WO1995011877A1 - Alcools polyfluores et leurs procedes de preparation - Google Patents
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Classifications
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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- C07C29/095—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis of esters of organic acids
Definitions
- the present invention relates to the field of functional fluorinated derivatives and more particularly relates to polyfluorinated alcohols usable as intermediates for the manufacture of hydrophobic, oleophobic and anti-fouling agents.
- fluorinated esters have been described which are derived from mono-, di- or tricarboxylic unsaturated acids, in particular acrylates and methacrylates of formula:
- Rp represents a perfluorinated radical in 04-0-14, p an integer ranging from 0 to 3, n an integer ranging from 1 to 12 and R a hydrogen atom or a methyl radical.
- the polymers or copolymers derived from these unsaturated esters are particularly advantageous as a hydrophobic, oleophobic and anti-fouling treatment agent for various supports such as textiles, leather, paper, stone, etc.
- nitrates used in the previous process are themselves prepared by the action of an excess of concentrated nitric acid on the corresponding iodides RF (CH 2 CF 2 ) pC n H2 n l-
- This process described in patent FR 2,096 179, also has the very big drawback of releasing elementary iodine which, by subli ⁇ mation, is deposited in all the devices of the installation used, which makes its recovery and cleaning very difficult, if not impossible.
- the present invention now relates to polyfluorinated alcohols of general formula: RF- (CH 2 CF2) m -CH2CH 2 OH (I)
- Rp represents a perfluoroalkyl radical and m denotes an integer ranging from 1 to 10.
- the perfluoroalkyl radical Rp can be linear or branched and contain from 2 to 18 carbon atoms. Particularly preferred are the alcohols in which Rp is linear and contains from 2 to 6 carbon atoms, and especially those in which Rp is the perfluoroethyl radical.
- alcohols in which the number of CH2CF2 units (m) is between 2 and 6, and more particularly 3 to 5.
- polyfluorinated alcohols according to the invention can be prepared from the corresponding polyfluoroalkyl iodides of formula:
- the iodide (II) is reacted with the oleum to form an acid sulfate:
- the formation of acid sulfate (III) can be carried out in 1 to 2 hours at a temperature ranging from 25 to 95 ° C using 3 to 10 moles of SO3 in the form of oleum 20 to 25% per mole of iodide (II ).
- the hydrolysis of the acid sulfate (III) can be carried out in 1 to 2 hours at 100 ° C in 2 to 4 times its weight of water added with 1.5 to 2 times the amount of sodium sulfite required to reduce iodine to sodium iodide.
- the released alcohol (I), insoluble in water can be recovered by decantation (lower phase) or, during the hydrolysis phase, by azeotropic distillation.
- Another method for preparing the alcohols according to the invention consists in reacting the iodide (II) with an aqueous solution of dimethylformamide, then in hydrolyzing or transesterifying the formate of formula:
- the first reaction advantageously carried out in 10 to 15 hours at 120-160 ° C using 2 to 8 moles of water and 10 to 40 moles of dimethylformamide per mole of iodide (II), leads to the concomitant formation of alcohol (I) and corresponding formate (IV).
- the alcohol-formate mixture is isolated before subjecting it to hydrolysis or to a transesterification to transform the formate (IV) into alcohol (I).
- the hydrolysis can be carried out in 1 to 2 hours at reflux with an alcoholic solution of 1 to 1.5 equivalents of sodium or potassium hydroxide.
- the transesterification can be carried out with methanol in the presence of an acid catalyst such as, for example, p-toluenesulfonic acid.
- an acid catalyst such as, for example, p-toluenesulfonic acid.
- the aqueous solution of dimethylformamide can be replaced by N-methylformamide in an amount of 5 to 15 moles per mole of iodide (II).
- the iodides (II) used are known products, the production of which is described in French patents 2 103459, 2 220 504, 2220505, 2220515 as well as in European patents 140254 and 142041.
- the transformation of the polyfluorinated alcohols according to the invention into acrylic or methacrylic esters can be easily carried out by known methods, in particular by direct reaction with acrylic or methacrylic acid in an aromatic solvent in the presence of an acid catalyst , or by transesterification with pacrylate or methyl methacrylate.
