PROCEDE DE PREPARATION D'UN COMPOSE POLYAROMATIQUE.
La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un composé polyaromatique.
L'invention vise en particulier un composé de type biphényle.
Dans l'exposé qui suit de la présente invention, on entend "par composé aromatique polyclique", un composé comprenant au moins un enchaînement de deux cycles aromatiques, carbocycliques et/ou hétérocycliques.
Par "composé aromatique", on entend la notion classique d'aromaticité telle que définie dans la littérature, notamment par Jerry MARCH, Advanced Organic Chemistry, 4eme édition, John Wiley and Sons, 1992, pp. 40 et suivantes. D'une manière simplifiée, on désignera par l'expression "aryle" tous les composés aromatiques que ce soient des composés aromatiques carbocycliques ou des composés aromatiques hétérocycliques.
Des structures de type biaryle se rencontrent dans de nombreuses molécules utilisées dans le domaine agrochimique notamment dans des herbicides, pesticides ou dans le domaine pharmaceutique. En particulier, on recherche un procédé de préparation de composés de type alkylbiphényle ou cyanobiphényle.
Il est décrit par Stanforth [Tetrahedron 54 (1998), 285 - 292], la préparation de composés de type biphényle selon la réaction de Suzuki qui consiste à faire réagir un acide arylboronique et un composé halogénoaromatique, en présence d'un catalyseur au palladium complexé par une triphénylphosphine, du carbonate de sodium, en présence d'un solvant organique. II a été constaté qu'une telle réaction conduite dans des conditions normales d'agitation ne permettait pas d'atteindre des taux de transformation et rendement élevés. Par exemple, lors de la réaction du 4-bromobenzonit le et de l'acide phénylboronique, le rendement plafonne à 60 %.
Il est possible d'accroître ce dernier en jouant sur l'agitation du milieu reactionnel mais la mise en oeuvre de moyens d'agitation très puissants ne sont pas compatibles avec une exploitation industrielle.
Il était donc souhailable de disposer d'un procédé amélioré permettant d'effectuer le couplage entre un composé halogénoaromatique et un acide arylboronique.
II a maintenant été trouvé et c'est ce qui constitue l'objet de la présente invention un procédé de préparation d'un composé aromatique polycyclique comprenant au moins un enchaînement de deux cycles aromatiques qui consiste à faire réagir un composé aromatique porteur d'un groupe partant et un acide arylboronique et/ou ses dérivés, en présence d'une base et d'une quantité efficace d'un catalyseur au palladium, ledit élément pouvant être complexé avec au moins un agent de coordination ou ligand caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction, en milieu organique ou hydro-organique et en présence d'une quantité efficace d'un catalyseur de transfert de phase.
Conformément au procédé de l'invention, on a trouvé que dans les conditions catalytiques définies selon l'invention, la mise en oeuvre d'un catalyseur de transfert de phase, en particulier un halogénure de tetraaikylammonium, permettait d'obtenir une amélioration du taux de conversion du réactif de départ et un meilleur rendement en composé polyaromatique obtenu.
Un avantage du procédé de l'invention est qu'il est possible de conduire la réaction sans qu'il soit nécessaire d'avoir des conditions d'agitation très fortes.
Plus précisément, le composé aromatique porteur d'au moins un groupe partant désigné par la suite "composé halogénoaromatique" répond à la formule générale (I) :
(D dans laquelle :
- A symbolise le reste d'un cycle formant tout ou partie d'un système carbocyclique ou hétérocyclique, aromatique, monocyclique ou polycyclique,
- R, identiques ou différents, représentent des substituants sur le cycle,
- Y représente un groupe partant, de préférence, un atome d'halogène ou un groupe ester sulfonique de formule - OSO2 - ^ dans lequel ^est un groupe hydrocarboné, - n représente le nombre de substituants sur un cycle.
Dans la formule du groupe ester sulfonique, ^ est un groupe hydrocarboné d'une nature quelconque, ayant de 1 à 20 atomes de carbone. Toutefois, étant donné que Y est un groupe partant, il est intéressant d'un point de vue économique que ^ soit d'une nature simple, et représente plus particulièrement un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence, un groupe méthyle ou éthyle mais il peut également représenter par exemple un groupe phényle ou tolyle ou un groupe trifluorométhyle. Parmi les groupes Y, le groupe préféré est un groupe triflate ce qui correspond à un groupe ^représentant un groupe trifluorométhyle. Comme groupes partants préférés, on choisit de préférence, un atome de brome ou de chlore.
L'invention s'applique notamment aux composés halogénoaromatiques répondant à la formule (I) dans laquelle A est le reste d'un composé cyclique, ayant de préférence, au moins 4 atomes dans le cycle, de préférence, 5 ou 6, éventuellement substitué, et représentant au moins l'un des cycles suivants : . un carbocycle aromatique, monocyclique ou polycyclique, . un hétérocycle aromatique, monocyclique ou polycyclique comportant au moins un des hétéroatomes O, N et S.
