EP2619164A1 - Procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés - Google Patents

Procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés

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Publication number
EP2619164A1
EP2619164A1 EP11771219.0A EP11771219A EP2619164A1 EP 2619164 A1 EP2619164 A1 EP 2619164A1 EP 11771219 A EP11771219 A EP 11771219A EP 2619164 A1 EP2619164 A1 EP 2619164A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
reaction
mixture
microwave generator
synthesis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11771219.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane HONNART
Philippe Galy-Jammou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dexera SAS
Original Assignee
Dexera SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Dexera SAS filed Critical Dexera SAS
Publication of EP2619164A1 publication Critical patent/EP2619164A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/45—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by condensation
    • C07C45/455—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by condensation with carboxylic acids or their derivatives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C49/00—Ketones; Ketenes; Dimeric ketenes; Ketonic chelates
    • C07C49/76—Ketones containing a keto group bound to a six-membered aromatic ring
    • C07C49/782—Ketones containing a keto group bound to a six-membered aromatic ring polycyclic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/61—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reactions not involving the formation of >C = O groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/45—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by condensation

Definitions

  • the present invention relates to a process for the synthesis of beta-dicarbonyl compounds on an industrial scale from at least two carbonyl compounds such as esters or ketones in the presence of a strong base or a mixture of bases strong by Claisen condensation, in particular beta-diketones from at least one ketone and at least one ester.
  • This process comprises reacting at least two carbonyl compounds such as esters or ketones in the presence of a strong base or a mixture of strong bases by Claisen condensation, in particular at least one ketone and at least one ester according to reaction R 1 -CO-CH 2 -R 2 + R 3 -CO-O-R 4 -> R 1 -CO-CHR 2 -CO-R 3 + R 4 -OH
  • Beta-diketones correspond to industrial additives which are widely used especially as stabilizing agents for plastics and cosmetics, in particular because of their anti-UV and anti-oxidant properties.
  • stabilizers based on tin will also be banned in the near future.
  • beta-diketones which are distinguished by a series of advantages, in particular from the point of view of ecology and the preservation of the environment.
  • beta-diketones The classical synthesis process of beta-diketones is the Claisen condensation which has been extensively described in the literature and consists in reacting at least one ketone and at least one ester in the presence of a strong base or a mixture of bases. strong.
  • the base generally consisting of an alkoxide and, if appropriate, a solvent.
  • the ketone is introduced into the reactor over several hours, and the alcohol formed is generally removed from the reaction mixture by distillation throughout the course of the reaction.
  • a complement of solvent may optionally be added during the reaction.
  • reaction mixture After completion of the addition of the ketone and a finishing and resting time, the reaction mixture is acidified, washed, stripped of solvent and purified.
  • This article also describes the synthesis of beta-diketones substituted from salts of beta-diketones and alkyl halides.
  • the titles are relatively low, from 30 to 56%, and moreover the cycle times can reach forty hours to obtain the best titles.
  • the ketone, the ester and the lime were introduced together into the reactor and heated to a high temperature close to 200 ° C., with a ketone / ester ratio of 1: 1 to 1: 1 to 1: 10, and the reaction lasted from 3 to 16 hours.
  • Titres ranging from 0 to 86% were obtained; the extreme case of 0% of titre was obtained for a too low temperature and when the reaction took place the titles varied between 32 and 86%.
  • This publication mainly concerns the synthesis of dibenzoylmethane, which is known to correspond to an extremely favorable reaction, although some examples also relate to the synthesis of relatively close molecules; in particular an example relates to the synthesis of stearoylbenzoylmethane for which the title was only 45%.
  • this additional step has a very negative environmental balance in that it requires the use of large amounts of solvent and a lot of energy and where it leads to the formation of purification residues which must be destroyed.
  • the separation of the impurities involves a loss of 20% of the product in order to obtain a 95% pure product.
  • the reaction medium with sufficient energy per unit volume, which poses no particular problem at the laboratory but is difficult to achieve at the scale.
  • the reactors are large and generally equipped with a jacket in which circulates a heat transfer fluid and a stirrer: in fact, the volume of such a reactor increases as the cube of its diameter whereas the heating surface increases as the square of this diameter; consequently the ratio surface / volume which quantifies the flow of energy supplied per unit volume of the reactor evolves inversely proportional to the diameter thereof.
  • the volumetric energy supplied on an industrial scale is ten times lower than the volumetric energy supplied to the laboratory scale.
  • This situation is related to the fact that the heating of the reaction medium is carried out by thermal conduction through the wall of the synthesis reactor or a heat exchanger, then by forced convection so that there is a significant temperature gradient between the fluid located in the center of the reactor and that located near its walls.
  • an increase in the temperature difference between the heat transfer fluid and the reaction medium causes a strong local heating at the reactor walls likely to degrade the reactants and cause parasitic reactions.
  • the presence of a coil in the reactor significantly modifies the flow characteristics within the reaction medium, which is likely to impair its renewal at the reactor surface, and therefore the evaporation of alcohol, resulting in an increase in side reactions.
  • the first of these reasons is related to safety problems because if the speed of the reaction medium in the lines of the external recirculation loop is too high, there is a risk of explosivity by accumulation of electrical charges.
  • the second reason is related to the hydrodynamic conditions in the reactor: in fact beyond a dozen recirculation of the volume thereof per hour, the flow caused by the stirrer is disturbed.
  • the object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a process for the industrial synthesis of beta-dicarbonyl compounds, in particular beta-diketones by Claisen condensation, which makes it possible to guarantee the homogeneity of the reaction medium in terms of temperature and concentration, and at the same time very rapid evaporation of the alcohol as it is formed.
  • this process thus makes it possible to significantly increase the titre of the reaction and the purity of the final product, and in particular to obtain a titre greater than 95%, in particular a titre greater than 98%, and therefore a titre never reached for this type of reaction, so as to avoid having to purify the final product.
  • the process according to the invention is therefore particularly advantageous both from an economic point of view and from an ecological point of view.
  • this method is characterized by the following steps:
  • a synthesis reactor preferably a double jacket, is mounted surmounted by a separation column provided with a condenser with variable reflux controlled by the temperature in this column and equipped with at least one microwave generator, as well as a stirring system,
  • the microwave generator (s) is turned on
  • the reactor is stopped and the reaction mixture is acidified and washed.
  • the reactor can be equipped with at least one microwave generator directly mounted for example on flanges at its inner part, in particular at the sky thereof and / or especially in the event of insufficient space at this level, at least one external microwave generator connected thereto by a waveguide for channeling the microwaves in the reaction medium, and / or still be equipped with an external recirculation loop equipped with a recirculation pump and a microwave generator.
  • the essential characteristic of the process according to the invention is thus linked to the use of microwaves to heat the reaction medium.
