BE558202A - - Google Patents

Description

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   La présente invention a pour objet un procédé d'obten- tion de l'acide sorbique. 



   On a déjà proposé de préparer l'acide sorbique par fixa- tion de cétène à l'aldéhyde crotonique en présence d'un solvant   @   inerte et d'un catalyseur acide, de préférence un catalyseur de    trifluorure de bore, pour obtenir une lactone que l'on peut trans-former en acide sorbique par traitement avec un acide fort.   



     Or,la   demanderesse a trouvé qu'en faisant réagir le 

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 estène avec l'aldéhyde crotonique en présence d'une quantité ca- talytique de sels d'acides gras avec des métaux de transition peut bivalents, il se formait un produit que l'on ne/convertir en acide sorbique, ou seulement en très faible partie, par traite- ment avec un acide fort. Ce produit permet toutefois - sans sépa- ration préalable du catalyseur utilisé - d'obtenir l'acide sorbi- que avec un meilleur rendement que par le procédé connu, par hydro- lyse en milieu alcalin, puis traitement avec un acide fort. 



   Le procédé d'obtention d'acide sorbique selon l'inven- tion consiste donc à faire réagir le cétène avec l'aldéhyde cro- tonique à une température comprise entre   20   et   50 ,   en présence d'au moins un sel d'acide gras avec au moins un métal de transi- tion bivalent et en présence d'au moins un solvant inerte dans les conditions de la réaction, à éliminer le solvant et éven- tuellement l'aldéhyde en excès par distillation puis à hydrolyser en milieu alcalin le produit polymère formé, qui contient encore du catalyseur et à transformer à chaud en acide sorbique la solu- tion alcaline obtenue, après addition d'au moins un acide fort. 



   La première phase du présent procédé fournit un produit nouveau manifestement différent de la lactone connue et dont les propriétés indiquent un ester ayant un poids moléculaire de   1000   à 3000 environ. Ce produit est vraisemblablement un polyester qui se forme pendant la réaction du   cétne   avec la crotonaldéhyde à partir de   la   -lactone intermédiaire. Ce polyester, obtenu avec un rendement pratiquement quantitatif, ne peut être transformé en acide sorbique par traitement avec un acide fort, ou seulement en très petite partie. 
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  Comme caLalyseuxs approprïés,on utilisera, dans le procé- dé de l'invention, des sels d'acides gras avec des métaux de tfransi tion bivalents comme le cadmium, le fer, le nickel, le mercure, le cobalt ou le zinc ou des mélanges de ces sels, le reste d'acide 

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 gras devant contenir 4 à 18 atomes de carbone. L'acide sorbique étant fréquemment utilisé pour la conservation de denrée alimen- taires, il convient de se servir de composés de métaux de transi- tion non toxique pour l'homme afin d'exclure tout risque pour le cas où le produit final contiendrait encore des traces de ces métaux. Il est particulièrement avantageux de se servir de sels de zinc d'acides gras, en particulier d'isobutyrate de zinc ou d'isovalérianate de zinc.

   Convennent également les sels des aci- des butyrique, valérique, alpha-méthyl-butyrique, diéthyl-acéti- que, caproïque, caprylique, caprique, laurique, 2- éthyl-caproï- que, stéarique, palmitique, oléique, ou d'autre acides gras de 
4 à 18 atomes de carbone. En règle générale, on utilise les ca- talyseurs à raison de 0,1 à 0,5% et de préférence de 0,5 à 2% de la quantité de crotonaldéhyde, mais on peut aussi opérer par- fois avec des proportions plus fortes ou plus faibles. 



   Comme solvants appropriés, on utilisera des   hydrocarbu-   res aromatiques, aliphatiques ou alicycliques   ou.leurs   dérivés ainsi qu'un excès d'aldéhyde crotonique. On mentionnera plus par- ticulièrement l'hexane, l'heptane, l'octane, le benzène, le toluè ne, le xylène, le cyclohexane, le chlorure de méthylène, le chlo- roforme, le tétrachlorure de carbone, le chlorobenzène ou le nitrobenzène. Dans bien des cas, il est utile de partir de propor tions équimoléculaires de cétène et de crotonaldéhyde, dans'la-   quelle le catalyseur est dissous ; alors la réaction n'est   pas'tout à fait complète car une petite partie de la   crotonaldé-'   hyde sert de solvant et ne réagit pas.

