CHAPITRE I

CHLORURATION

GéNÉRAUTÉs. — La chloru ration est l'opération qui consiste à introduire un ou plusieurs atomes de chlore dans une molécule organique; Thalogène peut remplacer des atomes d'hydrogène, des oxhydryles, des groupements AzH^, etc. ou se fixer sur un composé non saturé. Ces diverses réactions peuvent être elTectuées soit au moyen du chlore seul ou en présence de substances diverses» soit au moyen d'agents chlorurants, soit encore par des procédés indirects qui seront énu> mérés plus loin.

Les agents employés le plus fréquemment sont :

L Le ofalore seul, que Ton utilise à Tétat gazeux, en solution anhydre (chloroforme, tétrachlorure de carbone, acide acétique) ou en présence d'eau. On se servira du chlore préparé par les procédés usuels (pyrolusite et acide chlorhydrique, chlorure de chaux et acide chlorhydrique); on emploie souvent aussi des bonbonnes de chlore liquide du commerce. L*aclion de l'acide chlorhydrique sur le permanganate de potassium (Voy. p. 129), fournit aisément des quantités exactement déterminées de réactif.

On purifiera en général le gaz en le lavant avec un peu d'eau et en le desséchant au moyen d'une colonne de ponce sulfurique; le chlore humide réagit souvent comme oxydant, mais dans certains cas, la présence d'un peu d'humidité favorise la réaction.

Le chlore seul est employé pour effectuer des substitutions directes d* hydrogène, suivant l'équation :

RH4-Cl» = R.a + Ha Toutefois la réaction n'est presque jamais limitée à la formation d'un

dérivé mono-subsUtué ; on en suivra le cours en déterminant de temps en temps Taugmentation de poids et en tenant compte, bien entendu, de Tacide chlorhydriqne qui peut se dégager. La chaleur, la lumière et TagitatioD mécanique favorisent et régularisent en général la substitution.

Le chlore seul est employé surtout pour chlorer les hydrocarbures gras, alicycUques ou aromatiques substitués (Voy. Chlorure de benzyUy p. i26), les éthers-oxydes et les acélals (Ex. : Ether monochloré et diehloré, Jacobsen, D. ch, G., 4, 215; Fritsch et Schumacher, Ann, Chem.^ 279, 301), les aldéhydes (En, : Aldéhyde chloraeélique, Pinn^r, Ann, Chem,, 179, 26; Freundler, Bull. Soc. Chim. (4), 1, 70), les phénols (Ex. : Tétrachloro^ phénol, Barrai et Grosfîilex, Bull, Soc. Chim, (3), 27, 1174) et les aminés aromatiques ou leurs dérivés immédiats (Ex. : Chloro-p^icétylloluidine, Erdmann, D. ch. G., 24, 2766; Lellmann, D. ch. 0., 24, 4111). Aucune règle générale ne peut être formulée en ce qui concerne la place à laquelle se fait la substitution.

Si la molécule renferme déj& un groupement fonctionnel attaquable par le chlore, il sera nécessaire de protéger ce groupement en transformant provisoirement le composé en question en un dérivé immédiat- (sel, dérivé acidylé, etc.); celui-ci devra être choisi de façon que Ton puisse régénérer plus tard la fonction primitive. Ce mode opératoire est général et devra être suivi également lorsqu'il s'agira d'une bromuration, d'une nitration, etc. {Voy. Chloracélylanthranilate de méihyle^ p. 128 et p-Nilraniline, Ndlting et CoUin, D. ch. G., 17, 262).

La fixation du chlore sur les composés non saturés s'effectue en général en solution (acétique, chloroformique, etc.). On emploiera la quantité exactement calculée de réactif, et l'on modérera la réaction de façon à empêcher autant que possible la production de dérivés substitués. La lumière exerce généralement une influence favorable (Ex. : Dichlorure de Vacide cinnamique, C. Liebermann et H. Finkenbeiner, D, chem. G., 28, 2235).