  • the use of microwaves makes it possible to significantly reduce the reaction time, in particular by at least a factor of two compared to the conventional method, and in parallel to increase to a large extent the productivity by a factor easily up to 5.
  • the process according to the invention is therefore particularly advantageous from an economic and ecological point of view due to the lower use of raw materials and also in terms of safety and investment due to the reduction in the size of the equipment. ments and cycle times.
  • the microwaves act in fact mainly at two levels, the first of which is linked to the way in which the calories are supplied to the reaction mixture while the second is bound to the vibratory effect of microwaves.
  • the heating mode of the reaction medium by the microwaves differs totally from the conventional method insofar as the energy is brought to the heart of this medium and where the temperature at the heating point is only very slightly greater than the average temperature of the reactor.
  • the reactions that occur in the entire volume of the reactor are homogeneous and can be optimized to obtain a higher titre.
  • the second mode of action of microwaves is due to their vibrational effect: in fact, the intermediate polar activated complexes forming during the Claisen condensation induce a significant energy barrier that must be overcome to allow the reaction.
  • the products to be tested are conventionally introduced into pressure-resistant test tubes which are then transferred to a microwave enclosure so as to accelerate the reactions.
  • microwaves are perfectly adapted in the context of the present invention according to which the energy and investment extra cost is largely offset by the possibility of obtaining a very high title and to avoid having to implement steps. subsequent purification.
  • the first step of the process according to the invention therefore consists in mounting the synthesis reactor in which the Claisen condensation will be implemented.
  • the synthesis reactor 1 is constituted by a jacketed enclosure 2 equipped with an agitator 3 and against blades.
  • This reactor 1 is surmounted by a separation column 5 to which is connected a condenser 7 and a reflux line 8.
  • the separation column 5 is equipped with a temperature sensor 6 which controls a valve / control valve 9 so as to allow to adjust the fraction of the condensed liquid returning to the column 5 by the reflux line 8 or withdrawn through a discharge pipe 10 depending on the temperature.
  • the synthesis reactor 1 is also equipped with a recirculation loop 1 1 provided with a recirculation pump 12 and a microwave generator 13.
  • the carbonyl compounds are constituted by at least one ketone and at least one ester
  • reaction can selectively be carried out with a stoichiometric proportion of these two reagents, or with a molar excess of ester or with a molar excess of ketone, each time obtaining a beta betetone yield greater than 95%.
  • the process according to the invention makes it possible to operate under operating conditions in which the ketone is in molar excess with respect to the ester, which allows a quasi-total conversion of the latter compound while at the same time resulting in only a slight decrease in the purity of the final product.
  • the process according to the invention makes it possible to obtain an economic gain added to the use of an excess of ketone with respect to the ester.
  • a strong base is used, the conjugate acid of which is volatile under the reaction conditions, such as an alcoholate, especially a sodium alkoxide and in particular sodium methoxide.
  • the operating conditions can vary to a large extent depending on the starting materials and the nature of the beta-dicarbonyl compounds, in particular beta-diketones that are to be synthesized.
  • the process according to the invention may in particular be carried out in the absence of a solvent or in the presence of a pure solvent or in a mixture, in particular a solvent containing an aromatic nucleus.
  • the reaction may also be carried out under vacuum or at any pressure, especially at atmospheric pressure, or at a pressure below atmospheric pressure of from 0 to 1 absolute atmosphere, preferably from 0.1 to 0.5 absolute atmosphere, or at a pressure above atmospheric pressure of 0 to 5 relative atmospheres, preferably 0 to 2 relative atmospheres.
  • the temperature of the reaction can be in a range from 60 ° C. to 180 ° C., preferably in a range from 90 ° C to 140 ° C.
  • Example 1 Synthesis of Stearoylbenzoylmethane (SBM) by the "classical" method.
  • SBM Stearoylbenzoylmethane
  • a conventional 1-liter chemical glass reactor double wrapped and equipped with high-performance stirring, 450 ml of xylene, 178.79 g of molten methyl stearate and 34.05 g of sodium methoxide powder are introduced.
  • the reactor is inerted by a slight flow of nitrogen continuously.
  • the mixture is then boiled and refluxed at the top of the separation column.
  • Acetophenone is introduced into the reactor at a rate of 68.42 g in 5 hours.
  • the productivity obtained during the reaction phase in SBM is. of 30.3 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • 68.39 g of acetophenone are introduced in one hour. At the end of the introduction the mixture continues to react for 15 minutes. During all this time the methanol produced is removed from the reaction medium. After 15 minutes of completion, the microwave generator is stopped, the heating also and the mixture is acidified and washed.
  • the SBM titre of the process according to the invention is more than 15 points higher than that of the conventional process.
  • the productivity obtained during the SBM reaction phase is 172.6 kg / h / m3, which is 5.7 times the productivity of the conventional process.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a double wrapped recirculation loop fitted with a gear pump. The temperature of the double envelopes is greatly increased to obtain the heat transfer as close as possible to the overall heat transfer of Example 2.
  • the organic phase is very strongly colored. Its analysis by gas chromatography shows that the conversion of acetophenone is almost complete and that the titre in SBM is 71.8%. A peak forest is present on the chromatogram showing that there have been numerous parasitic reactions.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W. 560 ml of xylene, 81.59 g of methyl benzoate and 34.03 g of sodium methoxide powder are introduced. Once the reactants have been introduced, the reactor is inerted by a slight flow of nitrogen continuously. The mixture is recirculated in the outer loop at a rate of 15 kg / h. It is boiled to total reflux and the microwave generator is turned on.
  • the productivity obtained during the reaction phase in DBM is 101.4 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W. It is also equipped with a vacuum pump allowing a vacuum up to about 100 mbar in the system.
  • the productivity obtained during the reaction phase in DBM is 101.8 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • the productivity obtained during the SBM reaction phase is 173.2 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W. 550 ml of xylene, 94.78 g of methyl octanoate and 34.05 g of sodium methoxide powder are introduced. Once the reactants have been introduced, the reactor is inerted by a slight flow of nitrogen continuously. The mixture is recirculated in the outer loop at a rate of 15 kg / h. It is heated to full reflux and the microwave generator is turned on.
  • the productivity obtained during the reaction phase in OBM is 1 10.3 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column provided with a condenser with variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • the productivity obtained during the SBM reaction phase is 180.6 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux, it is also equipped with a recirculation loop provided with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • 68.40 g of acetophenone are introduced in one hour. At the end of the introduction, the mixture continues to react for 15 minutes. During all this time the methanol produced is removed from the reaction medium. After 15 minutes of completion, the microwave generator is stopped, the heating also and the mixture is acidified and washed.
