CH641779A5

CH641779A5 - Procede de preparation de n-chloroimides.

Info

Publication number: CH641779A5
Application number: CH1127379A
Authority: CH
Inventors: Ta-Sen Chou
Original assignee: Lilly Co Eli
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1984-03-15
Also published as: US4212977A; RO78853A; JPS6317061B2; DD148046A5; ES487087A0; HU181876B; IL58968A0; DK542579A; IE792459L; KR830001209A; JPS5583747A; RO78853B; CA1124727A; IL58968A; DE2964511D1; AU5387279A; EP0015345B1; YU306279A; PL220499A1; AR224142A1

Description

Cette invention concerne un procédé de fabrication de N-chlo-rophtalimide, de N-chlorosuccinimide ou de N-chloroglutarimide.

Les procédés principaux de la technique antérieure pour la préparation de N-chloro-imides utilisaient habituellement un milieu 5 réactionnel aqueux. En général, ces procédés peuvent être classés comme suit:

1) chloration de Timide correspondant en utilisant un hypochlo-rite minéral dans un mélange d'acide acétique et d'eau;

2) chloration par passage de chlore dans une solution aqueuse io contenant des quantités équivalentes de Timide correspondant et d'une base forte, par exemple l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium;

3) chloration de l'imide correspondant en utilisant l'hypochlo-rite de t-butyle dans un mélange d'alcool t-butylique et d'eau.

15 Parmi les procédés généraux précédents, seul le procédé 2 comprend l'utilisation de chlore moléculaire. Cependant, en raison de la présence du système aqueux, ce procédé s'est révélé présenter des inconvénients importants. Premièrement, le chlore n'est que très faiblement soluble dans l'eau. Deuxièmement, et de façon plus impor-20 tante, on sait qu'un imide subit une hydrolyse rapide quand il est présent dans un milieu aqueux alcalin comme celui qui résulte d'un mélange d'hydroxyde de potassium ou de sodium et d'eau. Quand, par exemple, le phtalimide est soumis à des conditions aqueuses alcalines, il se produit la séquence suivante de décomposition:

A4

^NH + MOH

ho,

2 \

/

I. 1

\ /"V- ^

/

+NH

\

De façon encore plus importante, on a établi [Arthur R. Hurwitz, «Degradation of N-Chlorosuccinimide in Aqueous Solution», «Diss. Abst.», B. 28 (3), 971 (1967)] qu'un dérivé de N-chlo-ro-imide, quand il est présent dans un milieu alcalin aqueux, comme ce serait le cas dans les conditions de la chloration fournie par le procédé 2 ci-dessus, se dégrade avec formation possible du gaz toxique et très explosif, le trichlorure d'azote. Les séquences suivantes sont envisagées pour la décomposition du N-chlorosuccinimide:

j-oh i-OH

/

Cl

\

/

H 0

2

\

Cl

/

NCI

\

i

\

»

V

/

i-OH

;-nci

:-oh

H 0

2

\

OH

- /

:-n-Ci h

3

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H 0

2

\

/

i-OH

+ NH Cl

2

\

-OH

CI

\

Cl

HO /NHC12

2

_\

/ NC I

/

\

Les procédés non aqueux de préparation des dérivés N-chlorés sont peu nombreux. Le brevet des EUA N° 2686203 décrit un procédé de préparation de N-halo-t-alkylcyanamides par traitement d'un t-alkylcyanamide par du chlore moléculaire dans un solvant inerte en présence d'un équivalent molaire d'un accepteur d'hydra-cide, typiquement la pyridine. Le brevet des EUA N° 4082766 décrit un procédé de préparation du N-chlorophtalimide dans des conditions réactionnelles essentiellement non aqueuses, par mise en contact d'un sel de métal alcalin de phtalimide avec du chlore en présence d'un hydrocarbure aliphatique halogéné à une température d'environ —10 à environ +40°C. Ce procédé de la technique antérieure n'utilise pas d'accepteur de HCl.

Un procédé encore plus avantageux utilise un milieu essentiellement non aqueux et permet l'utilisation de Timide lui-même comme substance de départ à la place du sel de métal alcalin préalablement nécessaire. On prépare le N-chloro-imide en mettant Timide correspondant en contact avec du chlore moléculaire à une température d'environ —10 à environ +50°C dans des conditions essentiellement non aqueuses en présence de 1) un dérivé époxy en quantité représentant au moins environ un groupement époxy par groupement imide, et 2) au moins une quantité catalytique d'une amine tertiaire. (Ce procédé est le sujet du brevet belge N° 872584 délivré le 7 juin 1979.)