H. Chlore en prèsenoe d'agents dits oatalytlquea. — Certaines substances facilitent, régularisent et orientent souvent la substitution du chlore dans la molécule organique, en ce sens que leur emploi permet d'abaisser la température de réaction, ou d'obtenir en plus grande quantité tel ou tel isomère.

Parmi ces agents dits catalyliquesy les plus usités sont :

Le soufre et le phosphore rouge, qui sont appliqués & la préparation des acides chlorés (Ex. : Acide monochloracéliçue, p. 127), Viode utilisé pour chlorurer les carbures aromatiques dans le noyau (Ex. : Toluène chloré, Beilstein et Geitner, Ann. Chem,, 139, 334), le chlorure d'aluminium qui est employé avantageusement dans la série grasse (Ex.: Hexachloréthane, Mouneyrat, Bull, Soc, Chim, (3), 17, 798), le chlorure ferrique, le penlachlorure d'anlimoiney le penlachlorure de molybdène, qui constituent des agents de chloruration très énergiques, et qui permettent de préparer des dérivés polychlorés ou de chlorurer certains composés difficilement attaquables de la série aromatique (Ex. : Chloruration du nilrobenzène, Page, Ann. Chem,, 225, 200; m-Chloronitrobenzène, Beilstein et Kurbatow, D, chem. G., 8, 1417; p-Dichlorobenzène, B. Aronheim, D. Chem. G., 8, 1400) ; Valuminium ou mieux encore Yaluminium amalgamé à l'aide desquels on peut introduire successivement plusieurs atomes de chlore dans les noyaux cycliques (Ex. : Chloruration du benzène et du toluène : Cohen et Dakin, Chem, Soc., 79, 1111); enOn le perchlorure de phosphore, qui est utilisé pour préparer

GHL0RI3RATI0N. i25

les dérivés dichlorés dans la chaîne latérale des méthyl benzènes (Ex. : Chorurede benzylidéne o-^hloré, Erdmann, Arm. Chem,, 272, 149).

Tous ces réactifs doivent être employés en milieu anhydre.

Ilf. Agents ohlomrants. — Dans certains cas, on peut introduire du chlore dans un composé organique en chauffant ce dernier avec un réactif susceptible de céder une partie de son chlore. Les agents les plus employés sont :

Les perchlorures métalliques , tels que les pentachlorures d^ antimoine , de fet', et de molybdène, qui servent à préparer les dérivés polychlorés des carbures gras (Ex. : Chlorure d'éthylidéne chloré, Meyer et MûUer, J. prakt. Ch., (2), 46, 174) ou de certains composés aromatiques difficilement substituables (Ex. : Aldéhyde dichloro-S. B-benzoïque, Gnehm et B&nziger, Ann. Chem,, 296, 62), et le tétrachlorure de plomb ammoniacal qui permet de chlorer graduellement les carbures cycliques (Ex. : Chlorure de benzyU o-chloré, Seyewetz et Travvitz, Bull. Soc, Chim., (3). 29, 225).

Les hypochlorites, utilisés principalement pour l'obtention des aminés ou des amides secondaires chlorées à Tazote, celles-ci pouvant ensuite se transformer éventuellement en dérivés chlorés de la chaîne carbonée (Ex. : m-ChloracétylanthtHmilate de méthyle, p. 128) >.

Vacide chlor hydrique sec, dont Faction sur les alcools permet de préparer, d'ailleurs avec un assez mauvais rendement, les chlorures correspondants (Ex. : Chlorure d'ito-amyle, Malbot, Bull. Soc. Chim., (3), 1, 603).

Le chlorure de soufre, employé pour transformer certains alcools en chlorures alcooliques (Ex. : Dichlorhydrine de la glycérine, p. 130) ou pour préparer des quinoléines chlorées (Ex. : Quinoléines chlorées, Edinger, J. f. prakt. Ch., (2), 54, 357).