  • the productivity obtained during the reaction phase in PBM is 168.4 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W. 490 ml of xylene, 145.22 g of methyl myristate and 33.98 g of sodium methoxide powder are introduced. Once the reactants have been introduced, the reactor is inerted by a slight flow of nitrogen continuously. The mixture is recirculated in the outer loop at a rate of 15 kg / h. It is boiled to total reflux and the microwave generator is turned on.
  • the productivity obtained during the MBM reaction phase is 155.4 kg / h / m3.
  • Example 1 1 Synthesis of LauroylBenzoylMethane (LBM) by the process according to the invention.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • 68.45 g of acetophenone are introduced in one hour. At the end of the introduction the mixture continues to react for 15 minutes. During all this time the methanol produced is removed from the reaction medium. After 15 minutes of completion, the microwave generator is stopped, the heating also and the mixture is acidified and washed.
  • the productivity obtained during the reaction phase in DEBM is 129.3 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column provided with a condenser with variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • the productivity obtained during the reaction phase in BpMBM is 1 12.9 kg / h / m3.
  • the experimental setup consists of a conventional one-liter chemical reactor, made of glass, double-wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with a recirculation loop equipped with a gear pump and a microwave generator with a power of 600 W.
  • the industrial tool consists of a conventional 1000 liter chemical engineering reactor, made of stainless steel, double wrapped and equipped with high performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with microwave sources with a total power of 30 kW.
  • the industrial tool consists of a conventional 10.000 liter chemical engineering reactor, made of stainless steel, double wrapped and equipped with high-performance stirring. It is surmounted by a separation column equipped with a condenser with a variable reflux. It is also equipped with microwave sources with a total power of 120 kW.

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Abstract

Procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés en particulier de béta-dicétones à partir d'au moins deux composés carbonylés tels que des esters et des cétones en présence d'une base forte ou d'un mélange de bases fortes par condensation de Claisen avec un titre supérieur à 95 % caractérisé par les étapes suivantes : - on monte un réacteur de synthèse ( 1) surmonté d'une colonne de séparation (5} munie d'un condenseur (7) et équipé d'au moins un générateur de micro-ondes ( 13), - on introduit un premier composé carbonylé et la base forte dans le réacteur de synthèse, - on chauffe ce réacteur (1) et on met le condenseur (7) en marche, - on met le ou les générateur(s) de micro-ondes ( 13) en marche, - lorsque le mélange a été porté à ébullition à reflux total, on introduit le second composé carbonylé dans le réacteur (1), et - après un temps d'attente on arrête le réacteur et on acidifie et lave le mélange réactionnel.

Description

Procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés
La présente invention a pour objet un procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés à l'échelle industrielle à partir d'au moins deux composés carbonylés tels que des esters ou des cétones en présence d'une base forte ou d'un mélange de bases fortes par condensation de Claisen en particulier de béta-dicétones à partir d'au moins une cétone et d'au moins un ester.
Ce procédé consiste à faire réagir au moins deux composés carbonylés tels que des esters ou des cétones en présence d'une base forte ou d'un mélange de bases fortes par condensation de Claisen, en particu- lier au moins une cétone et au moins un ester conformément à la réaction Ri-CO-CH2-R2 + R3-CO-O-R4 -> Ri-CO-CHR2-CO-R3 + R4-OH
dans laquelle
Ri, R2 et R3, qui peuvent être semblables ou différents, représentent chacun un atome hydrogène, un radical hydrocarboné, ayant avantageuse- ment de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 18 atomes de carbone, un radical alkyle ou alcényle, linéaire ou ramifié ayant jusqu'à 24 atomes de carbone, un radical aralkyle ayant de 7 à 10 atomes de carbone ou un radical aryle ou cycloaliphatique ayant moins de 14 atomes de carbone, les radicaux cycloaliphatiques pouvant éventuellement comporter des doubles liaisons carbone-carbone, ces radicaux pouvant être substitués ou non, par exemple par des atomes d'halogène ou par des radicaux méthyle ou éthyle, ou par la présence dans la chaîne aliphatique d'un ou plusieurs groupes de formule : -O-, -CO-O-, -CO- , et pouvant comporter un hétéroatome d'oxygène ou d'azote, et Ri et R2 pouvant être reliés de manière que la béta-dicétone forme un cycle, et dans laquelle R4 représente un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence un radical méthyle.
Les béta-dicétones correspondent à des additifs industriels qui sont largement utilisés notamment en tant qu'agents de stabilisation des matières plastiques et des produits cosmétiques, en particulier en raison de leurs propriétés anti-UV et anti-oxydantes.
Pendant de nombreuses années, on a utilisé pour la stabilisation des matières plastiques des composés à base de plomb, de cadmium ou d'étain.
Toutefois, la mise en oeuvre de stabilisants à base de plomb est aujourd'hui interdite par les règlements en vigueur, et les stabilisants à base de cadmium sont actuellement interdits dans certains domaines tels que les tuyaux d'eau potable.
De surcroit, les agents stabilisants à base d'étain seront également interdits dans un futur proche.
Pour remplacer ces composés, on a déjà proposé de mettre en œuvre des béta-dicétones qui se distinguent par une série d'avantages, en particulier du point de vue de l'écologie et de la préservation de l'environnement.
Le procédé de synthèse classique des béta-dicétones est la condensation de Claisen qui a été abondamment décrite dans la littérature et consiste à faire réagir au moins une cétone et au moins un ester en présence d'une base forte ou d'un mélange de bases fortes.
Cette réaction qui implique la formation de complexes activés polaires intermédiaires tels que des anions énolate conduit à la formation de béta-dicétones et d'alcools.
Elle est classiquement mise en œuvre dans un réacteur dans lequel on introduit l'ester, la base, en règle générale constituée par un alcooiate et le cas échéant un solvant.
Après avoir chauffé le mélange à reflux, la cétone est intro- duite dans le réacteur en plusieurs heures, et l'alcool formé est retiré du mélange réactionnel en règle générale par distillation pendant la totalité du déroulement de la réaction.
Un complément en solvant peut éventuellement être ajouté en cours de réaction.
Après achèvement de l'addition de la cétone et un temps de finition et de repos, le mélange réactionnel est acidifié, lavé, débarrassé du solvant et purifié.
L'un des premiers articles ayant décrit la condensation de Claisen est celui de James M. SPRAGUE, Leland J. BECKHAM et Homer ADKINS datant de décembre 1934 « Préparation of 1 , 3 diketones by the Claisen Reaction » qui décrit cette réaction en détail avec des rapports cétone/ ester variant de 0, 1 à 1.