   Il est également bon d'ef- fectuer la réaction à une température comprise entre 25 et 30 ; le cas échéante on peut aussi opérer à une température plus élevée, bien que'cela donne en général des résultats moins bons. Si la première phase du procédé est entreprise à une température infé- rieure à 20 , l'opération est lente et incomplète. 



  Par hydrolyse du polyester en milieu alcalin, de   pré±é-   

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 rence entre 60 et 100 , hydrolyse facile à réaliser par exemple par un chauffage de quelques minutes à une heure à   90-100    avec une solution à 10-40% d'hydroxyde de sodium, on obtient une solu- tion limpide brunâtre contenant principalement des sels d'acides   hydroxy-carboxyliques   non saturés correspondant aux bases utili- sées. La majeure partie des hydroxy-acides libres précipite par addition d'acide.

   On peut déshydrater ces acides libres en les traitant à chaud avec un acide fort aqueux, de préférence à une température comprise entre 80 et 150 , par exemple inférieure à 100 ; on peut par exemple dans ce but les chauffer pendant 1 heu- re à 90-100  dans de l'acide sulfurique à 20 ou 30% ou dans de l'acide chlorhydrique à 15 ou 25%. On peut, le cas échéant, effec- tuer de traitement à l'acide sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.

   On obtient un acide sorbique brut de tein- te brun clair à jaune avec un rendement pratiquement quantitatif, à partir duquel on peut obtenir environ 90% d'acide sorbique pur incolore 
Pour hydrolyser le produit de polymérisation obtenu dans la première phase du procédé, il y a intérêt à utiliser des bases   fortes )   par exemple une solution d'hydroxyde de sodium, de potas- sium, calcium ou baryum et pour le traitement à l'acide des solu- tions obtenues on envisagera des acides   forts,   par exemple les acides chlorhydrique, sulfurique, benzène-sulfonique, para-to- luène-sulfonique ou leurs mélanges. 



   La demanderesse a également prouvé que l'on obtenait des résultats encore meilleurs en soumettant à une conversion thermique le polyester obtenu dans la première phase et contenant encore du catalyseur, au lieu d'effectuer une hydrolyse alcaline puis un traitement aux acides. 



   Les rendements obtenus avec le   pressât   procédé sont très supérieurs à ceux obtenus par décomposition thermique, dans des conditions identiques, de la lactone formée selon le procédé connu. Il est utile d'entreprendre cette conversion thermique à 

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 une température compriseentre 180 et 220 , de préférence entre 190 et 210 ; il est   toutefois   aussi possible de travailler à une température plus basse ou plus élevée, sans arriver généralement pour cela à des résultats meilleurs. Si par exemple on chauffe le polyester pendant quelques minutes à 200  environ, on déclenche . une décomposition exothermique et l'on peut obtenir environ 60% d'acide sorbique pur à partir du produit de décomposition.

   On obtient des rendements meilleurs en acide sorbique si le produit polymère de cétène et de crotonaldéhyde est décomposé thermique- ment en présence d'une quantité catalytique, de préférence 1 à 5% d'une substance à réaction alcaline. Comme substances de ce type,on mentionnera, par exemple,des bases telles que les hydro- xydes de sodium, potassium, calcium et baryum ou bien des sels dé métaux alcalins à réaction basique, de préférence des sels d'aci- des organiques dont l'acidité est inférieure à celle de l'acide sorbique, comme le carbonate, l'isobutyrate, le caproate, le ca- prylate, le palmitate ou le stéarate de sodium ou de potassium ou encore les sels correspondants de calcium ou de baryum ou bien le sorbate de potassium ou de sodium. 



   On a aussi découvert que la décomposition thermique don- nait des résultats encore bien meilleurs lorsqu'on mélangeait le produit d'addition polymère de cétène et de crotonaldéhyde conte- nant du catalyseur, avec une autre substance inerte dans les con- ditions de cette décomposition et bouillant à une   tenpérature   dupé. rieure à   150    et de préférence supérieure à 180  sous la pression atmosphérique et en chauffant ce mélange à une température supé- rieure à 150-300 , de préférence supérieure à 180-270 . La présen- ce d'une petite quantité d'un composé de métal alcalin ou alcali- no-terreux à réaction nettement basique, par exemple des métaux ci-avant mentionnés, est également très favorable ici.