On précisera, sans pour autant limiter la portée de l'invention, que le reste A éventuellement substitué représente, le reste :
1 ° - d'un composé carbocyclique aromatique, monocyclique ou polycyclique. Par "composé carbocyclique polycyclique", on entend : . un composé constitué par au moins 2 carbocycles aromatiques et formant entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et péricondensés, . un composé constitué par au moins 2 carbocycles dont l'un seul d'entre eux est aromatique et formant entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et péricondensés. 2° - d'un composé hétérocyclique aromatique, monocyclique ou polycyclique. Par "composé hétérocyclique polycyclique", on définit : . un composé constitué par au moins 2 hétérocycles contenant au moins un hétéroatome dans chaque cycle dont au moins l'un des deux cycles est aromatique et formant entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et péricondensés, . un composé constitué par au moins un carbocycle et au moins un hétérocycle dont au moins l'un des cycles est aromatique et formant entre eux des systèmes ortho- ou ortho- et péricondensés. Plus particulièrement, le reste A éventuellement substitué représente, l'un des cycles suivants :
- un carbocycle aromatique
un bicycle aromatique comprenant deux carbocycles aromatiques
- un bicycle partiellement aromatique comprenant deux carbocycles dont l'un deux est aromatique :
un hétérocycle aromatique :
- un bicycle aromatique comprenant un carbocycle aromatique et un hétérocycle aromatique :
- un bicycle partiellement aromatique comprenant un carbocycle aromatique et un hétérocycle :
un bicycle aromatique comprenant deux hétérocycles aromatiques :
- un bicycle partiellement aromatique comprenant un carbocycle et un hétérocycle aromatique :
- un tricycle comprenant au moins un carbocycle ou un hétérocycle aromatique
Dans' le procédé de l'invention, on met en oeuvre préférentiellement un composé halogénoaromatique de formule (I) dans laquelle A représente un noyau aromatique, de préférence un noyau benzénique ou naphtalénique. Le composé aromatique de formule (I) peut être porteur d'un ou plusieurs substituants. La nature du substituant peut être quelconque dans la mesure où il n'interfère pas avec la réaction.
Le nombre de substituants présents sur le cycle dépend de la condensation en carbone du cycle et de la présence ou non d'insaturations sur le cycle.
Le nombre maximum de substituants susceptibles d'être portés par un cycle, est aisément déterminé par l'Homme du Métier.
Dans le présent texte, on entend par "plusieurs", généralement, moins de 4 substituants sur un noyau aromatique. Des exemples de substituants sont donnés ci-dessous mais cette liste ne présente pas de caractère limitatif.
Le ou les groupes R, identiques ou différents, représentent préférentiellement l'un des groupes suivants :
. un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, tel que méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, sec-butyle, tert-butyle,
. un groupe alcényle ou alcynyle, linéaire ou ramifié ayant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence, de 2 à 4 atomes de carbone, tel que vinyle, allyle,
. un groupe alkoxy linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone tel que les groupes méthoxy, éthoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, un groupe alkényloxy, de préférence, un groupe allyloxy ou un groupe phénoxy, . un groupe cyclohexyle, phényle ou benzyle,
. un groupe acyle ayant de 2 à 6 atomes de carbone, . un groupe de formule :
-R-I-OH -R-I-SH -R-I-COOR2
-R-I-CO-R2 -R^CHO -R-|-N=C=O .R^N≈C≈S ' -R-|-NO2
-R-|-CN -R1-N(R2)2 -R1-CO-N(R2)2 -R-I-SO3M -R1-SO2M
-R-l-X -R1-CF3 dans lesdites formules, R-| représente un lien valentiel ou un groupe hydrocarboné divalent, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 1 à 6 atomes de carbone tel que, par exemple, méthylène, éthylène, propylène, isopropylène, isopropylidène ; les groupes R2 identiques ou différents représentent un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone ou phényle ; M représente un atome d'hydrogène, un métal alcalin de préférence, le sodium ou un groupe R2 ; X symbolise un atome d'halogène, de préférence un atome de chlore, de brome ou de fluor.
La présente invention s'applique tout particulièrement aux composés halogenoaromatiques répondant à la formule (I) dans laquelle le ou les groupes
R représentent : . un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone, tel que méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, sec-butyle, tert-butyle,
. un groupe alcényle linéaire ou ramifié ayant de 2 à 6 atomes de carbone, de préférence, de 2 à 4 atomes de carbone, tel que vinyle, allyle, . un groupe alkoxy linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone, de préférence de 1 à 4 atomes de carbone tel que les groupes méthoxy, éthoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, un groupe alkényloxy, de préférence, un groupe allyloxy ou un groupe phénoxy, . un groupe de formule :
-Ri -OH
-R!-N-(R2)2 -R<|-SO3M dans lesdites formules, R-| représente un lien valentiel ou un groupe hydrocarboné divalent, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 1 à
6 atomes de carbone tel que, par exemple, méthylène, éthylène, propylène, isopropylène, isopropylidène ; les groupes R , identiques ou différents représentent un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone ou phényle ; M représente un atome d'hydrogène ou un atome de sodium.
