FR2612179A1 - Procede de fabrication du 2-tert-butyl-4-methoxyphenol - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET UN PROCEDE POUR LA FABRICATION DU 2-TERT-BUTYL-4-METHOXYPHENOL BHA PRATIQUEMENT PUR. SELON L'INVENTION ON FAIT REAGIR LE 4-BROMO-2-TERT-BUTYLPHENOL AVEC UN METHYLATE DANS UN SOLVANT ORGANIQUE EN PRESENCE D'UN CATALYSEUR ET D'UN FORMAMIDE. APPLICATIONS : LE PROCEDE SELON L'INVENTION PERMET D'OBTENIR AVEC UN RENDEMENT ELEVE L'ISOMERE 2 PRATIQUEMENT PUR ET SUPPRIME LE BESOIN DE SEPARER LES ISOMERES 2 ET 3.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la fabri-

cation du 2-tert-butyl-4-méthoxyphénol.

Le 2-tert-butyl-4-méthoxyphénol, ci-après dénommé BHA (hydroxyanisole butylé) est un conservateur bien connu pour les

produits alimentaires. Le procédé couramment utilisé pour sa fabri-

cation consiste à méthyler l'hydroquinone pour obtenir le 4-

méthoxyphénol que l'on fait ensuite réagir avec l'isobutylène pour

donner le BHA. Ce procédé, cependant, présente plusieurs inconvé-

nients. Dans la première réaction, la diméthylation de l'hydro-.

quinone se nroduit également, conduisant à un sous-produit indési-

rable. La seconde réaction, à savoir la butylation du 4-methoxy-

phénoL, n'est pas sélective, conduisant à un mélange de 2 et 3-

tert-butyl4-méthoxyphénols isomères, notamment un méLange de 70 %

de l'isomère 2 et 30 % de l'isomère 3.

La séparation des isomères 2 et 3-BHA est coûteuse et tres difficile puisque La purification de l'isomère 2 est mise en oeuvre par cristallisation multiple. En outre, le BHA doit contenir au moins 85 % de l'isomère 2; les produits disponibles dans Le commerce sont vendus avec une teneur de l'isomère 2 de 90-93 %. Il est donc nettement souhaitable de disposer d'un procédé permettant de récupérer l'isomère 2-BHA utile avec un rendement éLevé et une

pureté élevée.

Un objet de la présente invention est de proposer un pro-

cédé simple et économique permettant de fabriquer l'isomère 2-BHA

pratiquement pur.

Le procédé de fabrication du 2-tert-butyl-4-methoxyphénol

est caractérisé en ce que l'on fait réagir le 4-bromo-2-tert-butyl-

phénol avec un méthylate dans un solvant organique en présence d'un

catalyseur et d'L- formamide.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le formamide est le N,N-diméthylformamide. Selon un autre mode de

mise en oeuvre préféré de l'invention le formamide est la 4-formyl-

morpholine. La teneur en formamide dans le méLange de réaction peut varier entre 1,5 et 40 % en volume du 4-bromo-2-tert-butylphénol et elle est de préférence comprise entre 10 et 20 %. Comme il sera

26 12179

évident pour l'homme de l'art, cette teneur en formamide est très faible par rapport aux procédés décrits précédemment utilisant par exemple le diméthylformamide, qui nécessitent plusieurs volumes de

DMF par volume de réactifs. Par exemple, le brevet des E.U.A.

n 4 218 567 concerne la méthoxylation de composés aromatiques bromés en présence de sels de cuivre et de DMF avec CH30Na. Les quantités de DMF utilisées sont très élevées, par exemple 312 ml de DMF pour 165 g de 3,5dibromo-4-hydroxybenzaldéhyde (exemple 2) et

450 ml de DMF pour 214,4 g de 3-méthoxy-4-hydroxy-5-bromo-

benzaldéhyde (exemple 4). La faible quantité de formamide néces-

saire dans le procédé de l'invention est un autre avantage considé-

rable de L'invention.