   En règle générale, on utilise ces substances à raison de 1 à 15% et de pré- 

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 férence de 1 à 10% (en hydroxyde de métal)du   produis  de réaction du cétène avec la crotonaldéhyde. En faisant réagir le cétène et la crotonaldéhyde dans un solvant également approprié pour la décomposition, on peut, après évaporation de la crotonaldéhyde pouvant être en excès, décomposer directement la solution par voie thermique, le cas échéant en présence d'une substance à réaction alcaline comme catalyseur. Mais il est évident que   cete   opéra- tion n'est possible qu'avec ceux des solvants mentionnés plus bas qui sont liquides à la temérature de réaction appliquée   (20-50 ).   



   Comme diluants appropriés à la conduite de la décomposi- tion thermique, on mentionnera les hydrocarbures aliphatiques, ali cycliques ou aromatiques, leurs dérivés chlorés, bromés ou nitrés ainsi que des éthers et des huiles de silicones, passant entre 150 et 300  et de préférence entre 180 et 270 ,   sous/la   pression atmosphérique. Mais on peut se servir   aussi,, comme   diluants, de cétones, d'esters, d'acides carboxyliques et d'alcools à point d'ébullition correspondant , bien que les résultats soient en gé- néral moins bons car ces corps peuvent parfois réagir en faible .partie avec le mélange. On a intérêt à utiliser des diluants ou des solvants liquides à la température normale et desquels l'aci- de sorbique pur précipite par refroidissement.

   Il est particu- lièrement utile de se servir de substances donnant des mélanges azéotropiques avec l'acide sorbique de façon à pouvoir les utili- ser en même temps comme véhicules ou entraîneurs. On mentionnera plus particulièrement : des hydrocarbures aliphatiques, alicycli- ques ou   aromatiques,comme   des fractions de pétrole, le dodécane, le tétradécane, le 5-méthyl-dodécane, le dodécène, le dicyclohexy- le, le d icyclohexyl-méthane, le   para-di-tertio-butyl-benzene,   le 1-méthyl-naphtalène, le 2-méthyl-naphtalène, le l-éthyl-naphtalè- ne, le tétrahydro-naphtalène, le diphényle, le naphtalène;

   des 

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 hydrocarbures   halcgénés   aliphatiques, cyclo-aliphatiques ou aro- matiques,comme le dichloro-dodécane, le   1.5-dibromo-pentane,   le chlorure de benzényle, l'ortho- et le   méta-dibromobenzène; des   composés nitrés comme le nitro-benzène, le 2-nitro-toluène; des   nitriles comme le cyanure de benzyle ; descomposés carbonyliques   comme l'acéto-phénone, la dihydrocarvone où le 2-acétyl-thiophène hétérocyclique; des composés hétérocycliques comme le chromane et   le thiophène ; éthers comme l'éther diméthylique de la résor-   cine, l'éther diphénylique, le safrol, l'isosafrol; des acides carboxyliques comme.les acides oenanthylique (heptanoïque), alpha-.' éthyl-caproïque, caprylique, caprique ;

   des esters comme le succi- nate de diéthyle, le glutarate de diéthyle, le benzoate d'éthyle,   le phényl-acétate de méthyle ou le salicylate de méthyle ; al-   cools comme le diéthylène-glycol, la glycérine, l'éthylène-glycol, le propylène-glycol; des éthers mono-alcoyliques de glycols dont les groupes alcoyliques contiennent 1 à 5 atomes de carbone; .l'éthyl-hexanol, l'octanol etc. En principe, on peut aussi effec- tuer la décomposition-thermique sous une pression supérieure à la .pression atmosphérique, à condition d'opérer avec des diluants à point d'ébullition relativement bas passant dans la zone indi- quée plus haut et à condition que la présence de grandes quanti- tés de diluant avec de petites quantités d'acide sorbique ne nuise .Pas à une distillation simultanée. 



