FR2601947A1 - Procede de preparation d'acide aromatique - Google Patents

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PREPARATION D'ACIDE AROMATIQUE PAR HYDROXYCARBONYLATION D'HALOGENURE AROMATIQUE EN PRESENCE DE PALLADIUM, D'UN AGENT COMPLEXANT ET D'UNE BASE ORGANIQUE TERTIAIRE, PROCEDE DANS LEQUEL LA PRESSION DE MONOXYDE DE CARBONE EST FAIBLE.

Description

PROCEDE DE PREPARATION D'ACIDE AROMATIQUE
La présente invention concerne un nouveau procédé de préparation d'acides aromatiques. Elle concerne plus particulièrement un procédé amélioré de production d'acides aromatiques par hydroxycarbonylation d'halogénures aromatiques en présence d'un métal noble, d'une base azotée tertiaire et d'un agent complexant à base de phosphore.
Parmi les divers procédés connus de préparation d'acide aromatique on peut considérer deux brevets récents.
Il est ainsi connu d'après le brevet US 4 034 004 un procédé de préparation d'acides carboxyliques par réaction en milieu alcalin d'halogénures organiques aromatiques ou aliphatiques avec du inonoxyde de carbone en utilisant coirine catalyseurs des complexes phosphiniques du palladium et des sels d'alkylammonium quaternaires. La réaction a lieu en milieu biphasique ce qui implique la présence de l'agent de transfert de phase qu'est le sel d'alkylammonium quaternaire.
La phase aqueuse est composée d'une base alcaline minérale et du sel d'amnonium quaternaire. Il est précisé dans le texte que la réaction doit avoir lieu à une température comprise entre 50 et 1500C. Au-dessus de cette température et même au-delà de 1200C le monoxyde de carbone réagît avec la base alcaline pour donner naissance à du formiate de sodium qui consomme inutilement, la base alcaline et ltoxyde de carbone introduit, abaissant fortement la productivité.
Il est également connu d'après le brevet EP 34 292 un procédé de préparation d'acide anthranilique par mise en contact de monoxyde de carbone, d'eau, d'une trialkylamine, d'un catalyseur à base de palladium complexé par une phosphine et d'un acylamino, iodo ou bromobenzène. la quantité d'eau mise en oeuvre dans ce procédé est très faible et ne permet pas d'avoir un système biphasique mais uniquement une phase homogène très visqueuse.
Cette méthode ne permet pas une séparation facile du produit de réaction et du catalyseur et ne permet pas ainsi un recyclage aisé de ce dernier. Cette méthode applicable à des produits ou des intermédiaires pharmaceutiques à forte valeur ajoutée n'est pas transposable à des produits de plus grande consommation.
La présente invention a permis d'améliorer les procédés déjà connus de façon à pouvoir disposer d'un procédé industriellement exploitable et économiquement rentable.
Elle a plus précisément pour objet un procédé de préparation d'acide aromatique par mise en contact d'un halogènure aromatique dont le ou les halogènes sont l'iode et/ou le brome, en solution dans un solvant organique avec du monoxyde de carbone et de l'eau en présence d'un catalyseur à base de palladium, d'une base organique azotée tertiaire et d'un agent complexant le palladium, choisi parmi les phosphines et les phosphites, caractérisé en ce que la pression partielle de monoxyde de carbone au cours de la réaction est faible.
Contrairement à ce qu'attendait l'homme de l'art la diminution de la pression du monoxyde de carbone au cours de la réaction améliore la productivité au lieu de la diminuer. Le monoxyde de carbone étant un des réactants l'augmentation de pression aurait da accélérer la réaction au lieu de la raleritr, I1 a été trouvé de façon tout-à-fait surprenante que la conclusion tout-à-fait établie en chimie qu'une réaction entre un gaz et un liquide était accélérée par la pression était fausse dans le cas de la présente réaction.
Pour obtenir une vitesse de réaction élevée il faut diminuer la quantité de monoxyde de carbone dissoute dans le milieu réactionnel. Ainsi il est préférable de maintenir la pression partielle de monoxyde de carbone au maximum à 5 bars. La pression réactionnelle totale variable avec la température et les produits mis en oeuvre sera adaptée par l'hoimne de l'art de façon à maintenir une pression partielle de monoxyde de carbone encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 3 bars.