SeLon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le catalyseur est choisi parmi:

(a) un système catalytique comprenant un mélange de cuivre, de bro-

mure cuivreux, de bronze et d'iodure de potassium; et (b) un système catalytique comprenant un mélange d'hydroxycarbonate

de cuivre et de sulfite de sodium.

Le catalyseur le plus apprécié est le système catalytique

(a). Lorsque l'on utilise le catalyseur (a) cité ci-dessus, il com-

prend avantageusement, en pour-cent en poids du 4-bromo-2-tert-

butylphénol, (1) environ 0,5 à 1 % de Cu, de préférence environ 0,5 %; (2) environ 0,9 à 3,6 % de CuBr, de préférence environ 1,8 %; (3) environ 0, 25 à 1 % de bronze, de préférence environ 0,6 %; et

(4) environ 0,25 à 1 % de KI, de préférence environ 0,6 %.

Lorsque l'on souhaite opérer avec le catalyseur (b) cité ci-dessus, une composition préférée comprend, en pour-cent en poids du 4-bromo-2-tertbutylphénol: (1) environ 1,0 à 5 % de CuCO3Cu(OH)2, de préférence environ 2 à 3 %; et

(2) environ 2 à 10 % de sulfite de sodium, de préférence 4 à 6 %.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le méthylate est le méthylate de sodium et le solvant est le méthanol. Le méthanol utilisé doit être sensiblement exempt d'eau et de préférence doit contenir moins de 0,1 % d'eau. D'autres

2 6 1 2 1 7 9

méthylates tels que le méthylate de potassium, peuvent être uti-

lisés dans le procédé de l'invention, mais le méthylate de sodium

est préféré pour des raisons pratiques.

La réaction est de préférence mise en oeuvre à une tempé-

rature comprise entre environ 70 C et la température de reflux du mélange de réaction (environ 100-110 C). Lorsqu'on utilise le méthanol comme solvant, la température de réaction préférée est

dans la gamme d'environ 90 à 95 C.

Comme on l'a indiqué, le procédé de l'invention donne du 2-tert-butyl-4méthoxyphénol pratiquement pur (pureté > 99 %). Même avarnt le traitement, on obtient des puretés aussi élevées que 98-99 %de BHA. Ce BHA de haute pureté fait également partie de l'invention. Lorsque l'on opère selon Le procédé de l'invention, avec le catalyseur (a) préféré, on peut obtenir en une étape de réaction des rendements de 90 % ou plus. En outre, lorsqu'on opère avec le catalyseur (a), le BHA résultant n'est pas contaminé par du brome résiduel. On ne trouve pas de traces de brome dans le BHA ainsi obtenu, dans l'analyse par les rayons X et par GC-MS. Ceci est bien

entendu un avantage de ce catalyseur préféré.

Les exemples suivants illustrent l'invention sans toute-

fois en limiter la portée.

Exemple 1

Dans un ballon de 3 l à quatre tubulures contenant 1350 g d'une solution à 30 % de CH30Na dans CH30H (teneur en CH30Na 7,5 mol), on ajoute 696 g (3,04 mol) de 4-bromo-2-tert-butylphénol, ,5 g de CuCO3,Cu(OH)2, 1/2H20 anhydre, 25,5 g de Na2SO3 anhydre et 10 ml de diméthylformamide. On chauffe le mélange en atmosphère d'azote, on distille le méthanol pendant 4 h 1/2 à une température du ballon de 85-950C et on recueille 1 050 ml de méthanol. On ajoute 400 ml d'eau distillée au mélange restant dans le ballon. La réaction exothermique élève la température à 75 0C. Une nouvelle distillation du mélange eau-méthanol donne encore 350 ml de méthanol humide. On neutralise le mélange de réaction à PH 7 par 470 mL d'une solution de HBr à 48 % à une température de 70-75-C. A la fin de l'étape de neutralisation, on ajoute 100 ml de toluène,