   On peut encore réaliser la décomposition avantageuse- ment dans le vide. On ajoute le diluant qui agit en général comme solvant, à raison de 1 à 15 et de préférence 1 à 10 parties en poids pour une partie en poids du produit de réaction cétène-croton aldéhyde ; on peut toutefois opérer aussi sur des mélanges conte- nant moins de 1 partie ou plus de 15 parties de diluant.,Dans bien des cas, il est très avantageux que le mélange d'acide sorbi- que et de diluant obtenu par décomposition soit purifié par distil- lation directe ou ultérieure.

   En mélangeant 1 à 10 parties en poids de diluant avec 1 partie en poids du produit polymère cétène- crotonaldéhyde contenant encore du catalyseur et en chauffant ce mélange aux températures indiquées ci-avant en-présence d'une 

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 quantité catalytique d'un hydroxyde de métal alcalin ou d'un sel de métal alcalin à réaction basique, l'acide sorbique se forme presque   immédiatement   et l'on peut l'éliminer simultanément par distillation, le cas échéant dans le vide, avec le diluant, ce sorte que la décomposition thermique du produit d'addition du cétène à la crotonaldéhyde et la purification de l'acide sorbi- que se font en une seule opération. On obtient avec un rendement de plus de 80% de l'acide sorbique pur à l'analyse pouvant être utilisé comme agent de conservation.

   On peut isoler l'acide sor- bique par exemple par filtration du distillat. Le diluant ou vé- hicule séparé, qui, en   générale contient   encore de l'acide sorbi- que, peut être renvoyé au circuit et utilisé à nouveau, ce qui rend le procédé selon l'invention encore plus économique. En ou- tre, même après transformation ou distillation, on peut encore ajouter au mélange d'acide sorbique et de diluant d'autres sol- vants plus volatils, comme le tétrachlorure de carbone, l'éther. de pétrole ou lé cyclohexane, ou également de l'eau si l'on a les utilisé des solvants miscibles à l'eau,comme;polyols, afin de mieux séparer l'acide sorbique de ce mélange. De même, on peut débarrasser l'acide sorbique du diluant retenu à l'aide des sol- vants facilement volatils cités, dans lesquels cet acide est peu soluble. 



   Le procédé selon l'invention, en particulier la   décompo-   
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 sition thermique, représente,vis-à-vis du procédé COID1U)un perfec- tionnement essentiel à la préparation de l'acide sorbique à par- tir des produits de réaction du cétène et de l'aldéhyde crotonique. 



  Les avantages de la décomposition thermique sont sa conduite plus facile et l'économie de quantités considérables d'acides forts, avantages qui la rendent particuliérement importante pour la pro- duction d'acide sorbique à l'échelle industrielle. 



   Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois la limiter. 

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    EXEMPLE   1 
Dans un mélange,agité mécaniquement ou mis en mouvement de manière appropriée, composé de 800 grammes de crotonaldéhyde, 1200 cm3 de toluène et 8 g d'isovalérate de zinc, on introduit 420 g de   cétè'ne   entre 25 et 35 . On élimine la crotonaldéhyde en excès (100 grammes) et le toluène dans le vide. On obtient comme résidu 1150 à 1250 g d'un polyester sous forme d'un liquide brun très visqueux contenant une petite quantité de toluène. 



   La totalité du produit obtenu est additionnée de   1400   g d'une solution à 35% d'hydroxyde de sodium et, la réaction exother- mique   terminée,     de 11,,00   g d'eau. On chauffe ensuite le mélange pendant 1 heure à 90-100  en agitant et l'on obtient une solution brun limpide. On laisse refroidir et on ajoute, en agitant, 2900 g d'acide sulfurique à   80%,puis   on chauffe le tout pendant encore 1 heure à 90-100  en agitant. Après refroidissment,on obtient 1100 g d'acide sorbique brut à   90%   environ, qui, dans la plupart des   cas,est   d'une teinte brun clair. On peut le purifier, par exemple par distillation avec un glycol ou un éther mono-alcoyli- que de glycol. 