Selon cet article, on met en œuvre des cétones de faible masse molaire allant de l'acétone jusqu'à l'acétophénone, et en tant qu'esters principalement l'acétate, le furoate et le tetrahydrofuroate de mé- thyle ; les bases utilisées sont quant à elles soit le sodium métallique soit i'éthanolate de sodium. Dans tous les cas, les titres obtenus sont faibles et vont de
15 à 70 %.
Cet article décrit également la synthèse de béta-dicétones substituées à partir de sels de béta-dicétones et d'halogénures d'alkyle.
La encore, les titres sont relativement faibles, de 30 à 56 %, et de plus les durées de cycle peuvent atteindre quarante heures pour obtenir les meilleurs titres.
Selon un autre article daté de mars 1951, d'Eugène H. M AN, Frédéric W. SWAMER et Charles R. HAUSER, « The Claisen Acyla- tion of Methyl Ketones with Branched Chain Aliphatic Esters », il a été proposé d'utiliser un type de base différent : l'amidure de sodium, ainsi que d'autres couples cétone/ ester avec un rapport cétone/ ester égal à 2.
Le mode opératoire susmentionné diffère de celui proposé conformément à l'article de James M. SPRAGUE et al dans la mesure où on fait réagir la cétone avec l'amidure de sodium en présence d'un solvant (éther) avant d'ajouter l'ester au mélange.
Aucune amélioration significative du titre n'a néanmoins pu être ainsi obtenue, et ce titre varie selon les exemples de 43 à 64 %.
Selon le document US4482745 (American Cyanamid) datant de 1984, il a été proposé faire réagir l'acétophénone et le benzoate de mé- thyle, en l'absence de solvant et en présence d'une base divalente : la chaux vive.
La cétone, l'ester et la chaux ont été introduits conjointement dans le réacteur et chauffés à température élevée proche de 200 ° C, avec un rapport cétone/ester compris à 1 / 1 ,2 à 1 / 10 et la réaction a duré de 3 à 16 heures.
il a également été proposé d'ajouter un solvant afin de faciliter la réaction et le traitement des produits réactionnels.
On a ainsi obtenu des titres variant entre 0 et 86 % ; le cas extrême de 0 % de titre a été obtenu pour une température trop basse et lorsque la réaction a eu lieu les titres ont varié entre 32 et 86 %.
Pour obtenir les titres les plus élevés il a été nécessaire de mettre en œuvre un fort excès d'ester (6 fois plus que de cétone) ainsi que de base (80 % de plus que de cétone).
Un essai réalisé avec moitié moins de base que de cétone a conduit à un titre de 40 % ce qui est de nature à prouver que bien que la valence de la base mise en œuvre ait été égale à 2, une seule de ces valences a été utilisée pour la réaction.
Selon le document EP0507013A1 (Witco) datant de 19 1 il a été proposé d'utiliser à la fois un solvant et un large excès d'ester, ainsi que le méthylate de sodium en tant que base.
Cette publication concerne principalement la synthèse du dibenzoylméthane qui est connue pour correspondre à une réaction extrêmement favorable, ce bien que quelques exemples concernent également la synthèse de molécules relativement proches ; en particulier un exemple concerne la synthèse du stearoylbenzoylméthane pour laquelle le titre n'a été que de 45 %.
Dans tous les cas, compte tenu du large excès d'ester initial, une purification a été nécessaire pour obtenir le produit final.
Dans le cas du dibenzoylméthane, on a pu obtenir des titres allant de 84 % à 95 % alors que dès que les molécules utilisées étaient différentes, ce titre a fortement baissé et s'est effondré à 67 % pour le ben- zoyl-p-benzoylméthane et à 63 % pour le benzoyl 3,5 diméthyl - benzoylmethane .
Il a enfin également été proposé selon le document US5344992 (Ciba) datant de 1994 d'effectuer la réaction en présence de solvants, principalement de DMSO (diméthyl sulfoxide) avec d'autres co- solvants comme le tetrahydrofurane ou le diéthylène glycol diméthyl éther, et d'utiliser en tant que base l'hydrure de sodium ou dans certains cas le méthylate de sodium.
On a ainsi obtenu des titres très variables de 62 à 94,5 % en fonction de la molécule synthétisée, ce dernier titre étant encore une fois obtenu dans le cas de la synthèse du dibenzoylméthane.
Ces quelques exemples sont de nature à prouver que bien que la synthèse de béta-dicétones par condensation de Claisen soit con- nue depuis plusieurs décennies, cette réaction n'est pas à ce jour totalement maîtrisée et la dispersion des titres est extrêmement importante.
Cette situation résulte en particulier du fait que cette synthèse est une réaction équilibrée et non totale et que de surcroit de nombreuses réactions parasites se produisent parallèlement, de sorte que la productivité est relativement faible et que la pureté du produit fini dépasse rarement les 80 %. Le meilleur titre s'est élevé à 95 % dans le cas de la synthèse du dibenzoylméthane ; dans tous les autres cas il s'est effondré pour tomber à des valeurs maximum de 80 % voire moins ce qui nécessite une étape supplémentaire de purification du produit obtenu.
Or, cette étape supplémentaire a un bilan environnemental très négatif dans la mesure où elle nécessite l'utilisation de grandes quantités de solvant et de beaucoup d'énergie et où elle conduit à la formation de résidus de purification qui doivent être détruits.
A titre d'exemple, dans le cas d'un produit pur à 80 % la séparation des impuretés implique une perte de 20 % du produit pour obtenir un produit pur à 95 %.
Dans le cas d'un produit ayant une pureté initiale de 60 %, la séparation des impuretés implique une perte de près de 47 % du produit pour obtenir un produit pur à 95 %.
Compte tenu de ce qui précède le procédé de synthèse classique des béta-dicétones par condensation de Claisen entraîne donc une perte importante de produit, un surcoût économique et un surcoût écologique.
Cet inconvénient résulte plus précisément du fait que pour éviter l'apparition de réactions parasites qui correspondent principalement à des réactions d'auto-condensation des réactifs en particulier de Tester ou de la cétone, il est nécessaire que le milieu réactionnel soit très homogène en température et en concentration, et que l'alcool soit évaporé très rapidement de ce milieu au fur et à mesure de sa formation.
II a en effet été établi que l'absence d'alcool dans le milieu réactionnel permet de déplacer l'équilibre de la réaction de Claisen en favorisant la synthèse des composés béta-dicarbonylés au détriment des réactions parasites.
Or, pour permettre une telle évaporation rapide de l'alcool formé, il est impératif d'apporter au milieu réactionnel une énergie suffisante par unité de volume, ce qui ne pose aucun problème particulier au niveau du laboratoire mais est difficilement réalisable à l'échelle industrielle où les réacteurs sont de grande taille et en règle générale équipés d'une double enveloppe dans laquelle circule un fluide caloporteur ainsi que d'un agitateur : en effet, le volume d'un tel réacteur augmente comme le cube de son diamètre alors que la surface de chauffe augmente comme le carré de ce diamètre ; par suite le rapport surface /volume qui quantifie le flux d'énergie apporté par unité de volume du réacteur évolue de manière inversement proportionnelle au diamètre de celui-ci.