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Abstract
L'invention a pour objet des alcools polyfluorés de formule: RF-(CH2CF2)m-CH2CH2OH, dans laquelle RF représente un radical perfluoroalkyle en C2-C18 et m désigne un nombre entier allant de 1 à 10. Ces alcools, préparés à partir des iodures RF-(CH2CF2)m-CH2CH2I correspondants, sont utiles comme intermédiaires pour la fabrication d'agents hydrophobes, oléophobes et anti-salissures.
Description
ALCOO S PO YFLUORES ET LEURS PROCEDES DE PREPARATION
La présente invention concerne le domaine des dérivés fluorés fonctionnels et a plus particulièrement pour objet des alcools polyfluorés utilisables comme in- termediaires pour la fabrication d'agents hydrophobes, oleophobes et anti-salissu¬ res.
Dans le brevet FR 2 200238 on a décrit des esters fluorés dérivés d'acides insaturés mono-, di- ou tricarboxyliques, notamment des acrylates et méthacrylates de formule :
RF-(CH2CF2)p-CnH2n-OCOC(R) = CH2
dans laquelle Rp représente un radical perfluoré en 04-0-14, p un nombre entier allant de 0 à 3, n un nombre entier allant de 1 à 12 et R un atome d'hydrogène ou un radical méthyle. Les polymères ou copolymères dérivés de ces esters insaturés sont particulièrement intéressants comme agent de traitement hydrophobe, oléophobe et anti-salissures de supports variés tels que textiles, cuir, papier, pierre, etc..
Selon le brevet FR 2 200 238, ces esters insaturés sont obtenus par réaction d'un acide insaturé sur un nitrate de formule :
RF-(CH2CF2)p-CnH2n-ONθ2
en présence d'acide sulfurique concentré dans un solvant aromatique comme le benzène, le toluène ou les xylènes, à une température de 80 à 150°C pendant une durée de 10 à 20 heures. Outre le dégagement de vapeurs nitreuses toujours gê¬ nantes, le gros inconvénient de ce procédé réside dans la formation de nombreux sous-produits, en particulier de dérivés sulfonés et nitrés du solvant aromatique uti¬ lisé. Ces sous-produits nécessitent des traitements de séparation supplémentaires et créent des effluents difficiles à éliminer. Les nitrates utilisés dans le procédé précédent sont eux-mêmes préparés par action d'un excès d'acide nitrique concentré sur les iodures correspondants RF(CH2CF2)pCnH2nl- Ce procédé, décrit dans le brevet FR 2 096 179, présente également le très gros inconvénient de libérer de l'iode élémentaire qui, par subli¬ mation, se dépose dans tous les appareils de l'installation utilisée, ce qui rend sa ré- cupération et les nettoyages très difficiles, sinon impossibles.
La présente invention a maintenant pour objet les alcools polyfluorés de formule générale :
RF-(CH2CF2)m-CH2CH2OH (I)
dans laquelle Rp représente un radical perfluoroalkyle et m désigne un nombre entier allant de 1 à 10. La transformation de ces alcools en esters acryliques ou méthacryliques est particulièrement facile et permet d'éviter les inconvénients de la technique antérieure.
Dans les alcools polyfluorés selon l'invention, le radical perfluoroalkyle Rp peut être linéaire ou ramifié et contenir de 2 à 18 atomes de carbone. Sont plus par¬ ticulièrement préférés les alcools dans lesquels Rp est linéaire et contient de 2 à 6 atomes de carbone, et surtout ceux dans lesquels Rp est le radical perfluoroéthyle.
Sont également préférés les alcools dans lesquels le nombre de motifs CH2CF2 (m) est compris entre 2 et 6, et plus particulièrement 3 à 5.
