRUT OU SES SELS EN MELANGE AVEC UN OU PLUSIEURS ISOMERES ETOU SOUS-PRODUITS, LEDIT PROCEDE ETANT CARACTERISE EN CE QU'ON MET EN CONTACT CE DERIVE OU SON SEL AVEC UN SOLVANT INERTE POUVANT DISSOUDRE SELECTIVEMENT LES ISOMERES ETOU SOUS-PRODUITS INDESIRABLES PUISQUE L'ON SEPARE LE DERIVE D'ACIDE PHENOXYBENZOIQUE OU SON SEL DE LA SOLUTION D'ISOMERES ETOU SOUS-PRODUITS INDESIRABLES.
Description
L'invention a pour objet un procédé et purifier certains composés
herbicides du phénoxybenzoïques et leurs dérivés De tels grande efficacité, notamment pour contr 61 er ce diverses mauvaises herbes présentes dans soja; ces composés herbicides peuvent être quatre étapes indiquées ci-après: Etape i: Formation de sel pour récupérer type acides composés ont une
en post-émergen-
les cultures de préparés en CH 3
OH + MOH
H 3 C
W "OM +H 2 O
M est un métal alcalin ou un cation ammonium.
Etape 2: Couplage H C
? OM
xl X 2 x 3
+ MX 4
X 1, X 2 et X 3 pouvant être chacun un atome d'hydrogène, de fluor, de chlore, de brome ou CF 3 ou OCF 2 CHZ 2 (Z = C 1, F ou Br), GCF 3, CN, C 02 R (R = alkyle inférieur); C 6 H 5, 0-alkyle, NO 2 ou 502 R (R = alkyle inférieur) et X 4 peut être un atome de fluor, de chlore ou bien un atome oe brome à condition qu'au moins l'un des symboles X 1, X 2 et X 3 soit autre que l'atome d'hydrogène Par racical inférieur on entend un radical ayant au plus 4 stzo ticornx 2 Etape 3: Oxydation Etape 3: Oxydtio O n CH 3 xi X 2 + 30 Catalvseur
X 3 2 X 1
X 3
+ H 20
les différents symboles ayant les significations déjà indiquées. Etape 4: Nitration HOOC Xl
+ HNO 3
HOO 02 N
+ H 20
Le groupe carboxyle présent dans les composés de l'invention peut être introduit en vue d'une transformation ultérieure en divers autres dérivés, par exemple les sels, esters ou amides, par des procédés connus en soi La synthèse précédente en quatre étapes est particulièrement avantageuse pour la production d'acifluorfen, qui est
l'acide 5-C 2-chloro-4-(trifluorométhyl)phénoxy 3-2-nitro-ben-
zoique, dont le sel de sodium est commercialisé comme herbi-
cioe L'acifluorfen possède la structure suivante:
1
HON 02 N Cl
0 CF 3
Dzsi 9 N * y ' '"àl en utl ' <vt l nomencllllatu I l si; oute Loi j;s désignés enuilsntl nmnce française, t désignés en utilisant la nomenclature française; toutefois les chiffres indiquant la position des substituants sont placés avant les substituants, suivant les normes de la
nomenclature anglosaxonne.
Cependant, dans la pratique, la réaction de couplage de l'étape 2 et la nitration de l'étape 4 conduisent à la formation d'un peu d'isomères et autres composés indésira-_ bles qui subsistent jusqu'à ia fin du procédé Ainsi, par
exemple, les isomères et les impuretés secondaires indésira-
bles suivantes ont été décelés en association avec l'acifluorfen commercial: % en poids Acide 3-r 2-chloro-5-(trifluorométhyl) phénoxyl benzoïque 0,5 Acide 3-E 2-chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxy Jbenzolque 0, 5 4-L 2-chloro-4 (trifluorométhyl) phénoxylnitrobenzène 0,5 2-Nitro-5 2chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxyltoluène < 0,5 Acide 4-Nitro-5 l 2chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxy benzoique < 3 Acide 2-Nitro-5-5-chloro5-(trifluorométhyl) phénoxylbenzoique Z 3 Acide 2-Nitro-3-L 2-chloro-4(trifluorométhyl) phénoxy benzoïque 416 Acide 2,4-dinitro-5 l 2-chloro-4(trifluorométhyl) phénoxy benzoïque e 0,5 En conséquence, un besoin existe pour un procédé de récupération et de purification de dérivés du type acides phénoxybenzoiques en général et de l'acifluorfen en
particulier.