Ainsi, dans le cas d'une extrapolation d'un facteur 1 000, extrapolation classique entre l'échelle du laboratoire et le début de l'échelle industrielle, l'énergie volumique apportée à l'échelle industrielle est dix fois plus faible que l'énergie volumique apportée à l'échelle du laboratoire.
Pour remédier à cet inconvénient et augmenter l'énergie volumique apportée au milieu réactionnel à l'échelle industrielle pour l'amener au niveau du laboratoire, les ingénieurs du génie chimique spécialisés dans la conception des procédés de synthèse industrielle ont déjà envisagé trois moyens dont aucun n'a pu donner satisfaction, à savoir augmenter la différence de température entre le fluide caloporteur et le milieu réactionnel, adjoindre un serpentin chauffant dans le réacteur ou équiper de celui-ci d'une boucle de recirculation munie d'une pompe de recirculation et d'un échangeur de chaleur.
Cette situation est liée au fait que le chauffage du milieu réactionnel s'effectue par conduction thermique à travers la paroi du réacteur de synthèse ou d'un échangeur de chaleur, puis par convection forcée de sorte qu'il existe un gradient de température important entre le fluide situé au centre du réacteur et celui situé à proximité de ses parois.
Or, ce gradient de température entraine localement des réactions parasites dont l'importance est de nature à affecter fortement le titre global de la réaction.
En particulier, une augmentation de la différence de température entre le fluide caloporteur et le milieu réactionnel provoque un fort échauffement local au niveau des parois du réacteur de nature à dégrader les réactifs et à provoquer des réactions parasites.
De même, la présence d'un serpentin dans le réacteur modifie notablement les caractéristiques d'écoulement au sein du milieu réactionnel, ce qui est de nature à nuire à son renouvellement au niveau de la surface du réacteur, et donc à l'évaporation de l'alcool, entraînant en corollaire une augmentation des réactions parasites.
Le remplacement d'un tel serpentin par un échangeur de chaleur monté sur une boucle de recirculation externe ne s'est pas avéré plus utile dans la mesure où le débit dans cette boucle ne peut qu'être très faible par rapport au flux généré par la rotation de l'agitateur. Pour un réacteur standard de 10 m3, il est en effet difficilement concevable de dépasser les 50 à 100 m3 /heure de recirculation, alors qu'un agitateur correctement adapté permet d'atteindre des débits allant jusqu'à 1 000 m3/ heure, ce principalement pour deux raisons.
La première de ces raisons est liée à des problèmes de sécurité du fait que si la vitesse du milieu réactionnel dans les conduites de la boucle de recirculation externe est trop importante, on se heurte à un risque d'explosivité par accumulation de charges électriques.
La seconde raison est liée aux conditions hydrodynamiques dans le réacteur : en effet au-delà d'une dizaine de recirculation du volume de celui-ci par heure, on perturbe l'écoulement provoqué par l'agitateur.
En conséquence, il n'a pas à ce jour été proposé de procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés à l'échelle industrielle de na- ture à permettre d'apporter au milieu réactionnel une énergie volumique suffisante pour permettre une évaporation suffisamment rapide de l'alcool de ce milieu au fur et à mesure de sa formation.
La présente invention à pour objet de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de synthèse industriel de composés béta- dicarbonylés en particulier de béta-dicétones par condensation de Claisen permettant de garantir l'homogénéité du milieu réactionnel en température et en concentration, et parallèlement l'évaporation très rapide de l'alcool au fur et à mesure de sa formation.
Selon l'invention, ce procédé permet ainsi d'augmenter si- gnificativement le titre de la réaction et la pureté du produit final, et en particulier d'obtenir un titre supérieur à 95 % notamment un titre supérieur à 98 %, donc un titre jamais atteint pour ce type de réaction, ce de façon à pouvoir éviter d'avoir à purifier le produit final.
Le procédé conforme à l'invention est donc particulièrement avantageux tant d'un point de vue économique que d'un point de vue écologique.
Selon l'invention, ce procédé est caractérisé par les étapes suivantes :
- on monte un réacteur de synthèse de préférence à double enveloppe surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable contrôlé par la température dans cette colonne et équipé d'au moins un générateur de micro-ondes, ainsi que d'un système d'agitation,
- on introduit un premier composé carbonylé et la base forte dans le réacteur de synthèse, sous agitation,
- on chauffe ce réacteur et on met le condenseur en marche,
- on met le ou les générateur(s) de micro-ondes en marche,
- lorsque le mélange a été porté à ébullition à reflux total en tête de colonne de séparation, on introduit le second composé carbonylé e dans le réacteur, et
- après un temps d'attente on arrête le réacteur et on acidifie et lave le mélange réactionnel.
il est à noter que, conformément à l'invention, le réacteur peut être équipé d'au moins un générateur de micro-ondes directement monté par exemple sur brides à sa partie interne, en particulier au niveau du ciel de celui-ci et/ou notamment en cas de place insuffisante à ce niveau , d'au moins un générateur de micro-ondes extérieur relié à celui-ci par un guide d'ondes permettant de canaliser les micro-ondes dans le milieu réactionnel, et/ ou encore être équipé d'une boucle de recirculation externe munie d'une pompe de recirculation ainsi que d'un générateur de micro-ondes.
Il est à noter que le choix du nombre et de la nature des générateurs de micro-ondes équipant le réacteur permet de régler à volonté la valeur de l'énergie volumique apportée au milieu réactionnel.
La caractéristique essentielle du procédé conforme à l'invention est ainsi liée à l'utilisation des micro-ondes pour chauffer le milieu réactionnel.
Une telle utilisation permet d'éliminer dans une large mesure les réactions parasites en particulier les réactions d'auto- condensation des réactifs grâce à l'augmentation de l'énergie volumique apportée au milieu réactionnel et à l'homogénéité de ce milieu tant en température qu'en concentration et donc d'augmenter considérablement le titre du produit obtenu.
En corollaire, l'utilisation des micro-ondes permet de diminuer notablement le temps de réaction notamment d'au moins un facteur deux par rapport au procédé classique, et en parallèle d'augmenter dans une large mesure la productivité d'un facteur allant facilement jusqu'à 5. Le procédé conforme à l'invention est donc particulièrement avantageux d'un point de vue économique et écologique du fait de la moindre utilisation de matières premières et également en termes de sécurité et d'investissements du fait de la réduction de la taille des équipe- ments et des temps de cycle.