Les alcools polyfluorés selon l'invention peuvent être préparés à partir des iodures de polyfluoroalkyle correspondants de formule :
RF-(CH2CF2)m-CH2CH2l (II)
Selon une première méthode, on fait réagir l'iodure (II) avec l'oléum pour former un sulfate acide :
RF-(CH2CF2)m-CH2CH2θSθ3H (III)
qu'on hydrolyse ensuite pour former l'alcool (I). La formation du sulfate acide (III) peut être réalisée en 1 à 2 heures à une température allant de 25 à 95°C en utilisant 3 à 10 moles de SO3 sous forme d'oléum 20 à 25 % par mole d'iodure (II). L'hydro¬ lyse du sulfate acide (III) peut être effectuée en 1 à 2 heures à 100°C dans 2 à 4 fois son poids d'eau additionnée de 1,5 à 2 fois la quantité de sulfite de sodium néces¬ saire pour réduire l'iode en iodure de sodium. L'alcool (I) libéré, insoluble dans l'eau, peut être récupéré par décantation (phase inférieure) ou, pendant la phase d'hydro- lyse, par distillation azéotropique.
Une autre méthode de préparation des alcools selon l'invention consiste à faire réagir l'iodure (II) avec une solution aqueuse de diméthylformamide, puis à hy- drolyser ou transestérifier le formiate de formule :
RF-(CH2CF2)m-CH2CH2OCOH (IV)
co-produit en même temps que l'alcool (I). La première réaction, avantageusement réalisée en 10 à 15 heures à 120-160°C en utilisant 2 à 8 moles d'eau et 10 à 40
moles de diméthylformamide par mole d'iodure (II), conduit à la formation concomi¬ tante d'alcool (I) et de formiate (IV) correspondant. Par addition d'eau au mélange réactionnel et décantation, on isole le mélange alcool-formiate avant de le soumettre à une hydrolyse ou à une transesterification pour transformer le formiate (IV) en alcool (I). L'hydrolyse peut être réalisée en 1 à 2 heures à reflux avec une solution alcoolique de 1 à 1 ,5 équivalent d'hydroxyde de sodium ou de potassium. La tran¬ sesterification peut être effectuée avec le méthanol en présence d'un catalyseur acide comme, par exemple, l'acide p-toluènesulfonique. Après l'étape d'hydrolyse ou de transesterification, l'addition d'eau suivie d'une décantation et d'une distillation de la phase inférieure permet de récupérer l'alcool (I).
Dans cette seconde méthode de préparation des alcools polyfluorés selon l'invention, on peut remplacer la solution aqueuse de diméthylformamide par le N- méthylformamide à raison de 5 à 15 moles par mole de iodure (II).
Les iodures (II) utilisés sont des produits connus dont l'obtention est décrite dans les brevets français 2 103459, 2 220 504, 2220505, 2220515 ainsi que dans les brevets européens 140254 et 142041.
La transformation des alcools polyfluorés selon l'invention en esters acryli¬ ques ou méthacryliques peut être facilement réalisée par les méthodes connues, en particulier par réaction directe avec l'acide acrylique ou méthacrylique dans un sol- vant aromatique en présence d'un catalyseur acide, ou encore par transesterification avec Pacrylate ou le méthacrylate de méthyle.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Sauf indication contraire, les pourcentages indiqués sont exprimés en poids.
EXEMPLE 1
Dans un réacteur en verre de 4 litres, muni de dispositifs de chauffage et d'agitation, on a chargé 1510 g de l'iodure polyfluoré C2F5-(CH2CF2)3-CH2CH2l à 97,9 % de pureté et 1456 g de N-méthylformamide, puis on a chauffé sous agitation pendant 30 heures à 150°C. Après avoir refroidi le mélange jusqu'à 80°C, on l'a lavé deux fois avec 1 litre d'eau à 80°C et, après décantation, on a récupéré la phase organique inférieure (1192 g) ayant la composition suivante (analyse par chromatographie phase gaz) :
- alcool C2F5-(CH2CF2)3-CH2CH2OH 24 % - formiate de cet alcool 63,5 %
- oléfine C2F5-(CH2CF2)3-CH = CH2 4 %
- iodure de départ 0,8 %
Dans un réacteur de deux litres, on a charge 1167 g de ce mélange avec 388 ml de méthanol et 11 g d'acide paratoluènesulfonique, puis on a distillé le for¬ miate de méthyle formé. On a arrêté la distillation quand le méthanol a commencé à distiller, puis on a ajouté au réacteur une solution de 10 g d'hydroxyde de potassium en pastilles dans 280 ml de méthanol et on a porté le mélange au reflux pendant 2 heures.