La préparation du N-chlorophtalimide (NCP) par réaction du chlore avec le phtalimide (Y = H) ou un sel de métal alcalin du phtalimide (Y = métal alcalin) est décrite ci-dessous :

+ Cl 2

-Cl + YCI

(NCP)

La réaction est un équilibre et, pour obtenir le NCP en rendement satisfaisant, il faut trouver des conditions de réaction qui favoriseront la production de NCP. Dans les procédés de la technique antérieure où la réaction de chloration est effectuée en milieu aqueux, la production de NCP est favorisée, car le NCP est éliminé (précipite) en raison de son insolubilité relative dans l'eau. Dans les procédés de la technique antérieure où l'on effectue la réaction de chloration en utilisant un sel de métal alcalin de phtalimide dans un milieu non aqueux (un hydrocarbure chloré), la production de NCP

est favorisée, car le chlorure de métal alcalin (YCL) est éliminé (précipite) en raison de son insolubilité relative dans le solvant non 15 aqueux.

La présente invention décrit un procédé de préparation de N-chlorophtalimide, de N-chlorosuccinimide ou de N-chloroglutarimide, qui consiste à mettre le phtalimide, le succinimide ou le glutarimide en contact avec du chlore moléculaire, dans des conditions 20 essentiellement non aqueuses en présence d'un copolymère de poly-vinylpyridine réticulée, ledit copolymère contenant une réticulation de 1 à 10%.

Le copolymère de polyvinylpyridine est faiblement basique et est insoluble dans les solvants organiques. Le copolymère effectue l'éli-25 mination rapide de l'acide chlorhydrique du mélange réactionnel et déplace l'équilibre réactionnel en favorisant la formation de N-chlo-ro-imide. En outre, le copolymère de vinylpyridine peut facilement être éliminé du milieu réactionnel par filtration ou tout autre moyen approprié.

3o Alors que l'utilisation d'un dérivé époxy pour enlever l'acide chlorhydrique au cours de la réaction d'un imide avec le chlore nécessite la présence d'un catalyseur d'amine tertiaire (par exemple la quinoléine), comme décrit dans le brevet belge N° 872584 susmentionné, l'utilisation du copolymère de vinylpyridine ne nécessite pas 35 l'utilisation d'un catalyseur d'amine tertiaire. Des rendements comparables sont obtenus dans le procédé avec ou sans catalyseur de ce type.

Dans la mise en œuvre du procédé de l'invention, le chlore peut être introduit dans le milieu réactionnel contenant l'imide désiré soit 40 par passage du gaz directement dans le milieu réactionnel, soit par absorption préalable du chlore sur le polymère puis addition du complexe polymère/chlore au milieu réactionnel. Il est entendu que les deux techniques font partie du domaine de l'invention.

Dans la réaction du chlore avec l'imide, 1 mol de chlore est con-45 sommée pour chaque mole de groupement imide disponible. Il est donc nettement préféré qu'au moins 1 mol de chlore soit présente par équivalent molaire de groupement imide. De façon encore plus indiquée, on met en contact avec l'imide un excès molaire d'environ 10% de chlore. La température à laquelle on effectue la réaction est 50 généralement comprise entre —10 et + 50° C, et de préférence entre environ —5 et environ +25°C. La réaction est généralement terminée après environ 1 h à environ 24 h et est de préférence effectuée en une période d'environ 3 à 15 h.

La réaction entre l'imide et le chlore s'effectue dans un solvant 55 organique inerte dans des conditions essentiellement non aqueuses. L'expression conditions essentiellement non aqueuses ne désigne pas l'absence totale d'eau dans le milieu réactionnel; en fait, ce terme prescrit l'utilisation de précautions raisonnables pour obtenir de telles conditions comprenant le fait d'éviter toute addition délibérée 60 d'eau au milieu réactionnel avant ou pendant que l'on effectue la réaction. Les quantités d'eau qui sont généralement présentes dans les solvants et les réactifs du commerce que l'on peut utiliser dans le procédé de cette invention n'ont pas besoin d'être préalablement éliminées pour satisfaire l'exigence substantiellement non aqueux. Par 65 le terme solvant, on désigne un milieu qui solubilise partiellement ou totalement l'imide de départ. Le terme inerte définit un solvant qui ne réagit pas en général avec les réactifs, principalement avec le chlore, dans les conditions du procédé. De tels solvants types sont

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les hydrocarbures aromatiques et aliphatiques halogénés. Des exemples des hydrocarbures aromatiques halogénés sont le chloroben-zène, le 1,2-dichlorobenzène, le 1,4-dichlorobenzène, le bromoben-zène, etc. Des exemples des hydrocarbures aliphatiques halogénés sont le chlorure de méthylène, le chloroforme, le 1,1,2-trichloro-éthane, le 1,2-dichloroéthane, le 1,1-dichloroéthane, le 1,1,1-trichlo-roéthane, etc. Parmi les précédents, on préfère les hydrocarbures aliphatiques halogénés, et parmi ceux-ci le solvant préféré est le chlorure de méthylène.