Plus préférentiellement, R représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 4 atomes de carbone, et plus particulièrement un groupe méthyle ou un groupe cyano.
Dans la formule (I), n est un nombre inférieur ou égal à 4, de préférence, égal à 1 ou 2.
Comme exemples de composés répondant à la formule (I), on peut citer notamment la 4-bromoaniline, la 4-bromo-3-méthylaniline, le 1-amino-3- bromonaphtalène, le 2-chloro-3-aminopyridine, le 4-bromobenzonitrile.
Selon l'invention, le composé halogénoaromatique de formule (I) réagit avec l'acide arylboronique qui répond à la formule :
°-Q 2 (II) dans laquelle :
- R3 représente un groupe carbocyclique ou hétérocyclique, aromatique, monocyclique ou polycyclique,
- Q-| , Q , identiques ou différents, représentent un atome d'hydrogène, un groupe aliphatique saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 20 atomes de carbone ou un groupe R3,
- ou Q-) et Q peuvent être reliés entre eux par un groupe alkylène ou alkylènedioxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone,
- ou Q-| et Q peuvent être reliés entre eux par -O-B-O- pour former un groupe boroxine répondant à la formule (III) dans lequel R3 a la signification donnée précédemment :
O — B / \
R,- B O
O— B \
R3 (III)
Plus précisément, l'acide arylboronique répond à la formule (II) ou (III) dans lesquelles le groupe R3 représente un groupe carbocyclique ou hétérocyclique aromatique. Ainsi, R3 peut prendre les significations données précédemment pour A. Toutefois, R3 représente plus particulièrement un groupe carbocyclique tel qu'un groupe phényle, naphtyle ou un groupe hétérocyclique tel qu'un groupe pyrrolyle, pyridyle, pyrimidinyle, pyridazinyle, pyrazinyle, 1 ,3-thiazolyle, 1 ,3,4- thiadiazolyle ou thiényle.
Le cycle aromatique peut être également substitué. Le nombre de substituants est généralement au plus de 4 par cycle mais le plus souvent égal à
1 ou 2. On peut se référer à la définition de R pour des exemples de substituants.
Les substituants préférés sont les groupes alkyle ou alkoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone, un groupe amino, un groupe nitro, un groupe cyano, un atome d'halogène ou un groupe trifluorométhyle.
En ce qui concerne Q^ Q , identiques ou différents, ils représentent plus particulièrement un atome d'hydrogène ou un groupe aliphatique acyclique, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 20 atomes de carbone, saturé ou comprenant une ou plusieurs insaturations sur la chaîne, de préférence 1 à 3 insaturations qui sont de préférence, des doubles liaisons simples ou conjuguée.
Q-i , Q représentent préférentiellement un groupe alkyle ayant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence, de 1 à 4 ou un groupe alkényle ayant de 2 à 10 atomes de carbone, de préférence, un groupe vinyie ou 1-méthylvinyle,
Ql , Q2 peuvent prendre les significations données pour R3 et en particulier tout cycle peut également porter un substituant tel que décrit précédemment.
R3 représente préférentiellement un groupe phényle.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention à faire appel aux dérivés des acides arylboroniques tels que les anhydrides et les esters et plus particulièrement les esters d'alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone.
Comme exemples d'acides arylboroniques, on peut citer notamment : l'acide benzènebororique, l'acide 2-thiophèneboronique, l'acide 3- thiophèneboronique, l'acide 4-méthylbenzèneboronique, l'acide 3- méthylthiophène-2-boronique, l'acide 3-aminobenzèneboronique, l'acide hémisulfate 3-aminobenzèneboronique, l'acide 3-fluorobenzèneboronique, l'acide 4-fluorobenzèneboronique, l'acide 2-formylbenzèneboronique, l'acide 3- formylbenzèneboronique, l'acide 4-formylbenzèneboronique, l'acide 2- méthoxybenzèneboronique, l'acide 3-méthoxybenzèneboronique, l'acide 4- méthoxybenzèneboronique, l'acide 4-chlorobenzèneboronique, l'acide 5- chlorothiophène-2-boronique, l'acide benzo[b]furane-2-boronique, l'acide 4- carboxybenzèneboronique, l'acide 2,4,6-triméthylbenzèneboronique, l'acide 3- nitrobenzèneboronique, l'acide 4-(méthylthio)benzèneboronique, l'acide 1- naphtalèneboronique, l'acide 2-naphtalèneboronique, l'acide 2-méthoxy-1- naphtalèneboronique, l'acide 3-chloro-4-fluorobenzèneboronique, l'acide 3- acetamidobenzeneboronique, l'acide 3-trifluorométhylbenzèneboronique, l'acide 4-trifluorométhylbenzèneboronique, l'acide 2,4-dichlorobenzèneboronique, l'acide 3,5-dichlorobenzèneboronique, l'acide 3,5- bis(trifluorométhyl)benzèneboronique, l'acide 4,4'-biphényldiboronique, et les esters et anhydrides de tels acides. La quantité des réactifs mis en œuvre est telle que le rapport molaire acide arylboronique / composé halogénoaromatique est avantageusement supérieur ou égal à 1 et varie de préférence, entre 1 et 1 ,2.
