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RHONE-POULENC AGROCHIMIE pour Procédé de préparation d'acides aryloxybenzoiques à groupe sulfonamide.
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La présente invention concerne un procédé perfectionné de préparation de certains dérivés d'acides aryloxybenzoïques à groupe sulfonamide ayant des propriétés herbicides.
Des dérivés herbicides d'acides phénoxybenzoiques à groupe sulfonamide (ou N-sulfonyl-arylbenzamides) sont connus dans les demandes de brevets européens 3416,23392 et japonais n 82.106654.
Ces demandes de brevets divulguent bien des produits de ce type, et notamment des produits de formule :
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et leurs sels, dans laquelle :
A est l'hydrogène, le fluor, le chlore, le brome, l'iode, un groupe nitro ;-N=NCF-, ; PO H et ses esters d'alkyle de 1 à 4 atomes de carbone ; NHL, NHOH,
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N ; un groupe carboxyle ou l'un de ses dérivés fonction- 2 nels ; un groupe mono-ou dialkylamino ; un groupe NH-CO-R1 dans lequel Ri est un radical alkyle ou alkoxyle ou mono-alkylamino ou dialkylamino ; un groupe
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alkyle ; trialkylammonio, NHS02R2 où R2 est un radical alkyle ou phényle ;
NHCONHS02R2, où R2 a la signification déjà indiquée ; alkylthio, alkylsulfinyle, alkylsulfonyle, dialkylsulfonio, cyanosulfonyle, hydroxy, alkanoyloxy, alkoxy, alkoxy substitué par un alkoxycarbonyle, SH, nitroso, -SCN, azide, CF3,
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-
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o o
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Z est l'hydrogène, le fluor, le chlore, le brome, l'iode, ou un groupe alkyle, alkoxy, alkylsulfinyle, alkylsulfonyl, CF3, NO2, CN, NH2, NHCOR1 où R1 est
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défini comme ci-dessus, ou CON i est l'hydrogène ou un halogène ou un groupe alkyle ou dialkylamino ;
D est le fluor, le chlore, le brome, l'iode ;
ou un groupe CF3, alkylthio, alkylsulfinyle, alkylsulfonyle, halogénoalkyle, sulfamoyle, formyle, alkylcarbonyle, CN ou diméthylamino ;
E est l'hydrogène ou un groupe halogénoalkyle, alkoxy, alkylsulfinyle, alkylsulfonyle, CN, CF3, NH2, CONH2, NH-CO-R, R1 ayant la signification déjà indiquée ;
W est un atome d'azote trivalent ou un groupe-C (G) = ;
G a l'une des significations données pour Z ;
R3 est un groupe phényle, pyridyle ou thiényle éventuellement substitué par un ou plusieurs atomes d'halogène, ou groupes alkyle, ou groupes nitro ;
ou un radical alkényle ou alkynyle ayant 2 à 4 atomes de carbone ou un radical alkyle de l'a 4 atomes de carbone éventuellement substitués par un ou plusieurs atomes de fluor, chlore, brome ou iode, de préférence CF, ou par un ou plusieurs des substituants suivants : carboxyle, alkoxycarbonyle de 2 à 5 atomes de carbone, alkylcarbonyle de 2 à 5 atomes de carbone, mono ou dialkylcarbamoyle dans lequel les groupes alkyle ont de 1 à 4 atomes de carbone, alkylthio, alkylsulfinyle, alkylsulfonyl, chacun ayant de 1 à 4 atomes de carbone, alkylcarbonyloxyle de 2 à 5 atomes de carbone, alkylcarbonylamino de 2 à 5 atomes de carbone, ou cyano.
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Selon les procédés connus, les produits de formule (I) peuvent être préparés par réaction entre 25 et 140 C d'un halogènure d'acide intermédiaire de formule :
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dans laquelle X est le chlore, le brome ou l'iode, et A, Z, Z, D, E, W ont les significations déjà indiquées, avec un sulfonamide de formule : R3S02NH2 (1111 où R3 a la signification déjà indiquée, généralement en présence d'un accepteur d'acide, notamment une amine tertiaire telle que la N, N-diméthylaniline ou la pyridine, ou un carbonate de métal alcalin tel que le carbonate de potassium anhydre, ou un fluorure de métal alcalin tel que le fluorure de césium.
Les composés de formule (I) peuvent ensuite être alkylés de manière connue, par exemple par réaction d'un diazoalcane de 1 à 4 atomes de carbone, de manière à fournir les produits correspondants substitués sur l'atome d'azote du groupe sulfonamide par un groupe alkyle de 1 à 4 atomes de carbone ; l'atome d'hydrogène de ce même atome d'azote peut aussi être remplacé par des atomes de métaux alcalins tels que le sodium par exemple par action d'agents alcalins basiques.