Les polymères de polyvinylpyridine réticulés que l'on utilise dans le procédé de cette invention sont des résines faiblement basiques qui sont insolubles dans les solvants organiques inertes et, en particulier, dans le milieu réactionnel utilisé dans le présent procédé. Les polymères ont une réticulation de 1 à 10%.

Le polymère de polyvinylpyridine réticulé est préparé par polymérisation de vinylpyridine monomère en présence de l'agent de réticulation. Le terme vinylpyridine est utilisé ici pour désigner la 4-vi-nylpyridine, la 3-vinylpyridine, la 2-vinylpyridine et les vinylpyridi-nes méthylées comme la 2-méthyl-4-vinylpyridine et la 3-méthyl-4-vinylpyridine. La 4-vinylpyridine est le monomère préféré. Les poly-vinylpyridines peuvent être réticulées par une grande variété d'agents de réticulation connus. Des exemples des agents de réticulation sont les agents difonctionnels comme les composés aromatiques vinyliques, par exemple le divinylbenzène, les acrylamides comme le N,N'-méthylènebisacrylamide :

O

II

[ch2(nh-c-ch = ch2)2],

et le N.N'-décaméthylènebisacrylamide et le N,N-diallylacrylamide; les acrylates et méthacrylates comme le diacrylate d'éthylène, le di-méthylacrylate d'éthylène et le diméthacrylate de triéthylèneglycol; les esters allyliques des acides dicarboxyliques aromatiques et aliphatiques comme le phtalate de diallyle, le malonate de diallyle et le succinate de diallyle; et d'autres agents vinyliques et allyliques difonctionnels comme la divinylsulfone et la N,N'-diallylpipérazine; les agents de réticulation trifonctionnels, par exemple le triméthacry-late de 1,1,1-triméthylolpropane:

O

II

[ch3ch2—c(0—c—c(ch3) = ch2)3],

le triacrylate de 1,1,1-triméthylolpropane, le triacrylate de 1,1,1-tri-méthyloléthane, le triméthacrylate de 1,1,1-triméthyloléthane, la 1,3,5-triacryloylhexahydro-s-triazine, la 1,3,5-triméthacryloylhexa-hydro-s-triazine, le trivinylcyclohexane et l'isocyanurate de triallyle; et les agents de réticulation tétrafonctionnels, par exemple le tétra-méthacrylate de pentaérythritol, le tétraméthacrylate de pentaéryth-ritol, le tétraallyloxyêthane et le pyromellitate de tétraallyle.

Un agent de réticulation préféré est le divinylbenzène. D'autres agents préférés sont le méthylènebisacrylamide et le méthylènebis-méthacrylamide représentés respectivement par les formules suivantes:

O O

Il II

ch2 = ch-c-nh-ch2-nh-c-ch = ch2

o o

Il II

ch2 = c- c-nh-ch2-nh-c—c = ch2 I I

ch3 ch3

La vinylpyridine monomère peut également être réticulée par une divinylpyridine ou une divinylpyridine méthylée, par exemple la 2-mêthyl-4,6-divinylpyridine. On verra aisément que d'autres agents de réticulation connus ou pouvant être préparés peuvent être utilisés pour préparer le polymère de polyvinylpyridine réticulé utilisé dans le procédé de cette invention.

Les polymères réticulés préférés de cette invention sont le poly-(4-vinylpyridine)divinylbenzène (contenant environ 2 à environ 5% de réticulation), le poly-(4-vinylpyridine)-N,N'-méthylène-bisacrylamide et le poly-(4-vinylpyridine)-N,N'-méthylènebismétha-crylamide.

On prépare commodément les polymères de polyvinylpyridine en chauffant la vinylpyridine en présence d'azobisisobutyronitrile et de l'agent de réticulation dans un système solvant aqueux. Un système solvant aqueux approprié que l'on peut utiliser est un mélange de solution saline et de diisobutylcétone. La solution saline active la polymérisation dans la phase organique, en permettant ainsi une polymérisation plus complète.

