FR2601948A1 - 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 MISE EN CONTACT D'UN HALOGENURE AROMATIQUE DONT LE OU LES HALOGENES SONT L'IODE ETOU LE BROME EN SOLUTION DANS UN SOLVANT ORGANIQUE AVEC DE L'OXYDE DE CARBONE ET DE L'EAU EN PRESENCE D'UN CATALYSEUR A BASE DE PALLADIUM, D'UNE BASE ORGANIQUE AZOTEE TERTIAIRE ET D'UN AGENT COMPLEXANT LE PALLADIUM CHOISI PARMI LES PHOSPHINES OU LES PHOSPHITES OU L'ON OPERE EN MILIEU LIQUIDE BIPHASIQUE.

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.
I1 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 monoxyde de carbone en utilisant commue 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 çel d'alkylammonium quaternaire. La phase aqueuse est composée d'une base alcaline minérale et du sel d'ammonium quaternaire. I1 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 réagit avec la base alcaline pour donner naissance à du formiate de sodium qui consomme inutilement, la base alcaline et l'oxyde de carbone introduit, abaissant fortement la productivité.
Dans ce brevet (exemple 2) est décrit un exemple de recyclage du catalyseur palladium/phosphine. Au cours du premier recyclage le rendement en acide aromatique obtenu baisse d'environ 10 t. Ainsi le procédé n'est pas extrapolable à plus de 4 à 5 recyclages successifs.
I1 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 halogénure 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 du palladium choisi parmi les phosphines ou les phosphites caractérisé en ce que on opère en milieu biphasique.
La réaction chimique mise en jeu dans le présent procédé peut se résumer ainsi
Figure img00020001
La quantité d'eau minimale pour opérer en milieu biphasique doit assurer la solubilité des sels de l'acide aromatique et de l'hydracide libéré avec la base organique. La quantité minimale d'eau sera fonction de l'acide aromatique formé. Ainsi pour l'acide paraphénoxybenzoïque il est préférable d'utiliser un maximum de 3, 5 moles de bromodiphényléther par litre d'eau.
Les halogénures aromatiques répondent de préférence à la formule générale suivante (I) (X)n - Ar - (Rl)nl (I) dans laquelle
- X représente l'iode ou le brome
- 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, alkyle, alkenylène, alcoxy, cycloalkyle,
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 phényl,
xylyl, toluyl, méthoxyphényl, éthoxyphényl, phénoxy,
méthylphényloxy, diméthylphényloxy,
- un groupe alcoxycarbonyl ou alkylcarbonyloxy dont le
groupe alkyl a de préférence 1 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 fluorobromobenzenes, les fluoroiodobenzènes, les difluorobromobenzènes, les tr ifluorométhylbromobenzènes, les tri fluorométhyliodobenzènes, les dif luorochlorométhylbromobenzènes , les di fluorochlorométhoxy- 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 p-bromodiphényléther 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.
Comme exemples spécifiques de dérivés du palladium, on peut citer les carboxylates (acétate, propionate, butyrate, benzoate) de palladium (Il) et les complexes du palladium de formules générales PdX2[P(R)332 ou PdX2tP(OR)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 (Il) et le dichlorodi(tritolyl phosphino)palladium (I I).
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-méthoxycarbonyl- phényl)-phosphine, le tris- (pméthoxycarbonylphényl )-phosphite, la tris-(p-cyanophényl )-phosphine, le tris-(cyanophényl)-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 être comprise entre et 10 1 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-granrme de phosphore (P) au nombre d'atome-gtamme 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 1000 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 alkyle, cycloalkyle ou aryle. 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.
Comne exemple de telles bases on peut citer la triéthylamine, la tri-npropylamine, la tri-n-butylamine, la méthyldibutylamine, la méthyldicyclohexylamine, l'éthyldiisopropylamine. 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'acide 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 tel 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)
(Ri)nî - Ar (COOH)n dans laquelle Ar, n, nl et R1 ont la même signification que prédédemment.
On peut citer parmi les composé de formule (II) : les acides benzoïques, chlorobenzoïques, toluïques, méthoxybenzoïques, trifluorométhoxybenzoïques, trifluorométhylbenzoïques, phénoxybenzoïques, les diacides tels que les acides phtaliques, le 4,4 'dihydroxy- carbonyldiphényléther.
D'un point de vue pratique le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par introduction dans un autoclave inerte de 1 '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 réacteur en acier inoxydable (marque commerciale
Hastelloy B2) résistant à la pression, muni d'un dispositif de chauffage et agité par un agitateur de type CAVITATOR, on charge
- 37,35 g de parabromophénoxybenzène (150 mmoles)
- 67,2 mg de palladium diacétate (0,3 mole)
- 2,36 g de triphénylphosphine (9 mnoles)
- 33,33 g de triéthylamine (330 rmnoles)
- 45 ml d'eau
- 30-ml de toluène
Le réacteur est purgé au monoxyde de carbone puis on élève progressivement la température jusqu'à 1300C. A 1000C on introduit du monoxyde de carbone pour que la pression totale à 130 C dans le réacteur soit égale à 6 bar.