Intervient dans le procédé de l'invention, un catalyseur au palladium qui peut être également sous la forme d'un complexe. Le palladium peut être apporté sous forme d'un métal finement divisé ou sous forme d'un dérivé inorganique tel qu'un oxyde ou un hydroxyde. Il est possible de faire appel à un sel minéral de préférence, nitrate, sulfate, oxysulfate, halogénure, oxyhalogénure, silicate, carbonate, ou à un dérivé organique de préférence, cyanure, oxalate, acétylacétonate ; alcoolate et encore plus préférentiellement methylate ou éthylate ; carboxylate et encore plus préférentiellement acétate. Peuvent être également mis en oeuvre des complexes, notamment chlorés ou cyanés de palladium et/ou de métaux alcalins, de préférence sodium, potassium ou d'ammonium
A titre d'exemples de composés susceptibles d'être mis en oeuvre pour la préparation des catalyseurs de l'invention, on peut citer notamment :
- le palladium (0),
- le bromure de palladium (II)
- le chlorure de palladium (II)
- l'iodure de palladium (II)
- le cyanure de palladium (II)
- le nitrate de palladium (II) hydraté
- l'oxyde de palladium (II) - le sulfate de palladium (II) dihydraté
- l'acétate de palladium (II)
- le propionate de palladium (II),
- le butyrate de palladium (II) ,
- le benzoate de palladium (II), - l'acétylacétonate de palladium (II)
- le dibenzylidèneacétone de palladium (0),
- le tétrachloropalladate(ll) d'ammonium
- l'hexachloropalladate (IV) de potassium
- le nitrate de tétramine de palladium (II) - le dichlorobis(acétonitrile) de palladium (II)
- le dichlorobis(benzonitrile) de palladium (II)
- le dichloro(1 ,5-cyclooctadiène) de palladium (II)
- le dichlorodiamine de palladium (II).
- le tétrakistriphénylphosphine de palladium (II). On peut également utiliser des complexes des sels minéraux ou organiques du palladium. Dans ces complexes, les ligands ou agents de coordination sont avantageusement des dérivés hydrocarbonés des éléments de la colonne V.
Lesdits dérivés hydrocarbonés des éléments de la colonne V dérivent de l'état de valence III de l'azote telles les aminés ou les hétérocydes azotés, du phosphore telles les phosphines, de l'arsenic telles les arsines et de l'antimoine telles les stilbines.
Ils sont avantageusement choisis parmi les dérivés hydrocarbonés des éléments de la colonne VB de préférence de période supérieure à la 2e, de l'azote tels que par exemple, la bipyridine, la bisoxazoline ; du phosphore tels que les phosphines.
Dans ce dernier cas, ce complexe est généralement réalisé in situ entre le dérivé du palladium et la phosphine présente. Mais on peut également préparer ledit complexe extemporanément et l'introduire dans le milieu reactionnel. On peut alors rajouter ou non une quantité supplémentaire de phosphine libre.
On fait appel avantageusement à des phosphines aliphatiques, cycloaliphatiques, arylaliphatiques ou aromatiques ou à des phosphines mixtes, aliphatiques et/ou cycloaliphatiques et/ou arylaliphatiques et/ou aromatiques.
Ces phosphines sont organosolubles et sont celles qui répondent notamment à la formule générale (III) :
R5
I R4~ p — R6 (| | |) dans laquelle les symboles R4, R5 et R6, identiques ou différents, représentent : - un groupe alkyle ayant de 1 à 12 atomes de carbone,
- un groupe cycloalkyle ayant de 5 ou 6 atomes de carbone,
- un groupe cycloalkyle ayant de 5 ou 6 atomes de carbone, substitué par un ou plusieurs groupes alkyle ayant 1 à 4 atomes de carbone, alkoxy ayant 1 ou 4 atomes de carbone, - un groupe phénylalkyle dont la partie aliphatique comporte de 1 à 6 atomes de carbone,
- un ou deux des groupes R , R5 et R6, représentent un groupe phényle ou un groupe phényle substitué par un ou plusieurs groupes alkyle ayant 1 à 4 atomes de carbone ou alkoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone. A titres d'exemples de telles phosphines, on peut citer non limitativement : la tricyclohexylphosphine, la triméthylphosphine, la triéthylphosphine, la tri-n- butylphosphine, la triisobutylphosphine, la tri-terr-butylphosphine, la tribenzylphosphine, la triphénylphosphine, la dicyclohexylphénylphosphine, la diméthylphénylphosphine, la diéthylphénylphosphine, la di-te/τ- butylphénylphosphine.