Les halogénures aromatiques répondent de préférence à la formule générale suivante (I) :
(X)n - Ar - (Rl)nl (I) dans laquelle
- X représente le brome ou l'iode
- Ar représente un radical mono ou polycyclique ou
hétérocyclique
- n est égal à 1 ou 3 par cycle
- nl est un nombre entier supérieur ou égal à 1 et inférieur
ou égal à 4
- R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou
différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro,
chloro, nitrile, alkyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl,
cycloalcoxy, alkyl carbonyloxy, cycloalkylcarbonyloxy,
aryl, aryloxy, arylcarbonyloxy, aryloxycarbonyl, les
motifs alkyl et aryl ayant de 1 à 20 atomes de carbone et
étant éventuellement substitués par un ou plusieurs
atomes de fluor et/ou de chlore.
Dans la formule générale (I) Ar représente un radical mono ou polycyclique. Parmi les radicaux polycycliques on peut notamment utiliser les cycles condensés tels que le naphtalène, l'anthracène ou des cycles reliés entre eux par une liaison covalente tel que le biphényle ou reliés par un hétéroatome, par exemple l'oxygène ou le soufre tel que l'oxyde de biphényle.
Parmi les composés de formule (I) on préfère mettre en oeuvre ceux pour lesquels Ar représente un motif benzénique ou un motif diphényléther et ceux pour lesquels R1 représente
- un groupe alkyl ou alcoxy ayant 1 à 4 atomes de carbone
tel que les radicaux méthyl, éthyl, propyl, butyl,
trifluorométhyl, difluorochlorométhyl, méthoxy, éthoxy,
propyloxy, butoxy, trifluorométhoxy, trichlorométhoxy,
- un groupe cycloalkyl ou cycloalcoxy ayant 5 à 10 atomes
de carbone tel que les radicaux cyclopentyl, cyclohexyl,
cyclooctyl,
- un groupe aryl ou aryloxy tel que les radicaux phenyl,
xylyl, toluyl, methoxyphényl, ethoxyphényl, phénoxy,
méthylphényloxy, diméthylphényloxy,
- un groupe alcoxycarbonyl ou alkylcarbonyloxy dont le
groupe alkyl a de préférence l à 4 atomes de carbone,
- un groupe cycloalcoxycarbonyl ou cycloalkylcarbonyloxy
tel que les radicaux cyclopentyloxycarbonyl,
cyclohexyloxycarbonyl.
Comme exemples de composés de formule (I) on peut citer le bromobenzène, les bromotoluènes, les diméthylbromobenzènes, les fluorobromobenzènes, les fluoroiodobenzènes, les difluorobromobenzènes, les tri fluoraméthylbromobenzènes, les tri trifluorométhyliodobenzènes, les di fluorochlorométhylbromobenzènes, les di fluor ochlorométhoxy- bromobenzènes, les bromobenzonitriles, les dibromobenzènes, les diiodobenzènes, les bromonaphtalènes, les bromopyridines, les bromodiphényléthers, les bromobenzoates de méthyle, les bromoanisoles, les bromophénétoles, les diméthoxybromobenzènes, les triméthoxy-3,4,5 bromobenzènes, le bromo-3 méthylènedioxybenzène, les dibromodiphényléthers.
On préfère mettre en oeuvre le pbromodiphényléther et le dibromo 4,4'diphényléther.
Le catalyseur à base de palladium utilisé est choisi parmi les sels d'acides minéraux ou organiques ou leurs complexes avec des composés donneurs de doublets électroniques, en particulier avec les phosphines, les phosphites ou les arsines.
Comne exemples spécifiques de dérivés du palladium, on peut citer les carboxylates (acétate, propionate, butyrate, benzoate) de palladium (II), et les complexes du palladium de formules générales PdX25P(R)332 ou PdX2EP(CR)312 dans lesquelles X représente un atome d'halogène (brome, chlore) ou un reste d'un acide minéral ou carboxylique et R un radical hydrocarboné. On peut citer en particulier le dichlorodi(triphénylphosphino)palladium (II) et le dichlorodi(tritolylphosphino)palladium (II).
On peut citer comme exemples non limitatifs de phosphines ou phosphites : la triphénylphosphine, le triphénylphosphite, la diéthylphénylphosphine, le diéthylphénylphosphite, la tritolylphosphine, le tritolylphosphite, la trinaphtylphosphine, le trinaphtylphosphite, la diphénylméthylphosphine, le diphénylméthylphosphite, la diphénylbutylphosphine, le diphénylbutylphosphite, la tris-(p-méthoxycarbonylphényl)-phosphine, le tris-(p-méthoxycarbonylphényl)-phosphite, la tris-(p-cyanophényl)-phosphine, le tris-(cyanophe-nyl )-phosphite, le triéthylphosphite, la tributylphosphine, le tributylphosphite.