Un objet de la présente invention est donc un procé-
dé pour la récupération et la purification d'un dérivé d'acide phénoxybenzoïque brut de formule générale: Y y x 2
2 N
x 3 dans laquelle Y représente un groupe COOR ou COOH, R ayant la signification donnée ci-après, X 1, X 2 et X 3 peuvent être chacun un atome d'hydrogène, de fluor, de chlore, de brome ou CF 3 ou 0 CF 2 CHZ 2 (Z = C 1, F ou Br), OCF 3, CN, C 02 R (R = alkyle inférieur), -C 6 H 5, 0alkyle, N 02, -502 R (R =
alkyle inférieur), à condition qu'au moins un des substi-
tuants X 1, X 2 et X 3 soit autre que H Ce procédé com-
prena la mise en contact du dérivé brut du type acide phénoxybenzoique ou son sel avec un solvant inerte, qui dissout sélectivement une quantité substantielle d'isomère indésirable et/ou d'autre(s) produit(s) secondaire(s) associé(s) à l'acide, et la séparation ultérieure de l'acide phénoxybenzoïque ou son sel d'avec la solution d'isomère
et/ou d'autre(s) produit(s) secondaire(s) indésirable(s).
Le procédé susdécrit est simple et économique à
utiliser et fournit de hauts rendements en produit.
Le procédé de cette invention sera décrit ci-après
dans le cadre de la fabrication d'acifluorfen par la synthè-
se en quatre étapes décrites précédemment.
I Synthèse d'acifluorfen Etape 1: Formation du sel
H 3 c H C-
H H 3
OH + KOU_ OK + H 20
Du métacrésol ( 1 mole) est mis en réaction avec de l'hydro-
xyde d'ammonium ou un hydroxyde de métal alcalin, comme
ilyru xy Ae oe poitassiumi aqueux à > X er polos JU mo;le;.
Après que 50-60 % environ de l'eau ait été chassée par
distillation à 102 C et sous 50 mm de mercure ( 66,6 milli-
bars), on additionne en continu un cosolvant tel que le
diméthylacétamide (DMAC) La concentration du DMAC est main-
tenue de l'ordre de 3 à 8 % en poids du mélange réactionnel, _ tout en chassant simultanément l'eau et le DMAC par distil- lation entre 800 C et 1020 C sous une pression réduite ( 30 à mm de Hg-c'est-à-dire 40 à 67 millibars) Les vapeurs de DMAC/H 20 sont condensées et ensuite envoyées sur une colonne de fractionnement o les deux constituants sont séparés pour fournir du DMAC anhydre Le mélange crésolate de potassium-DMAC ( 3 à 8 % en poids de DMAC) reste en tant que solution s'il est maintenu audessus de sa zone de fusion ( 30 à 50 o C) et la viscosité est inférieure à 200 centipoises si la température est maintenue au-dessus de
700 C.
Etape 2 Couplage H r 3 H 3 ci H 3 C ci +ci 3 C O CF + KC 1 L'étape de couplage est réalisée en mettant en réaction du
métacrésolate de potassium avec du 3,4-oichlorotrifluoro-
méthylbenzène ( 3,4-DCBTF) dans le DMAC Du métacrésolate de potassium sec ( 4 moles) est dissous dans du DMAC anhydre et
du 3,4-DCTBF ( 1 mole) est ajouté tout en maintenant la tem-
pérature en-dessous ce 800 C Si le 3,4-DCTBF est ajouté alors que la température est au-dessus do 1130 C, plusieurs pourcents en poids de produits secondaires indésirables, à hauts points d'ébullition, sont formés Le rendement de la réaction de couplage est abaissé par la présence d'eau Les rendements optima sont obtenus lorsque l'eau est absente de
la solution réactionnelle.