Selon une variante préférée du procédé de l'invention, on associe le palladium à un ligand, qui est préférentiellement une phosphine.
La quantité de catalyseur au palladium mis en œuvre exprimé par le rapport molaire du métal à l'acide arylboronique varie entre 5.10"7 et 0,2. La quantité de ligand, de préférence, une phosphine mise en oeuvre représente de 100 à 500 % de la quantité stoechiométrique en palladium.
Si le catalyseur est un composé du palladium, il peut être introduit sous forme solide ou en solution aqueuse. Par exemple, le chlorure de palladium qui est choisi préférentiellement, peut être introduit sous forme solide ou en solution dans une solution aqueuse d'acide chlorhydrique, (par exemple à 5 ou 10 %). Le composé en solution peut être déposé sur un support. Le palladium sous forme métallique peut être également déposé sur un support.
Le support est choisi de telle sorte qu'il soit inerte dans les conditions de la réaction.
Comme exemples de supports, on peut faire appel à un support minéral ou organique tel que notamment le charbon, le charbon activé, le noir d'acétylène, la silice, l'alumine, les argiles et plus particulièrement, la montmoπllonite ou des matériaux équivalents ou bien encore ou les polymères organiques, par exemple les polymères polyvinyhques PVC (polychlorure de vinyle), PVDC (polychlorure de vinylidène) ou polystyréniques qui peuvent être fonctionnalisés avec des fonctions nitπle ou encore polyacryliques (et en particulier le polyacrylonitπle)
Généralement, le métal est déposé à raison de 0,5 % à 10 %, de préférence de 1 % à 5 % du poids du catalyseur Parmi les catalyseurs précités, le catalyseur préféré est le chlorure de palladium, l'acétate de palladium ou le palladium déposé sur charbon
Le catalyseur peut être mis en oeuvre sous forme d'une poudre, de pellets ou bien de granulés
Conformément au procédé de l'invention, on fait réagir les composes (I) et (II), en présence d une base et d'un catalyseur de transfert de phase
Par l'expression "catalyseur de transfert de phase", on entend un catalyseur capable de faire passer l'anion de la phase aqueuse à la phase organique
Dans le procédé de l'invention, on peut faire appel aux catalyseurs de transfert de phase connus, notamment, ceux décrits dans l'ouvrage de Jerry MARCH - Advanced Organic Chemistry, 3ème édition, John Wiley & Sons, 1985 p 320 et suivantes
Les catalyseurs préférentiellement mis en oeuvre dans le procède de l'invention sont les sels d'onium et, plus particulièrement les sels d'ammonium quaternaire et/ou de phosphonium
Les sels d'onium susceptibles d'être utilisés dans le procédé de l'invention sont ceux dont les ions onium dérivent notamment de l'azote, du phosphore, de l'arsenic, du soufre, du sélénium, du carbone et coordiné à des restes hydrocarbonés Les ions onium dérivant de l'azote, du phosphore ou de l'arsenic seront quadπcoordinés, les ions onium dérivant du soufre, du sélénium, de l'oxygène ou du carbone seront tπcoordinés tandis que les ions onium dérivant de l'iode seront dicoordinés
Les restes hydrocarbonés coordinés à ces différents éléments sont des groupes alkyle, alcényle, aryle, cycloalkyle, aralkyle éventuellement substitues, deux restes hydrocarbonés coordinés pouvant former ensemble un groupe unique divalent
La nature des anions liés à ces cations organiques n'a pas d'importance critique Toutes les bases "dures" ou "intermédiaires" conviennent comme anion
Par base "dure" ou "intermédiaire", on entend tout anion répondant à la définition classique donné e par R. PEARSON dans Journal of Chem. Ed. 45, pages 581 - 587 (1968), les termes "dure" et "intermédiaire" ayant respectivement la signification des termes de "hard" et "borderline" utilisés dans cette référence.
Parmi les ions onium pouvant être utilisés dans le présent procédé de l'invention, conviennent particulièrement ceux répondant à l'une des formules générales suivantes :
\ +
/ w — x^ 3
X. (VI) dans lesdites formules :
- Z représente N, P ou As ; - W représente S, Se ou C ;
- X^ , X , X et X4, identiques ou différents représentent :
. un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, ayant 1 à 16 atomes de carbone et éventuellement substitué par un ou plusieurs groupements ou atomes phényle, hydroxyle, halogène, nitro, alkoxy ou alkoxycarbonyle, les groupements alkoxy ayant 1 à 4 atomes de carbone ;
. un groupe alcényle, linéaire ou ramifié, ayant 2 à 12 atomes de carbone ; . un groupe aryle ayant 6 à 10 atomes de carbone, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupements ou atomes alkyle ayant 1 à 4 atomes de carbone, alkoxy, alkoxycarbonyle, le groupe alkoxy ayant 1 à 4 atomes de carbone, ou halogène,
- deux desdits groupes X.. à X , pouvant former ensemble un groupe alkylène, alcénylène ou alcadiènylène, linéaire ou ramifié ayant de 3 à 6 atomes de carbone.