La présence d'un agent complexant phosphoré libre dans le milieu réactionnel dépend de la nature du catalyseur et/ou des conditions de la réaction. Lorsque le catalyseur est constitué par un complexe d'un métal noble avec une phosphine ou un phosphite, la présence de ces derniers à l'état libre n'est pas indispensable. Toutefois elle s'avère avantageuse lorsque la réaction est conduite à température élevée, par exemple à une température supérieure à 1500C. Lorsqu'on met en oeuvre un métal noble à l'état métallique ou un dérivé non complexé par une phosphine ou un phosphite tel que les carboxylates de métaux nobles par exemple, il est nécessaire d'opérer en présence du composé phosphoré.
La quantité de catalyseur exprimée en atome-gramme de métal ou en mole de dérivé métallique par mole d'halogénure aromatique peut varier dans de larges limites. Ainsi elle peut entre comprise entre 10 5 et 10 l at.g ou mole par mole et de préférence entre 10 4 et 10 2 at.g ou mole par mole.
Lorsqu'on conduit la réaction en présence d'un phosphite ou d'une phosphine la quantité en est choisie de façon à ce que le rapport du nombre d'atome-gramme de phosphore (P) au nombre d'atome-gramme de métal (M) soit au moins égal à 2. Le rapport P/M peut prendre des valeurs aussi élevées que 10 000. Un rapport P/M compris entre 5 et 100 est en général convenable.
A titre de base azotée tertiaire, on peut faire appel à des amines de formule générale
N - (R1)3 dans laquelle les radicaux R1, identiques ou différents, représentent des restes hydrocarbonés comportant de 1 à 20 atomes de carbone tels que les radicaux alkyles, cycloalkyles ou aryles. De préférence les symboles
R1 représentent des radicaux alkyles comportant de 1 à 10 atomes de carbone ou des radicaux cycloalkyles ayant de 5 à 10 atomes de carbone.
Camne exemple de telles bases on peut citer la triéthylamine, la tri-npropylamine, la tri-n-butylamine, la méthyldibutylamine, la méthyldicyclohexylamine, ltéthyldiisopropylamine. On peut encore faire appel à des bases tertiaires hétérocycliques telles que la pyridine et les picolines.
On préfère tout particulièrement utiliser la triéthylamine.
La quantité de base doit être suffisante pour neutraliser l'aide aromatique formé et l'hydracide libéré par la réaction, c'est-à-dire qu'elle doit être d'au moins 2 moles par équivalent d'halogène réactif dans la molécule d'halogénure aromatique. On entend par halogène réactif le brome et/ou l'iode.
Il n'y pas de limite supérieure à la quantité de base introduite. Elle sera simplement adaptée par l'homme de l'art à l'économie du procédé.
La température à laquelle est mis en oeuvre le procédé selon l'invention peut varier dans de larges limites. On préfère cependant maintenir une température comprise entre 500C et 2500C et tout particulièrement une température comprise entre 100 et 2000C.
Le procédé de la présente invention est conduit en milieu biphasique. Le milieu organique est constitué de l'halogénure aromatique, du palladium, de la phosphine, de la base organique et éventuellement d'un solvant. Le solvant est choisi parmi les solvants inertes dans les conditions de la réaction et non miscibles à l'eau. On peut utiliser des hydrocarbures aliphatiques ou cycloaliphatiques saturés (hexane, cyclohexane) ou aromatiques : benzène, toluène, xylène, halogénobenzène tels que le chlorobenzène, des esters tels que le benzoate de méthyle, le téréphtalate de méthyle, l'adipate de méthyle, le phtalate de dibutyle, des éthers aromatiques tels que le diphényléther qui est utilisé préférentiellement lorsque l'on veut préparer l'acide phénoxybenzoïque.
Les acides aromatiques obtenus par le procédé de la présente invention répondent à la formule générale (II)
(Rl)nl - Ar (COOH)n dans laquelle Ar, n, nl et R1 ont la nome signification que précédemment.
On peut citer parmi les composés de formule (II) : les acides benzoïques, chlorobenzoïques, toluïques, méthoxybenzoïques, tri fluorométhoxybenzoiques, tr ifluorométhylbenzoiques, phénoxybenzoï- ques, les diacides tels que les acides phtaliques, le 4,4'dihydroxycarbonyldiphényléther.