Ce procédé connu de condensation des produits de formule (II) et (III) a divers inconvénients, notamment des rendements médiocres. On pense que c'est généralement la présence d'accepteur d'acide qui abaisse le rendement par le fait qu'il favorise la réaction de diacylation. De plus l'utilisation d'un accepteur d'acide rend l'isolement et la purification des produits finaux plus difficiles et plus coûteux.
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Un autre inconvénient du procédé connu est de nécessiter une étape réactionnelle supplémentaire pour obtenir l'halogénure d'acide de formule (II) à partir de l'acide de formule (IV) définie ci-après.
Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients des procédés connus.
Un autre but de l'invention est de permettre la préparation de produits de formule (I) à partir de réactifs de formule (IV) de qualité technique ou industrielle.
Ce dernier problème se pose d'autant plus dans la pratique, que ce type d'acide est susceptible de contenir bon nombre d'impuretés en raison du nombre et de la nature des réactions servant à sa fabrication. C'est ainsi, qu'à titre d'exemple non limitatif, on peut indiquer que l'acifluoren de formule
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peut se préparer par couplage d'un métracrésolate alcalin avec un 3, 4-dihalogénotrifluorométhylbenzène suivi d'une oxydation du groupe CH3 en groupe acide carboxylique et d'une nitration.
Au cours d'un tel enchaînement de réactions, le nombre d'isomères et autres composés indésirables va en se multipliant et dans l'acifluorfen de qualité ordinaire, on détecte souvent un grand nombre d'acides et plus particulièrement les acides : 2-nitro-3- [2'-chloro-4'- (trifluorométhyl) phénoxy] benzoïque en quantité pouvant facilement atteindre jusqu'à 16 % en poids, 2-nitro-5- [2'-chloro-5'- (trifluorométhyl) phénoxy] benzoïque et 4-nitro-5- [2'-chloro-4'-(trifluorométhyl)phénoxy]bonzoïque, ces deux derniers acides pouvant facilement être présents en quantités allant jusqu'à 3 % en poids
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aussi aller juqu'à 3 % mais cette quantité étant souvent plus faible, par exemple inférieure à 0,5 % comme par exemple les acides
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3- 3- 2,
4-dinitro-5- benzoïque, ainsi que le 4- et le 2-nitro-5- [2'-chloro-4'- (trifluorométhyl) phénoxy] toluène.
Un but de l'invention est donc de permettre la préparation de produits de formule (I) de bonne pureté à par-
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tir de produits de formule (IV) de faible pureté.
/ D'autres avantages apparaîtront au cours de la discussion qui va suivre.
Il a maintenant été trouvé que les divers buts mentionnés plus haut pouvaient être atteints en tout ou partie grâce au procédé selon l'invention qui consiste à faire réagir un acide de formule :
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avec un sulfonamide de formule (III) dans lesquels les symboles ont les significations déjà indiquées, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il est effectué en phase liquide, en présence d'un agent d'halogénation, de préférence de chloration (ou chloruration) et à une température telle que 1'hydracide ou acide halohydrique qui se forme durant la réaction est éliminé au fur et à mesure et sous forme gazeuse du milieu réactionnel.
Ce procédé est donc pratiquement mis en oeuvre en absence d'un accepteur d'acide ; par ailleurs la présence d'un solvant est facultative.
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Une sous-famille de produits de formule (I) pour la préparation desquels le procédé selon l'invention est par- ticu1ièremet approprié et avantageux, est constituée par les produits dans la formule desquels A est l'atome d'hydrogène ou un groupe. N02 ou un atome de chlore ; Z est un atome d'halogène, et plus spécialement de chlore ; zl, E et G sont l'atome d'hydrogène ; D est le groupe CF3 ; R3 est un groupe alkyle ayant le plus souvent 1 à 4 atomes de carbone, spécialement CH3 ; W est-CH=.
Selon une variante de l'invention, l'acide de formule (IV) mis en oeuvre dans le procédé de cette invention contient jusqu'à 20 % en poids et éventuellement jusqu'à 30% d'impuretés, principalement des produits de formule voisine du réactif principal mais différents surtout par le nombre et la position des substituant. Ces impuretés sont donc essentiellement des composés comportant le groupe
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substitué de manière variable, ou même le groupe
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substitué de manière variable.
Les réactifs préférés de formule (III) et (IV) sont choisis évidemment de manière telle que les symboles figurant dans leur formule aient une signification semblable à celle qui vient d'être donnée pour les produits de formule (I).