La concentration o:eau maximum tolérée est d'environ 0,2 % et le rendement est réduit de 2 à 3 X en poids par
rapport à l'optimum lorsque l'eau est à cette concentration.
Cette solution est agitée et chauffée à 113 OC-116 o C,
température à laquelle une forte exothermicité se manifeste.
Le chauffage externe est arrêté et on laisse l'exothermicité porter la température du mélange réactionnel à 149 OC-155 o C -
Après la baisse de l'exothermicité, la température est main-
tenue en chauffant à 149 C durant deux heures Le mélange réactionnel est ensuite refroidi à 650 C en distillant le
DMAC sous pression réduite.
Le chlorure de potassium est recueilli dans une centrifugeuse et le produit est lavé avec 0,75 à 1 kg de DMAC fraîchement préparé par kg de précipité humide Ce lavage permet d'entraîner le phénoxytoluène intermédiaire qui imprègne le précipité Ce chlorure de potassium humide
est séché par chauffage dans un dessicateur à 180 OC à pres-
sion atmosphérique ou à une température plus basse sous
pression réduite -
Le phénoxytoluène intermédiaire est isolé en ajoutant les liqueurs mères au filtrat de lavage du chlorure
de potassium et en chassant le DMAC par distillation (max.
C à 25-50 mm Hg soit 33 à 67 millibars) Le liquide intermédiaire restant après avoir chassé le DMAC est lavé avec une solution aqueuse diluée ( 8 % en poids) d'hydroxyde de potassium ou de sodium ( 0,33 kg/kg d'intermédiaire), ce qui permet d'extraire le métacrésol n'ayant pas réagi et les impuretés solubles oans l'eau La solution aqueuse est rejetée aux eaux usées La quantité de métacrésol présente dans le produit final ne représente généralement pas plus
que 0,1 % en poids Le rendement en'phénoxytoluène intermé-
diaire à partir du métacrésol est de 90 à 92 % Un isomère indésirable est également formé avec un rendement de 6 à 7 % en poios et constitue l'impureté majeure ce l'intermédiaire désiré.
Etape 3: Oxydation-
H 3 C Ci Co(O Ac)2 4 H 20 o O CF + 3 02 N HOAC HOOC Ci Hoe C D+ H 20 b < _OF + iscrère L'oxydation du phénoxytoluène intermédiaire de
l'étape 2 en vue d'obtenir l'acide phénoxybenzoique corres-
pondant peut être réalisée en utilisant une source d'oxygène et un catalyseur d'oxydation L'oxygène présent dans l'air
est préférable pour des raisons économiques, pour la simpli-
cité et la sécurité de la mise en oeuvre Le réacteur est
chargé, à la pression atmosphérique et à température ambian-
te, en phénoxytoluène intermédiaire de l'étape 2 ( 1 mole),
en acide acétique ( 7,3 mole), en acétate de cobalt tétrahy-
draté ( 0,063 mole), en bromure de sodium ( 0,046 mole), en
peroxyde d'hyorogène ( 0,19 mole).
Le rapport molaire entre l'intermédiaire cité et l'acioe acétique ( 1/7,3) fournit une solution à environ 42 %
en poids de dérivé d'acide benzo Yque en fin d'oxydation.
L'oxydation peut être effectuée de telle façon que la concentration finale soit supérieure à 42 % en poids, mais l'aptitude à recueillir le produit par centrifugation devient plus difficile aux concentrations plus élevées De l'air est injecté dans ce mélange tout en portant et en maintenant la température à 94-96 o C Puisque la vitesse de réaction est proportionnelle à la pression partielle
d'oxygène, le temps de conversion décroît avec l'augmenta-
tion de la pression et de la concentration d'oxygène du gaz injecté La pression réactionnelle peut être choisie dans un
domaine compris entre la pression atmosphérique et une pres-
" sion absolue supericure c 7,7 bars La vic 4 s m n mu.
d'injection de l'air est de 1,0 litre par minute et par litre de solution réactionnelle (volumes gazeux mesurés dans les conditions normales de température et de pression) Le
rendement en produit intermédiaire du type acide phénoxy-
benzoïque est de 98 à 99 %.