D'un point de vue pratique le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par introduction dans un autoclave inerte de l'halogénure d'aryle, de la base azotée, du catalyseur et le cas échéant du dérivé phosphoré et d'un solvant puis alimentation dans l'autoclave fermé d'une pression adéquate de monoxyde de carbone. Le contenu de l'autoclave est ensuite porté sous agitation à la température convenable jusqu'à ce que l'absorption de gaz cesse. En fin de réaction le contenu de l'autoclave est refroidi, l'autoclave dégazé et la phase aqueuse contenant l'acide aromatique neutralisé par la base organique est séparée. La phase organique contenant le catalyseur et l'agent complexant peut être recyclée pour une nouvelle opération. L'acide libre est obtenu par précipitation à partir de la phase aqueuse après traitement avec un acide minéral.
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre en continu ou en discontinu.
Les exemples suivants illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique.
EXEMPLES
EXEMPLE 1
Dans un autoclave de 125 ml en Hastelloy B2 on charge 224 mg de palladium diacétate (1 mmole), 1,31 g de triphénylphosphine (5 moles), 11,11 g de triéthylamine (110 moles) et 12,45 g (0,05 mole) de parabromophénoxybenzène. On ajoute ensuite 20 ml de toluène et 20 ml d'eau. L'autoclave après avoir été fermé est purgé avec du monoxyde de carbone. On élève la température jusqu'à 1300C l'autoclave étant agité par un système de va et vient. A 1000C on introduit le monoxyde de carbone pour que la pression totale à 1300C soit de 7 bar (la pression partielle de monoxyde de carbone est d'environ 4 bar).
Durant toute la durée de la réaction, le réacteur est relié à une réserve de monoxyde de carbone qui y maintient la pression constante. L'avancement de la réaction est suivi par la chute de presion de la réserve. Après 30 mn de réaction le produit de départ a été entièrement consommé. Le rendement en acide paraphénoxybenzoique est quantitatif.
La vitesse initiale d'absorption mesurée à partir de la chute de pression de la réserve est de 56 bar.h 1.
La productivité est de 340 g/heure/litre.
EXEMPLE 2 (exemple comparatif)
On procède comme dans l'exemple 1 mais la pression à 1300C dans le réacteur est maintenue à 30 bar (la pression partielle de monoxyde de carbone est de 27 bar). L'absorption de monoxyde de carbone cesse après 3 h de réaction et la vitesse initiale d'absorption est de 14 bar.h 1.
Cet exemple montre qu'il est préférable de travailler à faible pression partielle de monoxyde de carbone.
La productivité est de 60 g/heure/litre.
EXEMPLE 3
On procède comme dans l'exemple 1 mais en chargeant 22,4 mg de palladium diacétate (0,1 mmole) et 1,05 g de triphénylphosphine.
L'absorption de monoxyde de carbone s'arrête au bout de 5 h et la vitesse maximale d'abosorption est de 6,4 bar.h1
Le rendement en acide paraphénoxybenzoïque est quantitatif.
La productivité est de 34 g/heure/litre.
EXEMPLE 4
On procède corne dans l'exemple 3 mais à une température de 1500C. La pression partielle de monoxyde de carbone est de 3 bar. Après 50 mn de réaction le produit de départ est totalement transformé. La vitesse initiale d'absorption est 16,3 bar.h 1.
La productivité est de 200 g/heure/litre.
EXEMPLE 5 (exemple comparatif avec l'exemple 3)
Dans un autoclave de 125 ml en hastelloy B2 on charge 22,4 mg de palladium diacétate (0,1 mole), 524 mg de triphénylphosphine 11,11 g de triéthylamine (110 mmoles) et 12,45 g (0,05 mole) de parabromophénoxybenzène. la mise en oeuvre de la réaction est analogue à celle de l'exemple 1 sauf que la pression est maintenue à 4 bar pendant toute la durée de l'essai. La pression partielle de monoxyde de carbone est de 1 bar. Au bout de 4 h il n'y a plus d'absorption de monoxyde de carbone. La vitesse initiale d'absorption est de 6 bar.h 1. En fin de réaction on décante et sépare les deux phases aqueuse et organique et la phase aqueuse est acidifiée avec HC1 2N jusqu'à pH = 2.L'acide paraphénoxybenzoïque ainsi précipité est filtré, lavé et séché. On obtient 10,59 g (rendement 99 %) d'un produit dont la pureté est au moins égale à 98 %.