Le chorure de thionyle dont on se sert pour obtenir les chlorures d'acides peu stables (Ex. : Chlorure de malonyle, p. 134); et celui de sulfuryle à l'aide duquel on peut chlorurer les éthers acélylacéliques ainsi que certains polyphénols(Ex. : Éther a-chloracéty lacélique, kWihn, D. Chem. G., 11, 569; Chloruration de la phloroglucine, Peratoner et Pinocchiaro, Gazz. Chim. liai,, 24, (\), 243).

Le trichlorure de phosphore avec lequel on prépare les chlorures d'acide gras inférieurs (Ex. : Chlorure d'acétyle, p. 131).

Le perchlorure el Voxychlorure de phosphore, utilisés pour l'obtention des chlorures d'acides gras supérieurs ou aromatiques (Ex. Chlorures de cinnamyle, p. 133, de benzène-sulfonyle, p. 134).

Le pentachlorure permet également de chlorer le noyau des éthers oxydes aromatiques mixtes (Ex. : p-Chloranisol, Autenrieth, Arch, der Pharm., 233, 31). On s'en sert encore, ainsi que de l'oxychlorure, pour transformer les composés aldéhydiques et cétoniques en dérivés dichlorés ou monochlorés non saturés (Ex. : Acide a-chlorocrotonique, Demarçay, Dici. de Wurtz, l^suppl., p. 550),

IV. Méthodes indirectes. — Sous cette rubrique, nous comprendrons :

1* La fixation de Vacide chlorhydrique sur les composés non-salures.

i. On peut également faire rentrer dans cette catégorie, la chloruration des célones en présence d'eau et de marbre; d'après M. Kling, c'est en effet l'acide hypochloreux naissant qui réagit {Bull, Soc. Chim., (S), 33, 322).

Cette réaction peut s'effectuer à sec ou en présence d'un solvant, et dans des conditions analogues à celles dans lesquelles a lieu Taddition de chlore (Voy. : Aldéhyde ^-chloropropionique, p. 135).

2« La transformation des aminés aromatiques en dérivés chlorés par Vintermédiaire des diazoïques. Cette réaction sera décrite avec plus de détails au chapitre Diazoïques (p. 298).

3» L'action de certains chlorures métalliques (chlorures cC antimoine, àe mercure) sur les bromures ou iodures alcooliques gras; cette action donne naissance, par double décomposition, aux dérives chlorés correspondants (Ex. : Chlorure d*éthylidène à partir du dibromure, Henry, C. R., 97, 1492).

Le chlorure d'argent précipité est employé pour transformer les iodures d'ammoniums quaternaires en chlorures [Chlorométhylate d'oxyquinaldine, Conrad et Eckhard, D, Chem. G., 22, 74].

Exemples de chloruration.

Chloruration par le chlore seul.

Préparation du chlorure de benzyle C^H'.CH^Cl.

Le chlorure de benzyle s'obtient en même temps qu'une certaine quantité de chlorure de benzylidène et de phénylchloroforme, par chloruration directe du toluène bouillant, à la lumière :

CqRCH»+ Cl*=C«H5.CH2Cl+ HCl C«H».CIP + 2C12 = C«H».CHCP + 2HC1 C«H«.CH3 + 3C12 = G«H».CCP + 3HCI

L'appareil destiné à celte préparation est représenté sur la figure 38.

Dans une cornue tubulée de 500 centimètres cubes chauffée sur toile métallique,, on introduit

Toluène sec. iOO grammes.

et on tare l'appareil avant l'opération, de façon à arrêter celle-ci quand le poids aura augmenté de 75 grammes environ. La cornue est reliée d'une part à un réfrigérant ascendant, et d'autre part à un générateur de chlore sec.

Le toluène est maintenu à une légère ébullition pendant le passage du chlore, qui doit être assez rapide. L'appareil devra être exposé autant que possible au soleil; on peut également ajouter au toluène 5 grammes de soufre, mais on obtient alors facilement des produits de chloruration plus avancée qui rendent malaisée la purification du chlorure de benzyle.