Le réacteur est relié à une réserve de monoxyde de carbone qui maintient la pression constante. On suit le degré d'avancement de la réaction par la chute de pression dans la réserve.
Après 1 h 45 mn de réaction l'absorption cesse. La vitesse initiale d'absorption est 150 nnroles.hl
En fin de réaction on refroidit le réacteur, on laisse décanter puis on soutire la phase aqueuse.
on recharge ensuite les mêmes quantités de parabromo- phénoxybenzène, de triéthylamine et d'eau qui figurent ci-dessus.
On répète ainsi l'opération quatre fois. Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant
Figure img00080001
<tb> Recyclage <SEP> # <SEP> P <SEP> (bar) <SEP> Durée <SEP> de <SEP> réaction <SEP> Vi <SEP> (mmole.h-1
<tb> I <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 22 <SEP> | <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 45 <SEP> mn <SEP> | <SEP> 155
<tb> I <SEP> I
<tb> 2 <SEP> 2 <SEP> | <SEP> 23 <SEP> | <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 30 <SEP> mn <SEP> 1 <SEP> 197
<tb> <SEP> I <SEP> I
<tb> I <SEP> I
<tb> 1 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 24 <SEP> | <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 15 <SEP> mn <SEP> | <SEP> 218
<tb> <SEP> I <SEP> I
<tb> <SEP> I <SEP> I
<tb> | <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 22 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 30 <SEP> mn <SEP> 1 <SEP> 197
<tb>
Ces essais montrent qu'il est possible de recycler le catalyseur tout en conservant son activité. Ceci est rendu possible par le système biphasique utilisé qui permet de soutirer le produit de la réaction contenu dans la phase aqueuse sous pression de monoxyde de carbone tout en maintenant le système catalytique dans le réacteur.
EXEMPLE 2
On procède comme dans l'exemple 1 mais on limite volontai-rement la première réaction à un taux de transformation (TT) incomplet.
Figure img00090001
<tb> Essai <SEP> # <SEP> <SEP> P <SEP> (bar) <SEP> Durée <SEP> de <SEP> réaction <SEP> Vi <SEP> (mmole.h-1
<tb> Essai <SEP> Essai <SEP> initial
<tb> <SEP> TT <SEP> env. <SEP> 80 <SEP> % <SEP> 1 <SEP> 17 <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> mn <SEP> 1 <SEP> 170 <SEP> I <SEP>
<tb> 1er <SEP> recyclage <SEP> 22 <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 194
<tb> 2e <SEP> recyclage <SEP> 23 <SEP> 55 <SEP> mn <SEP> 197
<tb> 3e <SEP> recyclage <SEP> 23 <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 203
<tb> <SEP> 4e <SEP> recyclage <SEP> 23,5 <SEP> 55 <SEP> mn <SEP> 200
<tb> 5e <SEP> recyclage <SEP> 23 <SEP> 50 <SEP> mn <SEP> 256
<tb> 6e <SEP> recyclage <SEP> 24 <SEP> 45 <SEP> mn <SEP> 280
<tb>
Cette série d'essais montre qu'on peut recycler au moins 6 fois le catalyseur en maintenant au moins son activité initiale. Après le 4e recyclage on gagne méme 25 % d'activité.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'acide aromatique par mise en contact d'un halogénure 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 qu'on opère en milieu liquide biphasique.
2. 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 chlore ou le brome
- 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,
chlore, nitrile, alkyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl,
cycloalcoxy, alkylcarbonyloxy, 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.
3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que dans la formule (I) Ar représente un motif benzénique ou diphényléther.
4. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que dans la formule (I) R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro, chloro, nitrile, alkyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl, cycloalcoxy, alkylcarbonyloxy, 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.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que parmi les composés de formule (I) on utilise le parabromodiphényléther et le dibromo 4 '4-diphényléther.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le catalyseur est constitué par du palladium métallique ou un dérivé du palladium.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 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 5 à 10 1.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 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 1 à 10 000.
9. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la base azotée tertiaire est la triéthylamine.
10. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température réactionnelle est comprise entre 100 et 2500C.
11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on ajoute un solvant choisi parmi les hydrocarbures aliphatiques, cycloaliphatiques, aromatiques, les esters benzyliques et les éthers aromatiques.
12. Procédé de recyclage du système catalytique selon la revendication 1 caractérisé en ce que après la réaction on retire la phase aqueuse contenant l'acide formé et on réalimente le réacteur en halogénure aromatique en base et en eau.
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