Les catalyseurs à base de cobalt et de bromure peu- vent être recyclés en refroidissant le mélange réactionnel à
-190 C, puis en recueillant le produit dans une centrifu-
geuse, enfin en recyclant les liqueurs mères qui contiennent les catalyseurs en vue d'une réutilisation Les liqueurs mères recyclées contiennent également environ 15 % en poids
de produit intermédiaire du type acide phénoxybenzoïque.
Ainsi, la quantité de cette charge intermédiaire pour les
opérations suivantes est déduite de telle façon que la con-
centration en produit à la fin de l'oxydation reste à 42 % en poids L'eau de la réaction peut-être 'chassée des liqueurs mères recyclées par des moyens connus en soi, comme par exemple la distillation fractionnée ou l'addition d'anhydride acétique La teneur en eau est avantageusement
égale ou inférieure à 1 % en poids des liqueurs mères recy-
clées et égale ou inférieure à 2 % en poids après l'addition de peroxyde aqueux Le catalyseur et l'acide acétique qui imprègnent le précipité filtré d'acide phénoxybenzoïque peuvent être récupérés en dissolvant le "gateau" dans le
chlorure ae méthylène ( 4,1 kg à 210 C par kg d'acide phénoxy-
benzoïque brut intermédiaire) et en extrayant cette solution
à l'eau ( 15 kg/100 kg de solution de chlorure de méthylène).
L'acide acétique, l'acétate de cobalt, et le bromure de sodium passent dans la phase aqueuse qui peut être ajoutée aux liqueurs mères recyclées Environ 88 % en poids d'acide acétique et plus de 95 % en poids de cobalt et de bromure
sont récupérés dans chaque recyclage.
L'acide phénoxybenzoïque intermédiaire est stocké préférentiellement en solution, par exemple, dans du CH 2 C 12 cette solution étant prête pour l'étape de ni 2 rion j Cvanie2-i 22 est éliminé par distillation,
à pression atmosphérique, de la solution de produit intermé-
diaire dans CH 2 C 12 jusqu'à Ce que l'on obtienne une con-
centration de 2,67 kg de CH 2 C 12 par kg de produit inter-
médiaire et d'isomères correspondants On ajoute de l'anhydride acétique ( 1,4 mole/mole d'intermédiaire et d'isomères correspondants) ce qui permet d'accroître oe 67 % en poids la solubilité du produit intermédiaire et ce qui empêche la formation de cristaux même à 20 C. Etape 4: Nitration ci XBH (c H 3 o:)20
O +HN H 24
CF 3 3 >
CH 2 C 12
Ci COOH CF 3 O / b 2
La nitration en acifluorfen de l'acide phénoxyben-
zoïque intermédiaire issu de l'étape 3 est effectuée par des procédés connus en soi, par exemple à l'aide d'un mélange d'acides nitrique et sulfurique De manière préférentielle
on ajoute de l'anhyoride acétique pour absorber l'eau pro-
duite au cours de la réaction et l'eau associée aux acides nitrique et sulfurique mis en oeuvre Maintenir le système anhydre avec de l'anhydride acétique permet d'améliorer la sélectivité en acifluorfen On charge un réacteur agité à l'aide d'une solution d'acide phénoxybenzoïque intermédiaire
dans un mélange CH 2 C 12/anhydride acétique, ces 3 pro-
duits étant en proportions pondérales respectives ( 1/2,66/1,4) On ajoute alors en continu pendant 30 mn un
mélange o'acide sulfurique ( 2 moles/mole d'acide phénoxyben-
zoïque intermédiaire; concentration de l'acide sulfurique:
96 %) et d'acice nitrique ( 1,2 moles/mole d'acide phénoxy-
benzoïque intermédiaire; concentration de cet acide:
%) On laisse la température s'accroître depuis la tempé-
c zaluei ao,,Ui', O uq U' 45 C, uemperature qui -ast ensuite maintenue penoant 3 h On arrête l'agitation et laisse décanter On sépare les 2 couches liquides à 38-49 C La couche supérieure (solution dans le chlorure de méthylène) est lavée deux fois à l'eau ( 0,8 kg/kg d'acifluorfen brut chaque fois) Le chlorure de méthylène est éliminé par distillation par exemple à pression atmosphérique La distillation est arrêtée lorsque la température du mélange atteint 900 C Il reste un mélange à deux phases: la phase supérieure aqueuse et une phase dense solide-liquide dont la viscosité est inférieure à 200 centipoises audessus de 700 C Le rendement en acifluorfen est 84-85 %, le complément
étant des isomères indésirables.