Le mélange a ensuite été lavé deux fois avec 1 ,2 litre d'eau à 90°C. Après décantation, on a récupéré 1073 g de phase organique inférieure qui, par distillation sous vide, a fourni 896 g d'un produit distillant à 114°C sous 4 mbar et présentant un point de fusion de 59°C.
L'analyse de ce produit par couplage CG/SM a donné les résultats suivants :
C2F5-(CH2CF2)3-CH2CH2OH 96 %
C2F5-(CH2CF2)2-CH2CF = CH-CH2OH 1,6 % C2F5-(CH2CF2)2-CH(CH2)2-CF2 1,2 %
I 0 1
C2F5-(CH2CF2)3-CH2CH2I : 0,8 %
et l'analyse par RMN 1H, 13C et 19F a confirmé la structure de l'alcool.
EXEMPLE 2
Dans un réacteur, on a chargé 1515 g de l'iodure C2F5~(CH2CF2)4- CH2CH2I à 94,6 % de pureté, 2550 g de diméthylformamide et 100 g d'eau, puis le mélange a été chauffé pendant 14 heures à reflux. Après dilution avec 600 ml d'eau, on a soutiré la phase organique inférieure et on l'a lavée deux fois avec 700 ml d'eau à 90°C. Après décantation, on a ajouté à la phase organique une solution de 85 g d'hydroxyde de sodium dans 1300 g d'éthanol, puis le mélange a été chauffé à reflux pendant une heure.
Après dilution avec 3 litres d'eau, la phase inférieure a été soutirée, puis la- vée deux fois avec 1 ,5 litres d'eau à 90°C et soutirée à nouveau. Par distillation sous vide de cette phase organique (1070 g), on a obtenu 660 g d'un produit distillant à 123°C sous 1 mbar et présentant un point de fusion de 75°C.
Son analyse chromatographique a donné les résultats suivants :
C2F5-(CH2CF2)4-CH2CH2OH : 97,2 %
C2F5-(CH2CF2)3-CH2CF = CH-CH2OH : 1 ,4 %
et l'analyse par RMN 1H, 13C et 19F a confirmé la structure de l'alcool.
EXEMPLE 3
En opérant comme à l'exemple 1 à partir de 1355 g de l'iodure C2F5- (CH2CF2)δ-CH2CH2l et 1000 g de N-méthylformamide, on a obtenu 1278 g d'alcool brut dont la distillation sous vide a fourni 660 g d'un produit distillant à 158°C sous 1 mbar et fondant à 89°C.
L'analyse chromatographique de ce produit a donné les résultats suivants :
C2F5-(CH2CF2)5-CH2CH2θH : 93,8 %
C2F5-(CH2CF2) -CH2CF ≈ CH-CH2OH : 4,2 %
et l'analyse par RMN 1H, 13c et 19F a confirmé la structure attendue.
Claims
1. Alcools polyfluorés de formule générale :
RF-(CH2CF2)m-CH2CH2θH
dans laquelle Rp désigne un radical perfluoroalkyle, linéaire ou ramifié, de 2 à 18 atomes de carbone et m représente un nombre entier allant de 1 à 10.
2. Alcools selon la revendication 1 , dans lesquels m est un nombre entier allant de 2 à 6, de préférence 3 à 5.
3. Alcools selon la revendication 1 ou 2, dans lesquels Rp est un radical linéaire contenant 2 à 6 atomes de carbone, de préférence le radical perfluoroéthyle.
4. Procédé de préparation d'un alcool polyfluore selon l'une des revendica¬ tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait réagir l'iodure polyfluore correspondant Rp-(CH2CF2) ~CH2CH2l avec l'oléum, puis on hydrolyse le sulfate acide ainsi ob¬ tenu.
5. Procédé de préparation d'un alcool polyfluore selon l'une des revendica¬ tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait réagir l'iodure polyfluore correspondant
RF-(CH2CF2)rτrCH2CH2l avec une solution aqueuse de diméthylformamide ou avec le N-méthylformamide, puis on hydrolyse ou transestérifie le formiate Rp- (CH2CF2)m-CH2CH2θCOH co-produit.
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