La productivité est de 40 g/heure/litre.
Cet essai comparé à celui de l'exemple 3 montre que la pression partielle de monoxyde de carbone peut être inférieure à 1 bar sans que la productivité en soit affectée.
EXEMPLE 6
On procède comme dans l'exemple 4 mais en chargeant 11,2 mg de palladium diacétate (0,05 itirole), 10 ml de toluène et 15 ml d'eau.
Après 2 h 10 mn de réaction l'absorption de monoxyde de carbone cesse et le rendement en acide paraphénoxybenzoique est quantitatif.
La productivité est de 100 g/heure/litre.
EXEMPLE 7
Dans un réacteur de 125 ml en hastelloy B2 on charge 112 mg de palladium diacétate (0,5 rirnole), 524 mg de triphénylphosphine (2 les), 18,5 g de tributylamine (100 moles) et 6,2 g de dibromc- 4,4'diphényléther (25 mmoles). On ajoute ensuite 10 ml de chlorobenzène et 15 ml d'eau. la mise en oeuvre est du rmre type que celles décrites précédemment. Après 2 h 30 mn de réaction à une pression totale de 10 bar et à 1300C l'absorption de monoxyde de carbone cesse. Après
refroidissement du réacteur et dégazage on sépare la phase aqueuse de la phase organique. La phase aqueuse est acidifiée avec HC1 2N jusqu'à pH = 2. Le diacide précipité est filtré, lavé et séché. On obtient 4,53 g de produit (rendement 73 t).
La productivité est de 36 g/heure/litre.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'acide aromatique par mise en contact d'un halogènure aromatique dont le ou les halogènes sont l'iode et/ou le brome, en solution dans un solvant organique avec de l'oxyde de carbone et de l'eau en présence d'un catalyseur à base de palladium, d'une base organique azotée tertiaire et d'un agent complexant le palladium, choisi parmi les phosphines ou les phosphites, caractérisé en ce que la pression partielle de monoxyde de carbone au cours de la réaction est faible.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression partielle de monoxyde de carbone est inférieure à 5 bar.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression partielle de monoxyde de carbone est d'environ 3 bar.
4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'halogénure aromatique répond à la formule (I)
(X)n - Ar - (Rl)nl (I) dans laquelle
- X représente le brome ou l'iode
- Ar représente un radical mono ou polycyclique ou
hétérocyclique
- n est égal à 1 ou 3 par cycle
- nl est un nombre entier supérieur ou égal à 1 et inférieur
ou égal à 4
- R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou
différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro,
chloro, nitrile, aikyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl,
cycloalcoxy, alkyl carbonyloxy, cycloalkylcarbonyloxy,
aryl, aryloxy, arylcarbonyloxy, aryloxycarbonyl, les
motifs alkyl et aryl ayant de 1à 20 atomes de carbone et
étant éventuellement substitués par un ou plusieurs
atomes de fluor et/ou de chlore.
5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que dans la formule (I) Ar représente un radical benzénique ou diphényléther.
ce que dans la formule (I) R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro, chloro, nitrile, aikyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl, cycloalcoxy, alkyl carbonyloxy, cycloalkylcarbonyloxy, aryl, aryloxy, arylcarbonyloxy, aryloxycarbonyl, les motifs alkyl et aryl ayant de 1 à 20 atomes de carbone et étant éventuellement substitués par un ou plusieurs atomes de fluor et/ou de chlore.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que parmi les composés de formule (I) on utilise la parabrorodiphényléther et le dibromo 4 '4-diphényléther.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 7 caractérisé en ce que le catalyseur est constitué par du palladium métallique ou un dérivé du palladium.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la quantité de palladium exprimée en atome-gramme de métal noble ou en mole de dérivé métallique par mole d'halogénure aromatique est comprise dans un intervalle de 10 4 à 10 2.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la quantité de dérivé phosphoré est telle que le rapport du nombre des atomes-grammes de phosphore au nombre des atomes-grammes de métal soit compris dans un intervalle de 5 à 100.
11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la base azotée tertiaire est la triéthylamine.
12. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température réactionnelle est comprise entre 100 et 2000C.
13. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on ajoute un solvant choisi parmi les hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques, aromatiques, les esters benzyliques, les éthers aromatiques.
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