Lorsque la saturation est terminée, on fractionne directe-

CHLORURATION.

ment le liquide au moyen d'un serpentin ou d'un tube Le Bel, et Ton isole successivement :

Toluène inaltéré, de iiO à 120<>.. . . 10-15 grammes Chlorure de benzyle, de 150 à 1 90». 200 —

enfin, au-dessus de 190*, un mélange de chlorure de benzylidène et de trichlorure de benzényle (environ 20-25 gr.).

Fig. 38. — Préparation du chlorure de benzyle.

La fraction 150-190*' est rectifiée de nouveau; elle fournit en définitive environ 190 grammes de chlorure de benzyle presque pur, bouillant à 178-182».

Le chlorure de benzyle est un liquide à odeur piquante, qui irrite violemment les yeux et les muqueuses. Il bout à 178-180» et ne se dissout pas dans Teau. Il est entratnable par la vapeur d'eau [Gannizzaro, Ann, Chem., 96, 246; Lauth et Grimaux, Bull. Soc, Chim, (2), 7, 105; Schramm, D. chem. G., 18, 608].

Chloruiation en présence de phosphore.

Préparation de l'acide monochloracétique, CH^Cl.CO^H.

Cet acide se prépare par Faction du chlore sur Tacide acétique bouillant en présence de phosphore rouge : CH».C02H + CP = CHiQ.CO^H -f HCl

Le dispositif est analogue à celui qui a été décrit à propos du chlorure de benzyle (p. 156).

Dans une cornue tubulée de 500 ce, chauffée au bain-marie, on introduit

Acide acétique cristallisable. . . 150 grammes

Phosphore rouge 12 —

Par la tubulure passe un tube amenant du chlore sec au sein du liquide; dans le col s'engage un réfrigérant ascendant. L'appareil doit être exposé si c'est possible au plein soleil, et le courant de chlore sec doit être très rapide. L'opération dure en général 1 ou 2 jours, suivant l'intensité de la lumière. On l'interrompt lorsqu'une prise d'essai se solidifie complètement par refroidissement dans l'eau glacée. On décante alors le liquide dans un ballon à distillation fractionnée dont la tubulure est reliée à un réfrigérant constitué par un simple tube en verre mince, et l'on distille à feu nu. Ce qui passe au-dessous de 150^ est constitué par de l'acide acétique et peut être traité à nouveau. La fraction 150-200<> se solidifie par refroidissement. On la broie et on l'essore rapidement; les eaux mères sont fractionnées de nouveau, et traitées comme la première portion. Tous les cristaux sont ensuite réunis et fractionnés une dernière fois; la portion qui passe de 184<> à 187« est constituée par de l'acide monochloracétique pur. 150 grammes d'acide acétique fournissent en général de 100 à 125 grammes de produit pur.

L'acide monochloracétique cristallise en masse radiée ou en tables rhombiques déliquescentes, fusibles à 63<>; il bout à 185- 187°. L'eau le dissout facilement. Il est très caustique; aussi ne doit-on jamais le manier qu'avec une spatule. L'eau bouillante, les alcalis caustiques et carbonates le transforment en acide glycolique, et l'ammoniaque en glycocolle.

Dans la préparation de l'acide monochloracétique on peut, mais sans grand avantage, remplacer le phosphore rouge par le soufre [Hofmann, Ann. Chem., 102, 3; Auger et Béhal, DulL Soc. Chim,, (3), 2, 145; Russanoff, D. chem. G., 25, fie/.» 334].

ChloruraUon par les hypochlorites.