Parmi les agents d'halogénation utilisables, on peut citer : P (O) Cl3, PCl3, P(O)Br3, PBr3, SOCl2, SOCl, et d'autres ; P (O) Cl3 est préféré.
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Le rapport molaire de (III) et de (IV) est généra-
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e lement compris entre 0, 8 et 1, 2, de préférence entre 0, 9 et 1,1 ; le plus souvent, ces réactifs sont en proportions stoechiométriques.
Le rapport molaire d'agent d'halogénation par rapport à l'acide de formule (IV) varie généralement entre 0,1 et 5, de préférence entre 1 et 5. Lorsque l'agent d'halogénation est en large excès (le rapport molaire par rapport à l'acide (IV) peut alors dépasser 5 et aller jusqu'à 20) il peut servir de solvant pour la réaction. Il peut alors être récupéré du mélange réactionnel par distillation en vue d'un recyclage ultérieur.
Les réactifs peuvent aussi être dissous dans un solvant inerte ayant un point d'ébullition supérieur à la température de réaction par exemple un hydrocarbure liquide, aliphatique ou aromatique, chloré ou non tel que le benzène, le toluène, les xylènes, les mélanges de xylènes, le cumène, le chlorobenzène, le 1, 2-dichloroéthane ; on peut aussi utiliser un mélange de plusieurs solvants.
L'usage d'un solvant inerte a l'avantage pratique de permettre un meilleur transfert de chaleur dans un procédé à l'échelle industrielle ; il permet aussi d'éviter les surchauffes locales du milieu réactionnel.
Comme il a été dit précédemment, la température à laquelle le procédé selon l'invention est mis en oeuvre est telle que l'halogénure d'acide ou acide halohydrique formé au cours de la réaction est éliminé du milieu réactionnel sous forme gazeuse au fur et à mesure qu'il est généré.
Cette température est par ailleurs inférieure à la température de décomposition des produits de formule (III), (IV) et (I) intervenant dans le procédé ; dans le cas où l'on met en oeuvre un solvant, la température de réaction est avantageusement inférieure ou égale à la température d'ébullition de ce solvant qui peut d'ailleurs, être constitué par l'agent d'halogénation en excès comme cela a déjà
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été dit. La température est donc généralement comprise entre 70 et 180 C. En absence de solvant, la température préférentielle est comprise entre 80 et 1200C ; en présence de solvant (spécialement dans le cas du cumène qui bout à 1530C), la température est avantageusement comprise entre 70 et 150 C.
En fin de réaction le produit de formule (I) peut être isolé par tout moyen connu en soi.
Le procédé selon l'invention se distingue par la simplicité du mode de récupération du produit final car celui-ci est insoluble dans l'agent d'halogénation en sorte que cette récupération se réduit essentiellement à une fil-
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tration. On peut aussi faciliter cette filtration par addition d'un non solvant.
Les exemples suivants donnés à titre non limitatif illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en oeuvre. On a utilisé la nomenclature anglosaxonne pour désigner les produits en plaçant les chiffres indi- quant la position des substituants avant (et non pas après) le nom de ces substituants.
Exemple 1 :
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ci CF 3-e 0 NO2 +01 3SC) 2NH2' (0) C13 : > CF--Yy-0-/-NO-H=H-SONH 3.
3 (V) Cl CD-NH-SO2CH3 CF 0 (VI)
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361, 5 g (1 mole) d'acide 5-[2'-chloro-4'- COOHphénoxy]-2-nitrobenzoïque et 95 g (1 mole) de méthane sulfonamide sont mis en suspension dans 300 cm3 de P (0) C13 qui est le chlorure de phosphoryle. Le mélange
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réactionnel est chauffé sous agitation pendant 2hl5mn à 900C. L'acide chlorhydrique se dégage du milieu réactionnel au fur et à mesure de sa formation (le chauffage peut être arrêté lorsque le dégagement d'acide chlorhydrique devient régulier, la température s'entretenant alors à 900C du fait de la réaction). Après addition de 400 cm3 de toluène, le précipité formé est filtré, lavé au toluène, puis au dichlorométhane, puis à l'eau.
On obtient ainsi 393,2 g (0,897 mole ; rendement : 90 %) d'un solide blanc constitué de 5-[2'-chloro-4'- (tri- fluorométhyl) phénoxy]-2-nitro-N-méthanesulfonyl benzamid, de formule (VI), fondant à 221 C. La structure de ce produit est confirmée par infrarouge et par résonance magnétique nucléaire.