on refroidit le méLange à 55 C et on sépare le cuivre par filtra-

tion. On lave Le tourteau de filtration alternativement par des portions de toluene et d'eau, jusqu'à un total de 100 mL d'eau et 150 ml de toluène. Après filtration et lavage, on sépare les couches organique et aqueuse et on extrait la couche aqueuse par trois portions de 100 ml de toluène. On combine ensuite tous les extraits toluéniques et on évapore le toluène dans un évaporateur rotatif. On obtient 561 g de produit brut que L'on traite par 90 ml d'une solution aqueuse à 50 % d'hydrazine pendant 30 min à 70 C. On distille ensuite la solution d'hydrazine & 120 C/25 mmHg (33,5 hPa). On continue la distillation sous pression réduite (1-2 mmrHg = 1,34-2,68 hPa) à une température du ballon de 110- 180 C et une température de tête de colonne de 98-135 C. On obtient 456 g

(rendement 85 %) de BHA d'une pureté de 99,4 %.

On effectue des analyses par chromatographie gazeuse (G.C.) avec une colonne de verre du type 1 % SP 1240DA, 0,9 m, 2 mm. Température (1) = 100 C; température (2) = 150 C; retenue ou "hold" (1) = O; retenue ou "hold" (2) = 8; injecteur = 230 C; détecteur = 230 C; vitesse = 10 C/min. Les temps de rétention (min) sont les suivants: phénol: 1,8; 2-tertbutylphénol: 2,9; 4-méthoxyphénol: 3,9; BHA: 5,8 et 4-bromo-2-tertbutylphénol: 6,8.

Résultats de G.C. après 4 h 1/2 de réaction, avant trai-

tement: 99,1 % de BHA; 0,2 % de phénol: 0,6 % de 2-tert-butyl-

phénol; 0,1 % de 4-méthoxyphénol.

Exemple 2

Dans un ballon de 1 l à quatre tubulures contenant 540 g d'une solution à 30 % de CH30Na dans CH30H (3 mol de CH30Na), on ajoute 232 g (1,0 mol) de 4-bromo-2-tert-butylphénol, 1,2 g de poudre de cuivre, 4,2 g de bromure cuivreux, 1,4 g de poudre de bronze (pré-activée dans une solution à 1 % d'iode dans l'acétone

et lavée par l'acide chlorhydrique dilué, selon A.I. Vogel.

"Practical Organic Chemistry", 4e édition, p. 285), 1,4 g de KI et ml de diméthylformamide. On chauffe le méLange sous atmosphère d'azcte et on distille le méthanol pendant 4 h à une température du ballon de 85-96 C; on recueille 375 rL de méthanol. On ajoute

ml d'eau distillée au méLange restant dans le ballon. La réac-

tion exothermique éLève la température à 750C. Une nouvelle distil-

Lation du mélange eau-méthanol donne encore 200 ml de distillat. On neutralise le milieu de réaction à oH 7 par 170 ml d'une solution

de HBr à 48 % à une temoérature de 70-75 C. Après La neutralisa-

tion, on ajoute 50 ml de toluène, on refroidit le mélange à 55 C et

on sécare le cuivre par filtration. On lave le tourteau de filtra-

tion alterrativement par des portions de toluène et d'eau, jusqu'à un total de 40 m[ d'eau et 120 ml de toluene. A La fin des étapes de filtration et de lavage, on sépare les coucnes organique et aqueuse et on extract La couche aqueuse par trois portions de 40 ml de tcuëne. On réunit ensuite tous Les extraits toLuéniques et on distilLe le toluène dans un évaporateur rotatif. On obtient 187,3 g de product brut que l'on distilLe sous pression réduite (1-2 rmHg = 1,34-2,68 hPa) a une température du ballon de 96-1800 C et une température de tête de colonne de 92-120 C; on obtient

167,5 g (rendement 92,4 %) de BHA d'une pureté de 99,3 %.