La polymérisation peut également être effectuée comme décrit par Hallensleben et Wurm, «Angew. Chem. Int.», Ed. angl. 15, 163 (1976) où est décrite la préparation du poly-(4-vinylpyridine)divinyl-benzène.

On peut également préparer les polymères réticulés dans l'eau par polymérisation par émulsion avec des surfactifs comme l'alcool polyvinylique ou l'oxyde de polyéthylène. Des billes macroréticulées de polymères réticulés peuvent être préparées par des modes opératoires connus dans le domaine, par exemple comme ceux décrits dans le brevet des EUA N° 3816355.

Les agents de réticulation décrits ici sont des composés disponibles dans le commerce et peuvent être préparés par des procédés connus.

L'homme de l'art verra que, bien que les polymères formés avec les différents agents de réticulation soient des équivalents fonctionnels dans le procédé, certains polymères réticulés peuvent avoir certaines propriétés avantageuses que ne possèdent pas les autres. Par exemple, certains des polymères peuvent être régénérés et réutilisés de nombreuses fois, tandis que d'autres supportent moins la régénération et la réutilisation.

En outre, certains des polymères réticulés sont plus facilement débarrassés par lavage des impuretés que d'autres, après leur préparation. De même, certains polymères sont plus coûteux que d'autres. Egalement, avec certaines substances de départ, il peut être nécessaire d'utiliser une quantité moindre de polymères qu'avec d'autres.

Le degré préféré de réticulation dans le polymère est compris entre environ 2 et environ 5%. L'intervalle désiré de réticulation est obtenu en utilisant la quantité appropriée d'agent de réticulation au cours de la polymérisation de la vinylpyridine. La polyvinylpyridine ayant la réticulation désirée absorbe rapidement l'acide chlorhydrique formé pendant la réaction du phtalimide, du succinimide ou du glutarimide avec le chlore. En outre, comme le polymère est insoluble dans le milieu réactionnel, l'acide est rapidement et totalement enlevé du système réactionnel. Cet enlèvement rapide du sous-produit acide déplace l'équilibre de la réaction en faveur de la chloration.

La polyvinylpyridine réticulée peut être utilisée sous diverses formes. Par exemple, elle peut être sous la forme d'une fine poudre ou sous forme de petites billes, ou sous forme de billes macroporeuses. De préférence, la forme du copolymère utilisé a une surface spécifique élevée qui est une mesure de la disponibilité des sites basiques du polymère vis-à-vis de l'acide. En conséquence, plus faible est la granulométrie moyenne du polymère, plus élevée sera la surface spécifique et plus élevée sera la disponibilité des groupements basiques. De même, le copolymère sous forme de billes microporeuses a une surface spécifique élevée comprenant une surface spécifique interne, avec de ce fait une exposition élevée des groupements basiques dans le copolymère. Pour le copolymère ayant une forme relativement uniforme, comme une forme de bille, par exemple des billes macroréticulées, la dimension préférée est comprise entre environ 20 et environ 120 |i de diamètre. Pour un copolymère de forme irrégulière de particule, comme celui que l'on peut obtenir en broyant la résine de copolymère dans un broyeur à marteau, la granulométrie préférée est obtenue en recueillant les particules passant à travers un tamis d'une ouverture de maille d'environ 125 (i.

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30

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45

50

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Un copolymère ayant un degré de réticulation compris entre environ 1 et environ 10% présente un gonflement caractéristique dans les solvants organiques utilisés dans le procédé. Un copolymère ayant une teneur supérieure en réticulation gonfle à un moindre degré, et le degré de gonflement diminue lorsque le degré de réticula- 5 tion augmente. Le volume accru du copolymère dû au gonflement permet à l'acide chlorhydrique de bien mieux accéder aux sites basiques contenus dans le polymère. Les copolymères qui sont réticulés à plus de 10% gonflent bien moins que ceux qui sont réticulés à moins de 10%, ou dans l'intervalle préféré et, bien qu'insolubles 10 dans les solvants organiques, ils ne sont pas des agents de fixation de HCl efficaces.

Le rapport de la quantité de polymère utilisée à la quantité d'imide de départ est compris de préférence entre 1:1 et 1:5 en poids. Mieux encore, le rapport est d'environ 1:2 à environ 1:3. 15

Le N-chlorophtalimide, le N-chlorosuccinimide et le N-chloroglutarimide produits par le procédé de cette invention sont des réactifs très utiles pour effectuer des réactions de chloration qui nécessitent une source de chlore positif. Des exemples de telles réactions sont, par exemple, l'oxydation des sulfures, des alcools, des aminés 20 et des imines, la chloration des aminés, des systèmes aromatiques réactifs, des composés carbonylés ayant des atomes d'hydrogène en a, etc.