Parmi les bases "dures" ou "intermédiaires" pouvant constituer l'anion desdits sels d'onium, on peut citer les ions : F", CIO ", PF ", BF ", SnCI6 ", SbCL", B(Ph) ", PO4 3_, HPO4 2-, H2PO4-, CH3SO3 ", Ph-SO^, HSO , NO^, SO ", CI", Br", I", OH", Ph représentant un groupe phényle, ainsi que tous les autres anions répondant à la définition de base "dure" ou "intermédiaire" de PEARSON.
Pour des raisons de commodité de mise en oeuvre, lesdits anions pourront être choisis parmi PO4 3", HPO4 2", H3PO4 ", CH3SO3 ", Ph-SO3 ", NO3 ", SO4 2", PF ", CI", Br", I", Ph ayant la signification précédente. On choisit avantageusement les anions Br" et Cf. A titre d'exemples d'ions onium répondant à la formule (V), on peut citer les cations :
- tétraméthylammonium,
- triéthylméthylammonium,
- tributylméthylammonium, - triméthylpropylammonium,
- tétraéthylammonium,
- tétrabutylammonium,
- dodécyltriméthylammonium,
- méthyltrioctylammonium (Aliquat 336), - heptyltributylammonium,
- tétrapropylammonium,
- tétrapentylammonium,
- tétrahexylammonium,
- tétraheptylammonium, - tétraoctylammonium,
- tétradécylammonium,
- butyltripropylammonium,
- méthyltributylammonium,
- pentylthbutylammonium, - méthyldiéthylpropylammonium,
- éthyldiméthylpropylammonium,
- tétradodécylammonium,
- tétraoctadécylammonium,
- hexadécyltriméthylammonium, - benzyltriméthylammonium,
- benzyldiméthylpropylammonium,
- benzyldiméthyloctylammonium,
- benzyltributylammonium,
- benzylthéthylammonium, - phényltriméthylammonium,
- benzyldiméthyltétradécylammonium,
- benzyldiméthylhexadécylammonium,
- diméthyldiphénylammonium,
- méthyltriphénylammonium,
- butène-2-yltriéthylammonium,
- N,N-diméthyl-tétraméthylèneammonium,
- N,N-diéthyl-tétraméthylèneammonium, - tétraméthylphosphonium,
- tétrabutylphosphonium,
- éthyltriméthylphosphonium,
- triméthylpentylphosphonium,
- octyltriméthylphosphonium, - dodécyltriméthylphosphonium,
- triméthylphénylphosphonium,
- diéthyldiméthylphosphonium,
- dicyclohexyldiméthylphosphonium,
- diméthyldiphénylphosphonium, - cyclohexyltriméthylphosphonium,
- triéthylméthylphosphonium,
- méthyltri(isopropyl)phosphonium,
- méthyltri(n-propyl)phosphonium,
- méthyltri(n-butyl)phosphonium, - méthyltri(méthyl-2 propyl)phosphonium,
- méthyltricyclohexylphosphonium,
- méthyltriphénylphosphonium,
- méthyltribenzylphosphonium,
- méthyltri(méthyl-4 phènyl) phosphonium, - méthyltrixylylphosphonium,
- diéthylméthylphénylphosphonium,
- dibenzylméthylphénylphosphonium,
- éthyltriphénylphosphonium,
- tétraéthylphosphonium, - éthyltri(n-propyl)phosphonium,
- triéthylpentylphosphonium,
- hexadécyltributylphosphonium,
- éthyltriphénylphosphonium,
- n-butyltri(n-propyl)phosphonium, - butyltriphénylphosphonium,
- benzyltriphénylphosphonium,
- (β-phényléthyl)diméthylphénylphosphonium,
- tétraphénylphosphonium,
- triphényl(méthyl-4 phényl)phosphonium, - tétrakis(hydroxyméthyl)phosphonium,
- tétraphénylarsonium.
A titre d'exemples d'ions onium répondant à la formule (VI), on peut citer les cations :
- triméthylsulfonium, - triéthylsulfonium,
- triphénylsulfonium,
- triméthylsulfoxonium, - triphénylcarbénium.
Parmi les ions onium qui peuvent être utilisés dans le cadre du présent procédé, on préférera le plus souvent les ions ammonium quaternaire, les ions phosphonium quaternaire.
Conviennent tout particulièrement bien, les ions ammonium dont les quatre groupes sont des groupes alkyle ayant de 1 à 12 atomes de carbone ou un groupe benzyle.
En ce qui concerne le choix de l'anion, on préférera Br'ou Cf.