Ces avantages résultent du fait que dans le cadre du procédé conforme à l'invention, les micro-ondes agissent en fait principalement à deux niveaux dont le premier est lié à la manière dont sont apportées les calories au mélange réactionnel tandis que le second est lié à l'effet vibra- tionnel des micro-ondes.
En effet, le mode de chauffage du milieu réactionnel par les micro-ondes diffère totalement du procédé classique dans la mesure où l'énergie est apportée au cœur de ce milieu et où la température au niveau du point de chauffage n'est que très légèrement supérieure à la tempérafcure moyenne du réacteur.
Par suite, les réactions qui se produisent dans la totalité du volume du réacteur sont homogènes et peuvent être optimisées de façon à obtenir un titre plus élevé.
Le second mode d'action des micro-ondes est consécutif à leur effet vibrationnel : en effet, les complexes activés polaires intermédiaires se formant lors de la condensation de Claisen induisent une barrière énergétique importante qu'il est nécessaire de vaincre pour permettre la réaction.
Or, il a pu être établi que les vibrations induites par les rni- cro-ondes ont un effet stabilisateur sur ces complexes intermédiaires dont ils abaissent l'énergie, permettant ainsi d'améliorer la cinétique de la réaction, mais ont un effet moindre sur les réactions parasites.
11 s'agit donc là encore d'un effet positif qui est également de nature à diminuer les temps réactionnels.
II est à noter qu'il a déjà été proposé d'utiliser les microondes pour accélérer les cinétiques de réactions chimiques qui sont souvent fonction de la température du milieu réactionnel.
Toutefois, une importante augmentation de la température implique une forte augmentation de la pression, pouvant aller jusqu'à 20 bars, ce qui peut être envisagé dans le cas d'appareillages de laboratoire, mais est difficilement transposable à l'échelle industrielle. A pression équivalente le seul gain ayant été observé à ce jour est lié à la possibilité de chauffer le milieu réactionnel plus rapidement,
Pour cette raison, l'utilisation des micro-ondes est relativement répandue dans les laboratoires dans lesquels il est nécessaire d'effectuer de nombreux test dont les résultats doivent être connus très rapidement en particulier pour valider des réactifs.
A cet effet, les produits à tester sont classiquement introduits dans des tubes à essai résistant à la pression qui sont ensuite transférés dans une enceinte à micro-ondes de façon à accélérer les réactions.
Toutefois, une telle accélération de réactions chimiques par les micro-ondes n'a à elle seule qu'un intérêt limité à l'échelle industrielle où le facteur temps n'est pas primordial, du fait du coût de celles-ci.
En effet, la perte de temps liée à l'utilisation d'organes de chauffage classiques est plus que compensée par l'économie d'investissement dans un appareillage de micro-ondes ainsi que par l'économie de dépense énergétique dans la mesure où les micro-ondes utilisent de l'électricité, qui est nettement plus chère que par exemple un chauffage classique à la vapeur provenant d'une chaudière à combustion.
Au contraire, les micro-ondes sont parfaitement adaptées dans le cadre de la présente invention selon laquelle le surcoût énergétique et d'investissement est largement compensé par la possibilité d'obtenir un titre très élevé et d'éviter de devoir mettre en uvre des étapes de purification ultérieures.
La première étape du procédé conforme à l'invention consiste donc à monter le réacteur de synthèse dans lequel la condensation de Claisen sera mise en oeuvre.
Un exemple d'un tel réacteur de synthèse est représenté sur la figure non limitative jointe en annexe.
Selon cette figure, le réacteur de synthèse 1 est constitué par une enceinte à double enveloppe 2 équipée d'un agitateur 3 ainsi que de contre pales.
Ce réacteur 1 est surmonté d'une colonne de séparation 5 sur laquelle est branché un condenseur 7 ainsi qu'une conduite de reflux 8.
La colonne de séparation 5 est équipée d'une sonde de température 6 qui commande une soupape/ vanne de régulation 9 de façon à permettre de régler la fraction du liquide condensé retournant dans la colonne 5 par la conduite de reflux 8 ou soutirée par une conduite d'évacuation 10 en fonction de la température.
Le réacteur de synthèse 1 est par ailleurs équipé d'une boucle de recirculation 1 1 munie d'une pompe de recirculation 12 ainsi que d'un générateur de micro-ondes 13.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les composés carbonylés sont constitués par au moins une cétone et au moins un ester,
II est à noter que selon l'invention la réaction peut sélectivement être mise en oeuvre avec une proportion stoechiométrique de ces deux réactifs, ou avec un excès molaire d'ester ou encore avec un excès molaire de cétone, ce en obtenant à chaque fois un rendement en béta di- cétone supérieur à 95 %.
Cette possibilité d'utiliser un excès de cétone correspond à un avantage tout particulier du procédé conforme à l'invention par rapport aux procédés classiques de synthèse industrielle des béta-dicétones par condensation de Claisen dans lesquels il est impératif de mettre en oeuvre un excès molaire d'ester par rapport à la cétone.
En effet, dans le cas contraire dans la mesure où le milieu réactionnel n'est pas homogène en composition et en température, et où l'alcool n'est pas extrait efficacement de ce milieu au fur et à mesure de sa formation, il apparaît, au sein de celui-ci des surconcentrations locales de cétone entraînant une forte auto-condensation de ce composé de nature à faire baisser le rendement de la réaction et la pureté du produit final de façon drastique, en exigeant la mise en œuvre d'une étape supplémentaire de purification qui abaisse la quantité de produit pouvant être valorisée.
Au contraire, le procédé conforme à l'invention, permet de se placer dans des conditions opératoires dans lesquelles la cétone est en excès molaire par rapport à l'ester, ce qui permet une transformation quasi-totale de ce dernier composé tout en n'entraînant qu'une très légère baisse de pureté du produit final.
Par suite, dans le cas d'un ester ayant une valeur commerciale élevée et d'une cétone ayant une valeur commerciale faible, en plus du gain économique consécutif à l'augmentation de la pureté du produit final, le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir un gain écono- mique supplémentaire lié à l'utilisation d'un excès de cétone par rapport à l'ester.
En conséquence, par rapport aux procédés de synthèse industrielle classiques, c'est dans le cas d'un excès molaire de cétone que l'utilisation de micro-ondes, conformément à l'invention permet d'obtenir le gain de rendement le plus important.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on met en oeuvre une base forte dont l'acide conjugué est volatil dans les conditions réactionnelles telle qu'un alcoolate, notamment un alcoolate de sodium et en particulier le méthylate de sodium.
Selon l'invention, les conditions opératoires peuvent varier dans une large mesure en fonction des produits de départ et de la nature des composés béta-dicarbonylés en particulier des béta-dicétones que l'on cherche à synthétiser.