Sur un plan plus général, on indique ci-après les conditions générales relatives à la récupération et à la
purification de l'acifluorfen -
On peut utiliser tout solvant inerte capable de dissoudre sélectivement les isomères et/ou autres produits
associés avec le dérivé d'acide phénoxybenzoique recherché.
Parmi les solvants utilisables, on peut citer des hydrocar-
bures tels que le pentane, l'hexane, l'heptane, le cyclopen-
tane, le cyclohexane, le cycloheptane, le benzène, le
toluène, les xylènes, les mélanges de xylènes, l'éthyl-
benzène, le cumène, le pseudocumène, l'éthyltoluène, le triméthylbenzène et d'autres encore; les hydrocarbures chlorés tels que le l,2oichloroéthane, le chlorure de méthylène, le chloroforme, le chlorobenzène et d'autres En général lorsque la quantité de solvant sélectif par rapport à l'acifluorfen brut s'accroit, la pureté de ce dernier
s'accroît mais cela s'accompagne d'une perte du rendement.
C'est pourquoi on préfère employer une quantité d'un solvant donné permettant un compromis optimal entre la pureté de
l'acifluorfen récupéré et le rendement.
Pour les xylènes (ortho, méta, para ou leurs mélan-
ges), qui sont les solvants préférés, la quantité optimale indiquée dans le graphique est d'environ 0,35 à 0,45 mole de
xylène(s) par mule d'acifluuiru, brut.
1 l La dissolution sélective des isomères et autres sous-produits peut être effectuée sur une large zone de températures mais l'on préfère ou bien ajouter le solvant à la solution biphasique encore chaude issue de l'étape de nitration ou bien effectuer la dissolution à températures modérées Par exemple, dans le cas du xylène, on obtient de bons résultats lorsque la température est comprise entre 65 et 1220 C, de préférence entre 76 et 880 C.
Exemple 1:
La récupération et la purification de la phase liquide-solide de l'étape de nitration comme indiqué
ci-avant sont effectués a l'aide de xylène suivi de la récu-
pération de l'acifluorfen à l'état solide La sélectivité du xylène permet de dissoudre la plupart des isomères et autres sous-produits indésirables et laisse un acifluorfen à l'état de solide cristallin Le xylène utilisé à raison de 0,115 kg de mélanges d'isomères par kg d'acifluorfen et d'autres sous-produits, est ajouté au mélange biphasique chaud ( 76-880 C) résultant de la nitration et ce mélange est agité puis refroidi à 250 C; on maintient cette température pendant 1 heure On recueille l'acifluorfen dans le panier d'une centrifugeuse Avec cette technique on obtient une récupération de 96-97 % La pureté de l'acifluorfen est de
82 % après élimination des matières volatiles, cette élimi-
nation étant effectuée à 650 C dans un évaporateur rotatif
sous une pression absolue de 20 mm Hg (= 26 millibars).
Exemple 2:
On mélange:
609 g du proouit liquide-solide issu de la phase de nitra-
tion similaire à celui de l'exemple 1, 428 g de CH 2 Ci 2, une trace d'acide acétique,
ml d'eau.
Le mélange est chauffé jusqu'à 400 C (point d'ébulli-
tin ac % '; 22 pour c 14 &mncr cc solvant Lorsque le mélange atteint 800 C, on ajoute 23,9 g de xylène et on agite pendant 30 mn à 80-850 C puis l'on refroidit à température ambiante et on laisse séjournera h Le mélange refroidi apparaît comme une émulsion épaisse L'acifluorfen solide est séparé par centrifugation On obtient l'acifluorfen avec un rendement de 82 % et une pureté de 80 %. .