Les catalyseurs convenant tout à fait bien à la présente invention sont le chlorure ou le bromure de tributylbenzylammonium ou phosphonium, le chlorure ou le bromure de tétraméthylammonium ou phosphonium, le chlorure ou le bromure de tétraéthylammonium ou phosphonium, le chlorure ou le bromure de tétrabutylammonium ou phosphonium, le chlorure ou le bromure de méthyltrioctylammonium ou phosphonium.
Le chlorure ou le bromure de méthyltrioctylammonium est particulièrement préféré, le dérivé chloré étant plus particulièrement préféré.
Le sel d'onium peut être introduit au cours du procédé de l'invention, à l'état solide ou sous forme d'une solution dans l'un de ses solvants, le plus souvent l'eau.
En ce qui concerne la quantité de catalyseur de transfert de phase utilisée, celle-ci varie avantageusement de telle sorte que le rapport molaire entre ledit catalyseur et l'acide arylboronique varie entre 0,001 et 0,5, de préférence, entre 0,05 et 0,2.
Conformément au procédé de l'invention, on fait réagir les composés (I) et (II), en présence d'une base. Comme bases, on fait appel aux hydroxydes de métaux alcalins, de préférence, sodium ou potassium ; aux hydroxydes de métaux alcalino- terreux, de préférence, calcium ; ou à l'hydroxyde d'ammonium ; aux carbonates ou hydrogénocarbonates de métaux alcalins, de préférence, le
carbonate de sodium ou de potassium ; aux phosphates métalliques, de préférence, le phospha .e de sodium ou potassium. On peut également faire appel à une aminé, de préférence une aminé secondaire ou tertiaire. On peut citer, notamment, la diisopropylamine, la pyrrolidine, la morpholine, la triéthylamine, la triéthanolamine, la diisopropylamine.
La quantité de base mise en oeuvre exprimée par le rapport entre le nombre de moles de OH~ et le nombre de moles d'acide arylboronique est choisie de préférence entre 2 et 4 et plus préférentiellement aux environs de 2,0.
Conformément à l'invention, le couplage du composé halogénoaromatique et de l'acide arylboronique est conduit avantageusement en milieu organique ou hydro-organique.
L'eau est apportée dans le milieu reactionnel généralement, par la base. La quantité d'eau ajoutée est telle que le milieu soit susceptible d'être agitée. Elle est avantageusement comprise entre 10 et 200 % du poids du milieu reactionnel.
Le réactif de départ, à savoir le composé halogénoaromatique peut servir de solvant reactionnel mais il est également possible de faire appel à un solvant organique.
On choisit un solvant organique, moins activé que le substrat de départ et qui de préférence le solubilise.
Comme exemples de solvants convenant à la présente invention, on peut citer en particulier les hydrocarbures aromatiques, halogènes ou non, les éther- oxydes aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques.
A titre d'exemples d'hydrocarbures aliphatiques, on peut citer plus particulièrement, les hydrocarbures aromatiques et plus particulièrement les hydrocarbures aromatiques comme notamment le benzène, le toluène, les xylènes, le cumène, les coupes pétrolières constituées de mélange d'alkylbenzènes notamment les coupes de type Solvesso.
En ce qui concerne les hydrocarbures halogènes aliphatiques ou aromatiques, on peut mentionner plus particulièrement, le dichlorométhane, le 1 ,2-dichloroéthane, le monochlorobenzène.
On peut utiliser également à titre de solvants organiques, les éther-oxydes aliphatiques, cycloaliphatiques ou aromatiques et, plus particulièrement, l'oxyde de dipropyle, l'oxyde de diisopropyle, l'oxyde de dibutyle, le méthyltertiobutyl- éther, le diméthyléther de l'éthylèneglycol (ou glyme), le diméthyléther du diéthylèneglycol (ou diglyme) ; l'oxyde de phényle ; le dioxane, le tétrahydrofurane (THF).
Comme exemples de solvants organiques aprotiques, plus polaires qui peuvent également être mis en oeuvre dans le procédé de l'invention, on peut citer plus particulièrement les nitriles alphatiques ou aromatiques comme l'acétonitrile, le propionitrile, le benzonitrile. Le solvant préféré est le toluène.
On peut également utiliser un mélange de solvants organiques.
En ce qui concerne la concentration de l'acide arylboronique dans le milieu reactionnel, elle est de préférence comprise entre 10 % et 50 % en poids, et plus préférentiellement, entre 20 % et 30 %. La température réactionnelle est avantageusement comprise entre la température ambiante (le plus souvent entre 15 et 25°C) et 150°C, et de préférence entre 50 et 100°C.
Généralement, la réaction est conduite sous pression autogène des réactifs. Selon une variante préférée du procédé de l'invention, on conduit le procédé de l'invention, sous atmosphère contrôlée de gaz inertes. On peut établir une atmosphère de gaz rares, de préférence l'argon mais il est plus économique de faire appel à l'azote.
D'un point de vue pratique, le procédé est simple à mettre en œuvre. On charge tous les réactifs et préférentiellement, le catalyseur en dernier, et l'on chauffe pendant la durée nécessaire pour que la réaction soit finie.