Préparation du chloro-&-acétylanthranilate de méthyle. CO^CH»

UzH.CO.CfP Pour obtenir ce composé, on fait agir l'hypochlorite de soude

CJLORUnATION. 12^

sur Tacétylanthranilate de méthyle en solution acétique diluée; il se fait d^abord un dérivé chloré à Vuzote :

pntpH3 NaOCl + CH^CO^H + ^'^'<Jxz^qqc^z = CH'CO^Na +

Puis ce dernier se transforme sous rinfluence de la chaleur en chloro-5-acétylanthranilate :

^AzCl.COCH»""^*^ " ^AzH.CO.CH»

La réaction s'efTectuedans unmatras de 500 centimètres cubes fermé par un bouchon à deux trous ; ce bouchon est traversé par un thermomètre dont le réservoir atteint presque le fond du ballon, par la tige d*un tube à brome et par un long tube vertical qui servira de réfrigérant.

On introduit dans le ballon

Acétylanthranilate de méthyle 50 grammes.

Acide acétique 100 —

Eau 35 —

On chaufTe alors le ballon de façon que son contenu soit à la température de 80-85°, puis on fait couler par le tube à brome une solution d'hypochlorite de soude renfermant 18 grammes de chlore actif*. Celle-ci doit être introduite par petites por-

1. On peut utiliser pour celte opération une solution titrée d^hypochlorite commercial. Si l'on n'en a pas à sa disposition, on se servira avec avantage du procédé de M. Graebe qui consiste à préparer un bypochlorite de titre connu en absorbant par de la soude le chlore fourni par une quantité déterminée de permanganate de potasse et d*aciUe chlorhydrique. Le mode opératoire est le suivant :

On prend un ballon de 250 centimètres cubes fermé par un bouchon de caoutchouc, auquel on adapte un tube à brome et un tube abducteur doublement coudé; rexlrémilé de ce dernier pénètre dans un petit laveur contenant 4 o'i 5 centicubes d'eau et muni d'un second tube coudé qui plonge dans une conserve. On introduira dans celle-ci une lessive de soude préparée avec

Soude en plaques 35 grammes.

Eau 300 ce.

La conserve sera placée dans un mélange réfrigérant, et son contenu agité mécaniquement pendant toute l'opération. Enfin, on introduira dans le ballon

Permanganate de potassium pulvérisé.. i6 grammes. L'appareil étant ainsi disposé, on fait couler goutte à goutte par le tube à brome,

Acide chlorhydrique concentré 100 ce.

lions» en agitant énergiquement et en chauffant de temps à autre le ballon, de façon à maintenir la température indiquée.

L'addition de Thypochlorite provoque bientôt la séparation d*un dépôt huileux qui est constitué par le dérivé chloiré à Tazote. On achève la réaction en chaufîant encore pendant une heure au bain-marie, puis on laisse refroidir complètement.

Le contenu du ballon est alors constitué par un dépôt pâteux ou solide et par une solution aqueuse remplie de petits cristaux blancs. A ce moment, la transformation du dérivé chloré à Tazote n'est que partielle. Pour l'achever, on décante le liquide aqueux que Ton porte à Tébullîtion, et Ton chauffe le dépôt pâteux avec 50 ce. d'acide acétique pendant environ une demi-heure. Ceci fait, on réunit les deux portions et on les verse dans deux litres d'eau froide. Le chloracétylanthranilate se précipite alors sous la forme de flocons blancs solides; on essore après douze heures de repos, on lave à l'eau froide, on sèche à l'étuve à 50-60» et on fait cristalliser le produit brut dans 200 ce. d'alcool bouillant.

Rendement en produit pur 35 à 40 grammes.

Le chloracétylanthranilate de méthyle cristallise en petites aiguilles fusibles à 127<>, insolubles dans la plupart des dissolvants organiques froids. Les acides minéraux concentrés saponifient facilement le groupement éther-sel, mais le radical acétyle s'élimine plus difficilement [Freundler, Bull. Soc, CAtm., (4), 1, 223].

Chloruration par le chlorure de soufre.

Préparation de la dichlorhydrine de la glycérine,