Exemple 2 :
On effectue la même réaction qu'à l'exemple 1.
La pureté de l'acide phénoxybenzoïque de départ a été déterminée en chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC en abréviation) ; cette HPLC a été effectuée dans les conditions suivantes : - colonne de longueur 20 cm, de diamètre 4 mm, - garnissage de silice sur lequel on a greffé une phase stationnaire à groupement amine (la chromatographie s'effectue par partage entre la phase stationnaire et l'éluant) - éludant : mélange en proportions volumiques constantes 42/40/18 respectives de 2,2, 4-triméthylpentane, 2-propanol et acide acétique
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- de 2 cm/mn.
La pureté du produit de réaction a été également déterminé en HPLC dans des conditions similaires sauf qu'on a fait varier dans l'éluant les proportions de constituants du mélange entre le début et la fin de la chromatographie, depuis un rapport de 35/50/5 jusqu'à 56/20/24 (gradient d'élution).
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La validité de ces méthodes chromatographiques a été vérifiée par l'utilisation d'étalons correspondant à des échantillons de chacune des impuretés citées prises isolément.
Les pourcentages indiqués ci-après sont des pourcentages pondéraux. L'acide "technique" utilisé contient : - 80, 9 % d'acide 5-[2'-chloro-4'-(trifluorométhyl)phénoxy] -2-nitrobenzoïque de formule (V), et - 8, 2 % d'acide 3-[2'-chloro-4'-(trifluorométhyl)phénoxy] -2-nitrobenzoïque, et - 3, 3 % d'acide 5-[2'-chloro-4'-(trifluorométhyl)phénoxy] -4-nitrobenzoïque, et - un pourcentage inférieur à 1 % d'acide 5-[2'-chlo- ro-5'-(trifluorométhyl)phénoxy]-2-nitrobenzoïque, et - un pourcentage inférieur à 1 % d'acide 3-[2'-chlo- ro-4'- (trifluorométhyl) phénoxy] benzoïque.
361, 5 9 d'acide technique de composition précédemment définie et 95 g (1 mole) de méthanesulfonamide sont mis en suspension dans 300 cm3 de P (0) C13, qui est le chlorure de phosphoryle. Le mélange réactionnel est chauffé sous agitation pendant 2 heures à 90 C. L'acide chlorhydrique se dégage du milieu réactionnel au fur et à mesure de sa formation (le chauffage peut être arrêté lorsque le dégagement d'acide chlorhydrique devient régulier, la température s'entretenant alors à 900C du fait de la réac- tion). On ajoute 500 cm3 de xylène avant de refroidir à 10 C. Le précipité formé est filtré, lavé ave, 200cm3 de xylène, puis avec 800cm3 de dichlorométhane, enfin avec
1500cm3 d'eau, avant d'être séché à l'étuve.
On obtient ainsi 277,4 9 d'un solide blanc constitué de 5-[2'-chloro-4'-(trifluorométhyl)phénoxy] -2-ni- tro-N-méthanesulfonyl benzamide, de formule (VI), fondant à 221 C. La structure de ce produit est confirmée par infrarouge et par résonance magnétique nucléaire. Sa pureté, déterminée par HPLC, est de 98 %.
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Compte-tenu de la pureté des réactifs et produit de réaction, le rendement réel de l'opération est de 77 % en
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5- thanesulfonyl benzamid de formule (VI) par rapport à l'acide 5- de formule (V) initialement présent.
Exemple 3 :
La même réaction que l'exemple 1, effectuée dans 750 cm3 de toluène comme solvant, permet d'obtenir 324,5 g (0,740 mole ; rendement 74 %) de 5-[2'-chloro-4'- (tri- fluorométhyl) phénoxy]-2-nitro-N-méthanesulfonyl benzamide, de formule (VI).
Exemple 4 :
La même réaction que l'exemple 2, effectuée dans 1500 cm de 1, 2-dichloroéthane comme solvant, permet d'obtenir 329 g de 5-[2'-chloro-4'-(trifluorométhyl) phénoxy]-2-nitro-N-méthanesulfonyl benzamide, de formule (VI).
Sa pureté, déterminée par HPLC, est de 95 %.
Compte tenu de la pureté des réactifs et produit de réaction, le rendement réel de l'opération est de 88 % en 5- [2'-chloro-4'- (trifluorométhyl) phénoxy]-2-nitro-N-méthanesu lfonyl benzamide de formule (VI) par rapport à l'acide 5- [2'-chloro-4'-(trifluorométhyl)phénoxy]-4-nitrobenzoïque de formule (V) initialement présent.