Le procédé conforme à l'invention peut en particulier être mis en oeuvre en l'absence de solvant ou en présence d'un solvant pur ou en mélange, notamment un solvant contenant un noyau aromatique.
La réaction peut en outre être effectuée sous vide ou à une pression quelconque notamment à pression atmosphérique, ou à une pression inférieure à la pression atmosphérique de 0 à 1 atmosphère absolue, de préférence de 0, 1 à 0,5 atmosphère absolue, ou encore à une pression supérieure à la pression atmosphérique de 0 à 5 atmosphères relatives, de préférence de 0 à 2 atmosphères relatives.
De surcroit, et là encore en fonction des produits de départ et des composés béta-dicarbonylés en particulier des béta-dicétones devant être synthétisées, la température de la réaction peut être située dans une plage allant de 60 0 C à 180 °C, de préférence dans une plage allant de 90 ° C à 140 0 C.
il est par ailleurs avantageux conformément à l'invention d'inerter le réacteur à l'azote en début de synthèse et de maintenir un léger flux d'azote dans ce réacteur pendant la totalité de cette réaction.
Les caractéristiques et avantages du procédé conforme à l'invention, liés en particulier à l'utilisation des micro-ondes apparaîtront plus clairement en se référant aux exemples ci-dessous :
Exemple 1 : Synthèse du StéaroylBenzoylMéthane (SB M) par le procédé « classique ». Dans un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante, on introduit 450 mL de xylène, 178.79 g de stéarate de méthyle fondu et 34.05 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est ensuite porté à ébulli- tion et à reflux total en tête de colonne de séparation. De l'acétophénone est introduite dans le réacteur à raison de 68.42 g en 5 heures.
Pendant les 5 heures de réaction du méthanol est soutiré en tête de la colonne de séparation. La réaction continue pendant encore 1 heure après la fin de l'introduction de l'acétophénone. Une fois cette heure terminée, le mélange est acidifié, puis lavé. La solution organique obtenue est titrée par chromatographie en phase gazeuse. Le taux de transformation de l'acétophénone est quasi-total et le titre en SBM est de 82.5%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionneïle en SBM est. de 30.3 kg/h/m3.
Exemple 2 : Synthèse du StéaroyIBenzoyIMéthane (SBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 450 mL de xylène, 178.82 g de stéarate de méthyle fondu et 34,02 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.39 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en SBM est de 98.1%. Le titre en SBM du procédé conforme à l'invention est supérieur de plus de 15 points à celui du procédé classique. La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en SBM est de 172.6 kg/h/m3 soit 5.7 fois la productivité du procédé classique.
Exemple 3 : Synthèse du StéaroylbenzoylMéthane (SBM} par le procédé conforme à l'invention sans générateur de micro-onde.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation double enveloppée munie d'une pompe à engrenage. La température des doubles enveloppes est fortement augmentée pour obtenir un transfert thermique le plus proche possible du transfert thermique global de l'exemple 2.
On introduit 450 mL de xylène, 178.77 g de stéarate de méthyle fondu et 34.00 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total.
68.41 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le chauffage est arrêté et le mélange est acidifié puis lavé.
La phase organique est très fortement colorée. Son analyse par chromato- graphie gazeuse montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en SBM est de 71.8%. Une forêt de pics est présente sur le chromatogramme montrant qu'il y a eu de nombreuses réactions parasites.
Exemple 4 : Synthèse du DiBenzoylMéthane (DBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W. On introduit 560 mL de xylène, 81.59 g de benzoate de méthyle et 34.03 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.42 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en DBM est de 99.2%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en DBM est de 101.4 kg/h/m3.
Exemple 5 : Synthèse du DiBenzoylMéthane (DBM) par le procédé conforme à l'invention sans solvant.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W. Il est également équipé d'une pompe à vide permettant un vide jusqu'à environ 100 mbar dans le système.
On introduit 683.52 g de benzoate de méthyle et 34.00 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu et mis sous vide partiel à 300 mbars. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de microonde est mis en marche.
68.40 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde, le chauffage et le vide sont arrêtés, puis le mélange est acidifié puis lavé. L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi- otale et que le titre en DBM est de 99.7%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en DBM est de 101.8 kg/h/m3.
Exemple 6 : Synthèse du StéaroylBenzoylMéthane (SBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 440 mL de xyiène, 178.76 g de stéarate de méthyle fondu et 42.87 g d'éthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerte par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.45 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol et I'éthanol produits sont soustraits du milieu réactionneî. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de microonde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé. L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en SBM est de 98.3%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en SBM est de 173.2 kg/h/m3.
Exemple 7 : Synthèse de l'OctanoylBenzoylMéthane (OBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W. On introduit 550 mL de xylène, 94.78 g d'octanoate de méthyle et 34.05 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébuUition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.4 1 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en OBM est de 98.3%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en OBM est de 1 10.3 kg/h/m3.
Exemple 8 : Synthèse du StéaroylBenzoylMéthane (SBM) par le procédé conforme à l'invention en excès de cétone.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. ïl est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 450 mL de xylène, 178.81 g de stéarate de méthyle fondu et 34.02 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébuUition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
73. 19 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé. L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en SBM est de 97.5% par rapport à l'ester.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en SBM est de 180.6 kg/h/m3.
Exemple 9 : Synthèse du PalmitoylBenzoylMéthane (PB ) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable, il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 470 mL de xylène, 159.99 g de palmitate de méthyle fondu et 34.03 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.40 g d'acétophénone sont introduits en une heure, A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en PBM est de 98.0%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en PBM est de 168.4 kg/h/m3.
Exemple 10 : Synthèse du MyristoylBenzoyîMéthane (MBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W. On introduit 490 mL de xylène, 145.22 g de myristate de méthyle et 33.98 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.36 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanoi produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en MBM est de 98. 1%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en MBM est de 155.4 kg/h/m3.
Exemple 1 1 : Synthèse du LauroylBenzoylMéthane (LBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 510 mL de xylène, 128.42 g de laurate de méthyle et 34.01 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche. 68.41 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanoi produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en LBM est de 98.3%. La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en LBM est de 142.5 kg/h/m3.
Exemple 12 : Synthèse du DécanoylBenzoylMéthane (DéBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 530 mL de xylène, 1 1 1.58 g de décanoate de méthyle et 34.00 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.45 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en DéBM est de 98.3%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en DéBM est de 129.3 kg/h/m3.
Exemple 13 : Synthèse du Benzoyl p-MethylBenzoylMêthane (BpMBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. II est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 550 mL de xylène, 90.02 g de methyl p-benzoate de méthyle et 34.02 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mé- lange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche.
68.42 g d'acétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le titre en BpMBM est de 98.8%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en BpMBM est de 1 12.9 kg/h/m3.