Les exemples suivants illustrent le procédé de cette invention.

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Exemple 1 :

Préparation du copolymère de po[y-(4-vinylpyridine) divinylbenzène

Dans un ballon à fond rond à trois tubulures de 2 1, on place 1100 ml d'eau et 4,8 g d'alcool polyvinylique et on chauffe la solution sous azote à 80° C. On ajoute rapidement en agitant à la solution chaude une solution de 50 g de 4-vinylpyridine et de 3,0 g de divinylbenzène dans 100 ml de toluène, puis on ajoute 2 g d'azobisi-sobutyronitrile. Le copolymère commence à se former immédiatement et l'on agite vigoureusement la suspension à 80° C pendant environ 16 h.

On recueille le copolymère en filtrant le mélange réactionnel sur une toile et on le lave abondamment avec de l'eau, de l'acétone, de l'éther diéthylique, du chlorure de méthylène et enfin avec de l'alcool méthylique. On constate un gonflement pendant le lavage à l'éther diéthylique et pendant les lavages au chlorure de méthylène et à l'alcool méthylique. Puis on sèche sous vide la résine copolymère et l'on obtient 45,05 g de résine séchée.

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On termine la résine en la broyant et en recueillant le matériau qui traverse un tamis d'une ouverture de maille de 250 |i.

La teneur en azote de la résine est de 12,35%, déterminée par combustion.

Exemple 2:

N-Chlorophtalimide (procédé A)

A 2,45 g de copolymère 4-vinylpyridinedivinylbenzène (7,38 |ig/g, excès de 10%) dans 200 ml de chlorure de méthylène, on introduit du chlore jusqu'à ce que le solvant devienne légèrement jaune verdâtre. On ajoute en une fois 7,35 g (50 mmol) de phtalimide. On ajoute 3 gouttes de quinoléine et on agite le mélange réactionnel à la température ambiante pendant 5 h.

On filtre le mélange réactionnel pour enlever le polymère ayant réagi et celui n'ayant pas réagi. On lave le polymère deux fois avec 15 ml de chlorure de méthylène. On réunit le filtrat initial et le produit de lavage et on les évapore lentement jusqu'à environ un tiers du volume initial. Il se forme dans cette étape des cristaux blancs, mais on conserve le mélange dans un réfrigérateur pendant une nuit pour achever la cristallisation. On recueille les cristaux par fjltration. Après séchage sous vide, on obtient 8,70 g (rendement de 95,9%) du produit cité en titre, p.f. 179,5-180° C, que l'on identifie par l'analyse du spectre infrarouge. Pour-cent de chlore: trouvé 17,6; calculé 19,5.

En répétant le mode opératoire précédent, mais en omettant le catalyseur de quinoléine, on obtient 8,05 g du produit cité en titre, p.f. 180-183°C (rendement de 88,7%). Pour-cent de chlore: trouvé 10,7; calculé 19,5. Le spectre infrarouge du produit est identique à celui obtenu précédemment.

Exemple 3:

N-Chlorophtalimide (procédé B)

A 7,45 g de copolymère 4-vinylpyridinedivinylbenzène (55 mmol/Eq), dans 100 ml de chlorure de méthylène, on ajoute du chlore jusqu'à ce qu'il se forme une couleur jaune persistante dans le solvant. On recueille le polymère par filtration sous un vide faible. Puis on place le complexe polymère/chlore humide dans 100 ml de phtalimide (7,35 g). On agite le mélange à la température ambiante pendant 3 h. Par Chromatographie sur couche mince, on montre qu'au moins 50% du phtalimide ont été transformés en produit N-chloré.

R

Claims

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1. Procédé de préparation de N-chlorophtalimide, de N-chloro-succinimide ou de N-chloroglutarimide, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre du phtalimide, du succinimide ou du glutarimide en contact avec du chlore moléculaire, dans des conditions essentiellement non aqueuses, en présence d'un copolymère de polyvinylpyri-dine contenant 1 à 10% de réticulation.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le procédé à une température de —10 à +50°C, le copolymère est le poly-(4-vinylpyridine)divinylbenzène, et le rapport pondéral dudit copolymère au phtalimide, succinimide ou glutarimide est de 1:1 à 1:5.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on prépare le N-chlorophtalimide.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on prépare le N-chlorosuccinimide.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on prépare le N-chloroglutarimide.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la réticulation représente 2 à 5%.