  EXEMPLE 2 
Dans un ballon muni d'un réfrigérant,on chauffe, a 195  100 g   d'un   produit (polyester) obtenu en faisant réagir le cétène avec la crotonaldéhyde en proportions équimoléculaires en présen- ce de toluène (crotonaldéhyde/toluène = 1/1,2) et d'isovalérate de zinc (1% de la quantité de crotonaldéhyde utilisée), et débar- rassé du toluène. Une vive réaction se déclenche et l'on maintient la température à 205 . La réaction est complète au bout de 10 minutes environ. On mélange le produit de décomposition avec trois fois sa quantité de diéthylène-glycol et on soumet ce mé- lange à une distillation dans le vide. On obtient 62 g d'acide sorbique pur et incolore. 

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  EXEMPLE 3 
On mélange 100 g du polyester décrit à l'exemple 2 avec soit : a) 2 à 4 g de soude caustique b) 2 à 4 g de potasse caustique c) 4 g de sorbate de sodium puis on opère comme à l'exemple 2; On obtient les rendements res- pectifs suivants en acide sorbique : a) 67% b) 69% c) 65% EXEMPLE 4 
On chauffe à reflux,pendant 30 minutes¯,,un mélange de 400 g de tétrahydro-naphtalène, 100 g d'un produit polymère de cétène et de crotonaldéhyde, contenant encore du catalyseur (et désigné par polyester dans les¯exemples suivants) et 3 g d'hydro- xyde de   sodiumpuis   on laisse refroidir, on essore à la   trompe.et   on lave avec du cyclohexane. On obtient 90 g d'acide sorbique brunâtre à 95% environ, qui fond à   130-131 .   



  EXEMPLE 5 
On chauffe un mélange de 300 g d'huile de vaseline, 100 g de polyester (voir l'exemple 4) et 6 gde stéarate de sodium pendant 1 heure à   210-220 ,   on dilue avec 100 cm3 d'éther de pé- trole, on essore à la trompe et on lave à l'éther de pétrole. On obtient 92 g d'acide sorbique de coloration légèrement brunâtre. 



  Il fond à 131 . 



  EXEMPLE 6 
On chauffe, à   200-210 ,   un mélange de 500 g de 1-méthyl- naphtalène, 100 g de polyester (voir l'exemple 4) et 6 g de sorba- te de sodium et on distille simultanément sous pression suffi- samment réduite. Le distillat qui passe à   190-195    donne 82   grammes  d'acide sorbique pur à l'analyse et fondant à 134-135 . 

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  EXEMPLE 7    
On distille, sous la pression atmosphérique,   un.mélange   de 600 g d'une fraction de pétrole passant entre 200 et 250  sous la pression normale, 100 grammes de polyester (voir l'exemple 4) et 8 g de stéarate de sodium. Après filtration à la trompe et lavage à l'éther de pétrole, on obtient 81 g d'acide sorbique pur à   l'analyse.   



  EXEMPLE 8 
On distille, sous la pression atmosphérique , un mélange de 300 g de 2-nitrotoluène, 100 ;g de polyester (voir l'exemple   4)   et 7 g   d'alpha-éthyl-caproate   de sodium. Le distillat qui passe à   220-225   fournit, après addition de 200 g de tétrachlorure de' carbone, 69 g d'acide sorbique pur fondant à   134 .   



  EXEMPLE 9 
On distille, sous la pression atmosphérique, un mélange 
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 de 400 g d'obtho-dibromobenzéne, 100 g de polyester (voiz%lexemple 4) et 6 g de savon dur. Le distillat qui passe à   224-230    fournit, après addition de 150 cm3 de tétrachlorure de carbone, 72 g d'a- cide sorbique pur à l'analyse. 



  EXEMPLE 10 
On distille, sous la pression atmosphérique, un mélange de 300 g d'éther diméthylique de la résorcine, 100 g de polyes- ter (voir l'exemple 4) et 5 g de savon mou. Le distillat qui passe à 210-220  fournit, après addition de 200 cm3 de cyclohexane,   74   g d'acide sorbique pur et incolore. 