On récupère le composé aromatique polyclique d'une manière classique, par exemple par extraction à l'aide d'un solvant organique, et l'on peut citer notamment, les éthers-oxydes, de préférence, l'éther isopropylique ; les hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques, halogènes ou non, de préférence, le toluène.
On obtient un composé polyaromatique qui peut être représenté par la formule (VII) :
(VII) dans ladite formule (VII), A, R, R et n ont la signification donnée précédemment.
L'invention s'applique plus particulièrement à la préparation du 4- cyanobiphényle et du 4-méthyl-4'-cyanobiphényle.
Le procédé de l'invention permet grâce à la présence de l'agent de transfert de phase de conduire la réaction dans des conditions classiques
d'agitation, relativement faibles (quantifiée entre 100 et 1000 tours/min, de préférence entre 500 et 1000 tours/min pour une agitation magnétique) et d'obtenir un gain de rendement de l'ordre de 20 à 30 %.
On donne ci-après des exemples de réalisation de l'invention donnés à titre illustratif et sans caractère limitatif.
Dans l'exemple, on définit un rendement (RT) correspondant au rapport entre le nombre de moles de produit formées et le nombre de moles de substrat transformées.
Exemple 1
Synthèse du 4-cvanobiphényle :
Dans un réacteur de 250 ml agité par un barreau magnétique, équipé d'un réfrigérant et d'un thermocouple et maintenu sous atmosphère d'argon, on charge 180 mg (0.156.103 mol, 0,02 eq.) de tétrakistriphénylphosphine de palladium II dans 78 ml de solvant (diméthoxyéthane ou toluène dégazé ).
On ajoute sous argon et à température ambiante, 55 ml d'eau distillée préalablement dégazée au préalable classiquement par bullage à l'azote, 1 ,24 g, (11 ,7. 103 mol, 1,5 eq.) de carbonate de sodium, 1 ,01 g (8.2.103 mol, 1 ,06 eq) d'acide phénylboronique. A ce mélange, on ajoute 156 mg (0,39.103 mol, 0,05 eq.) de chlorure de méthyltrioctylammonium (Aliquat 336), et 1 ,41 g (7,75.103 mol, 1 eq.) de 4- bromobenzonitrile
L'agitation est fixée à la valeur désirée (750 tours/min) et le mélange reactionnel est porté à la température voulue ( 85°C dans le diméthoxyéthane ou 60 à 85°C dans le toluène) pendant 3 heures.
Le mélange est alors refroidi à température ambiante. 60 ml d'acétate d'éthyle sont ajoutés et la phase organique est séparée. La phase aqueuse est alors extraite deux fois à l'acétate d'éthyle (2 x 60 ml). Les phases organiques réunies sont lavées avec une solution saturée de chlorure de sodium puis séchées sur sulfate de magnésium anhydre et les solvants sont évaporés à l'évaporateur rotatif.
Le résidu est après dilution dans l'acétate d'éthyle filtré sur silice. L'acétate d'éthyle est alors évaporé et le solide obtenu est recristallisé dans le n-hexane pour conduire à 1 ,24 g d'un solide blanc soit un rendement de 90%.
Exemple 2
Synthèse du 4-méthyl-4'-cvanobiphényle :
Dans un réacteur tel que précédemment décrit, on charge 64,5 mg (0,0558.103 mol, 0,019 eq.) de tétrakistriphénylphosphine de palladium II dans 30 ml de solvant (diméthoxyéthane ou toluène dégazé).
On ajoute sous argon et à température ambiante, 21 ml d'eau distillée préalablement dégazée, 440 mg (4,15.103 mol, 1 ,4 eq.) de carbonate de sodium, 434 mg (3,19.103 mol, 1 ,07 eq) d'acide p-tolylboronique.
A ce mélange, on ajoute 60 mg (0,15.103 mol, 0,05 eq.) de chlorure de méthyltrioctylammonium (Aliquat 336) et 542 mg (2,98.10"3 mol, 1 eq.) de 4- bromobenzonitrile.
L'agitation est fixée à la valeur désirée (750 tours/min) et le mélange reactionnel est porté à la température voulue ( 85°C dans le diméthoxyéthane ou 60 à 85°C dans le toluène) pendant 3 heures. Le mélange est alors refroidi à température ambiante. 30 ml d'acétate d'éthyle sont ajoutés et la phase organique est séparée.
La phase aqueuse est alors extraite deux fois à l'acétate d'éthyle (2 x 30 ml).
Les phases organiques réunies sont lavées avec une solution saturée de chlorure de sodium puis séchées sur sulfate de magnésium anhydre et les solvants sont évaporés à l'évaporateur rotatif.
Le résidu est après dilution dans l'acétate d'éthyle filtré sur silice.
L'acétate d'éthyle est alors évaporé et le solide obtenu est recristallisé dans le n-hexane pour conduire à 535 mg d'un solide blanc soit un rendement de 93 %.