Exemple 14 : Synthèse du Benzoyl 3,5-DiMethylBenzoylMéthane (BDMBM) par le procédé conforme à l'invention.
Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie chimique d'un litre, en verre, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé d'une boucle de recirculation munie d'une pompe à engrenage et d'un générateur de micro-onde d'une puissance de 600 W.
On introduit 560 mL de xylène, 81.59 g de benzoate de méthyle et 34.01 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le réacteur est inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est mis en recirculation dans la boucle externe à un débit de 15 kg/ h. Il est porté à ébullition à reflux total et le générateur de micro-onde est mis en marche. 84.35 g de 3,5-dimethylacétophénone sont introduits en une heure. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 15 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réac- tionnel. Au bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de la 3,5-diméthylacétophénone est quasi-totale et que le titre en BDMBM est de 98.6%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en BDMBM est de 1 19.2 kg/h/m3. Exemple 15 : Synthèse industrielle du StéaroylBenzoyiMéthane (SBM) par le procédé conforme à l'invention (1 m3).
L'outil industriel est constitué d'un réacteur classique de génie chimique de 1000 litres, en acier inox, double enveloppé et muni d'une agitation performante. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé de sources de micro-onde d'une puissance totale de 30 kW.
Dans un réacteur préalablement inerté à l'azote, on introduit 450 Litres de xylène, 178.9 kg de stéarate de méthyle fondu et 33.95 kg de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le mélange est porté à ébullition à reflux total et les générateurs de micro-onde sont mis en marche.
68.5 kg d'acétophénone sont introduits en deux heures. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 30 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 30 minutes de finition, les générateurs de micro-onde sont arrêtés, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé.
L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le rendement en SBM est de 97.6%.
Exemple 16 : Synthèse industrielle du StéaroylBenzoyiMéthane (SBM) par le procédé conforme à l'invention ( 10 m3).
L'outil industriel est constitué d'un réacteur classique de génie chimique de .10 000 litres, en acier inox, double enveloppé et muni d'une agitation performante, il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un condenseur avec un reflux variable. Il est également équipé de sources de micro-onde d'une puissance totale de 120 kW.
Dans un réacteur préalablement inerté à l'azote, on introduit 4 500 Litres de xylène, 1 788.6 kg de stéarate de méthyle fondu et 340 kg de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs introduits, le mélange est porté à ébullition à reflux total et les générateurs de micro-onde sont mis en marche.
684 kg d'acétophénone sont introduits en quatre heures. A la fin de l'introduction le mélange continue de réagir pendant 30 minutes. Pendant tout ce temps le méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au bout des 30 minutes de finition, les générateurs de micro-onde sont arrêtés, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé. L'analyse par chromatographie gazeuse de la phase organique montre que la transformation de l'acétophénone est quasi-totale et que le rendement en SBM est de 97.2%.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 °) Procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés à l'échelle industrielle à partir d'au moins deux composés carbonylés tels que des esters ou des cétones en présence d'une base forte ou d'un mélange de bases fortes par condensation de Claisen avec un titre supérieur à 95 % en particulier de béta-dicétones à partir d'au moins une cétone et d'au moins un ester conformément à la réaction ;
R1 -CO-CH2-R2 + R3 CO-O-R4 -> R1 -CO-CHR2-CO-R3 + R4-OH
dans laquelle
Ri , R2 et R3, qui peuvent être semblables ou différents, représentent cha¬ cun un atome hydrogène, un radical hydrocarboné, ayant avantageuse¬ ment de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 18 atomes de carbone, un radical alkyle ou alcényle, linéaire ou ramifié ayant jusqu'à 24 atomes de carbone, un radical aralkyle ayant de 7 à 10 atomes de car- bone, un radical aryle ou cycloaliphatique ayant moins de 14 atomes de carbone, les radicaux cycioaliphatiques pouvant éventuellement comporter des doubles liaisons carbone-carbone, ces radicaux pouvant être substitués ou non, par exemple par des atomes d'halogène ou par des radicaux méthyle ou éthyle, ou par la présence dans la chaîne aliphatique d'un ou plusieurs groupes de formule : -O-, -CO-O-, -CO- , et pouvant comporter un hétéroatome d'oxygène ou d'azote, et Ri et R2 pouvant être reliés de sorte que la béta-dicétone forme un cycle, et dans laquelle R4 représente un radical alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence un radical méthyle,
caractérisé par les étapes suivantes ;
- on monte un réacteur de synthèse ( 1) de préférence à double enve¬ loppe (2) surmonté d'une colonne de séparation (5) munie d'un con¬ denseur (7) avec un reflux variable contrôlé par la température dans cette colonne et équipé d'au moins un générateur de micro-ondes ( 13) , ainsi que d'un système d'agitation (3) ,
- on introduit un premier composé carbonylé et la base forte dans le réacteur de synthèse, sous agitation,
- on chauffe ce réacteur ( 1 ) et on met le condenseur (7) en marche,
- on met le ou les générateur(s) de micro-ondes ( 13) en marche, - lorsque le mélange a été porté à ébullition à reflux total en tête de colonne de séparation (5) , on introduit le second composé carbonylé dans le réacteur { !) , et - après un temps d'attente on arrête le réacteur ( 1) et on acidifie et lave le mélange réactionnel.
2°) Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
Ton équipe le réacteur d'au moins un générateur de micro-ondes directement monté à sa partie interne et/ou d'au moins un générateur de micro- ondes extérieur relié à celui-ci par un guide d'ondes permettant de canaliser les micro-ondes dans le milieu réactionnel,
3°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que
l'on équipe le réacteur de synthèse ( 1) d'une boucle de recirculation externe ( 1 1) munie d'une pompe de recirculation (12) ainsi que d'un générateur de micro-ondes (13).
4°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3f
caractérisé en ce que
les composés carbonylés sont constitués par au moins une cétone et au moins un ester.
5°) Procédé selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
la cétone est en excès molaire par rapport à l'ester.
6°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
l'acide conjugué de la base forte est volatil dans les conditions réaction- nelles.
7°) Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
la base forte est un alcoolate, notamment un alcoolate de sodium et en particulier le méthylate de sodium.
8°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que la température de la réaction est située dans une plage allant de 60 ° C à 180 0 C, de préférence dans une plage allant de 90 0 C à 140 ΰ C.
9°) Procédé selon Tune quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que
la réaction est mise en oeuvre en l'absence de solvant.
10°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que
la réaction est mise en œuvre en présence d'un solvant pur ou en mélange notamment d'un solvant contenant un noyau aromatique.
1 1 °) Procédé selon l'une quelconque des revendications ! à 10,
caractérisé en ce que
l'on maintient un léger flux d'azote dans le réacteur de synthèse ( 1) pendant la totalité de la réaction.
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