  EXEMPLE 11 
On chauffe à 200-210  un mélange de 500 g de glutarate de diéthyle, 100 g de polyester (voir l'exemple 4) et 8 g. de sté- arate de sodium et on distille sous pression convenablement ré- duite. Le distillat qui   passe,à     185-190    donne, après addition de 200 g de tétrachlorure de carbone,   43   g d'acide sorbique pur à l'analyse. 

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  EXEMPLE 12 
Dans un ballon muni d'un réfrigérant descendant et d'un récipient de condensation, chauffé au bain d' huile à   170-180 ,   on introduit goutte à goutte une solution de 100 g de polyester (voir l'exemple 4) et 4 g d 'hydroxyde de sodium dans 350 g de diéthylène-glycol et on distille simultanément sous une pression de 10 à 11 mm de mercure. Il se sépare du distillat 50 g d'acide sorbique pur à l'analyse. Par addition de 500 g d'eau,on obtient encore 28 g d'acide sorbique.

Claims (1)

1. RESUME La présente invention comprend notamment : 1 Un procédé d'obtention d'acide sorbique à partir de cétène et d'aldéhyde crotonique, procédé qui consiste à faire réa- gir le cétène et l'aldéhyde crotonique à une température d'au moins 20 et de préférence n'excédant pas 50 , en présence d'au moins un sel d'acide gras'avec au moins un métal de transition bivalent et en présence d'au moins un solvant inerte dans les conditions de la réaction, à éliminer par distillation le solvant et 1!aldéhyde en excès le cas échéant,puis à soumettre le produit formé, contenant encore du catalyseur, a une hydrolyse en milieu alcalin et à transformer à chaud la solution alcaline obtenue, après addition d'au moins un acide fort, en acide sorbique.

   2 Des modes d'exécution du procédé spécifié sous 1 , présentant les particularités suivantes, prises séparément ou selon les diverses combinaisons possibles a) on fait réagir le cétène et la crotonaldéhyde à une température comprise entre 25 et 35 ; b) on utilise les catalyseurs dans une proportion de 0,1 à 5% et de préférence de 0,5 à 2% du poids du crotonaldéhyde uti- lisé; c) on utilise des composés du zinc comme catalyseurs ; d) on chauffe le produit résultant de l'hydrolyse et <Desc/Clms Page number 13> additionné d'un acide fort, , une température comprise entre 80 et 150 environ ;

   e) on convertit le produit obtenu dans la première phas directement en acide sorbique par une décomposition thermique qui remplace l'hydrolyse et le traitement aux acides; f) on effectue la décomposition thermique en présence de quantités catalytiques de composés de métaux alcalins ou al- calino-terreux à réaction nettement basique; g) on effectue la décomposition thermique à 190-210 ; h) on effectue la décomposition thermique à une tempé- rature comprise entre 150 et 300 , en présence d'une substance bouillant à une température supérieure à 150 sous la pression atmosphérique et inerte dans les conditions de la décomposition; i) on utilise des substances bouillant à une tempéraut- re supérieure à 180 sous la pression atmosphérique; j) on effectue la décomposition à des températures comprises entre'180 et 270 ;

   k) comme substances inertes,on utilise des hydrocarbu- res aliphatiques, alicycliques ou aromatiques, leurs dérivés chlo rés, bromés ou nitrés ou.des éthers, bouillant à une température inférieure à 300 sous la pression atmosphérique; 1) on utilise des mélanges contenant 1 à 15 et de préfé rence 1 à 10 parties en'poids de diluant pour 1 partie en poids de produit à décomposer; m) on effectue la réaction en présence de 1 à 15% (en hydroxyde de métal).de composés de métaux alcalins ou alcalino- terreux à réaction nettement basique par rapport à la quantité du produit de réaction cétène-crotonaldéhyde utilisée ; n) on distille simultanément le mélange d'acide sorbique et de diluant formé au cours de la décomposition;

   o) on effectue la réaction du cétène avec la crotonaldé- hyde dans une substance liquide à la température de réaction (20- 50 ), bouillant à une tempéraure supérieure à 1500 sous la pres- <Desc/Clms Page number 14> sion atmosphérique et inerte dans les conditions de la décomposi tion et on décompose par voie thermique le produit de réaction contenu dans la solution, après élimination par distillation de la crotonaldéhyde éventuellement en excès.