1 I j I Ch BPACHOTTE
Claims (6)
1) Procédé ce récupération et ce purification de dérivé d'acide phénoxybenzoïque brut de formule générale:
X Y
ou ses sels, dans laquelle Xl, X 2 et -X 3 peuvent être l'atome d'hyorogène, ce fluor, de chlore, de brome, CF 3 ou OCF 2 CHZ 2 (Z étant l'atome de chlore ou de fluor ou de brome), OCF 3, CN, COOR (R étant un radical alkyle inférieur), phényle,
alkoxyle, NO 2 ou alkylsulfonyle, l'un au moins des radi-
caux X 1, X 2, X 3 ayant une signification autre que l'atome d'hydrogène; et Y représente un groupe COOR ou COOH, ledit dérivé brut o'acide phénoxybenzoïque ou son sel étant en mélange avec un ou plusieurs isomères et/ou sous produits du procédé ce fabrication dudit dérivé, ledit procédé étant-caractérisé en ce qu'on met en contact
ce dérivé ou son sel avec un solvant inerte pouvant oissou-
dre sélectivement les isomères et/ou sous-produits indésira-
bles puis que l'on sépare le dérivé o'acide phénoxybenzoique ou son sel ce la solution d'isomères et/ou sous-produits indésirables. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le dérivé d'acide phénoxybenzoïque est l'acifluorfen.
3) Procédé selon l'une des revenoications 1 ou 2, caractéri-
sé en ce que le solvant inerte est un hydrocarbure ou un
hydrocarbure chloré.
4) Procécé selon la revenoication 3, caractérisé en ce que
l'hycrocarbure est un xylène ou un mélange ce xylènes.
R),l elor l r 1 evenrir 3 tinn; Cnrrt 5 ri Tpn Ce nti'on utilise entre 0, 35 et 0,45 mole de xylène/mole d'acifluorfen brut.
6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé
en ce que la température de mise en contact est comprise
environ entre 65 et 122 C.
7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé
en ce que le dérivé brut d'acide phénoxybenzoïque est prépa-
ré par réaction du métacrésol avec un hydroxyde de métal alcalin ou d'ammonium de manière à obtenir un métacrésolate intermédiaire, ce métacrésolate étant mis en réaction avec un composé de formule: x i
W X
dans laquelle X 4 est un atome c'halogène et X 1, X 2, X ont les significations indiquées à la revendication 1,
de manière à obtenir un intermédiaire dérivé du phénoxyto-
luène de formule: X C 3 dans laquelle X 1, X 2, X 3 ont les significations déjà indiquées, et que cet intermédiaire dérivé du phénoxytoluène est mis en réaction avec de l'oxygène en présence d'un catalyseur d'oxyoation de manière à obtenir un intermédiaire dérivé d'acioe phénoxybenzoïque de formule:
X 1 OH
X 2 Xo\ v z \ ZI :3
et que cet intermédiaire est nitré de manière à obtenir.
ledit dérivé brut d'acide phénoxybenzoïque.
8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que X 1, X 2, X 3 et X 4 sont tels que: X 2 X 2} X 4 est le coro sé C 1 c Fc O 3 Lj ça de manière que le dérivé d'acide phénoxybenzoïque final est l'acifluorfen. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que,
dans l'acifluorfen brut, est présent au moins un des compo-
sés choisi dans le groupe constitué par: Acide 3-l 2-chloro-5(trifluoromnéthyl) phénoxy 3 benzoique *Acide 3 l 2-chloro-4(trifluorométhyl) phênoxy benzoique 4-l 2-chloro-4 (trifluorométhyl) phénoxylnitrobenzène 2-Nitro-5 l 2-chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxyl toluène Acide 4-Nitro-5 2-chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxyl benzoïque Acide 2-Nitro-5-l 2-chloro-5-(trifluorométhyl) phénoxyl benzoique Acide 2Nitro-3-32-chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxyl benzoïque Acide 2,4dinitro-5 { 2-chloro-4-(trifluorométhyl) phénoxy benzoïque
) Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caracté-
risé en ce Que le solvant est le xylène ou un mélange de %y X U I U b b e ",' ft Ch BRACHOTTE
%,,X' ,ê /
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