Résultats de G.C. à La fin de la réaction et avant le traitement: 98,9 % de BHA; 0,2 % de 2-tert-butylphénol; 0,8 % de 4-méthoxyphénoc.

ExempLe 3

En opérant comme à L'exempLe 2, mais en utilisant 540 g

d'une solution à 30 % de CH30Na dans CH30h, 232 g de.4-bromo-2-

tert-butyLphénol, 6,12 g de CuCO3,Cu(OH2),1/2H20 et 40 ml de diméthylformamide, on obtient 164,8 g (rendement 89 %) de BHA d'une

pureté de 97,2 %.

Résultats de G.C. après la fin de la réaction, avant le

traitement: 98,8 % de BHA, 0,3 % de phénol; 0,5 % de 2-tert-

butylphénol; 0,1 % de 4-méthoxyphénol.

Exemple 4

En opérant comme à l'exemple 2, mais en utilisant 540 g

d'une solution à 30 % de CH30Na dans CH30H, 232 g de 4-bromo-2-

26 12179

tert-butylphénol, 10,7 g de Cu(OOCCH3)2,H20 et 40 ml de diméthyl-

formamide, on obtient 160 9 (rendement 86 %) de BHA d'une pureté de

96,8 %.

Résultats de G.C. après la fin de la réaction, avant le

traitement: 98,3 % de BHA; 0,3 % de phénol; 0,55 % de 2-tert-

butylphénol; 0,5 % de 4-méthoxyphénol.

Exemple 5

En opérant comme à l'exemple 1, mais en utilisant 5,7 g de 4-bromc-tertbutylDher.roL, 12 g d'une solution à 30 % de CH30ONa

dans CH30H, 0,06 g de Cu, 0,21 g de CuBr et 3 ml de 4-formylmorpho-

Line au Lieu de diméthylformamide, la réaction est terminée en 6 h

à une température de réaction de 85-90 C.

Résultats de G.C. après la fin de la réaction, avant le

traitement: 96,2 % de BHA; 0,6 % de phénol; 1,1 % de 4-bromo-2-

tert-butyLphénol; 1,1 % de 4-méthoxyphénol.

Exemple 6

En opérant comme à l'exemple 2, mais en utilisant 540 g

d'une solution à 30 % de CH30Na dans CH30H, 232 g de 4-bromo-2-

tert-butylphénol, 6,12 g de CuCO3,Cu(OH)2,1/2H20, 13 g de Na2SO3 et ml de diméthylformamide, on obtient 162,4 g (rendement 85 %) de

BHA d'une pureté de 98 %.

Résultats de G.C. après la fin de la réaction, avant le

traitement: 98,8 % de BHA, 0,3 % de phénol, 0,5 % de 2-tert-butyl-

phénol, 0,2 % de 4-méthoxyphénol.

Il est entendu que l'invention n'est nullement limitée aux modes de mise en oeuvre préférés décrits ci-dessus et que

l'homme de l'art peut apporter diverses modifications dans la réa-

lisationdu procédé de l'invention. Par exemple, on peut utiliser

des catalyseurs ou systèmes catalytiques différents et des tempéra-

tures de réaction plus basses ou des réactifs ou des proportions différents ou comparables, sans toutefois s'écarter du cadre et de

l'esprit de l'invention.

REVEL;DICATIOtS

1. Procédé pour La fabrication du 2-tert-butyl-4-méthoxy-

phéenol, caractérisé en ce qu'on fait réagir le 4-bromo-2-tert-

OS butyl-phénoi avec un méthyLate dans un solvant organique en pré-

sence d'un catalyseur et d'un formamide.

2. Prccédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que Le formamide est le N,N-diméthylformamide.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

oue le formam-de est la 4-formylmorpholir.e.

4. Pccede selon La revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la teneur en formamide est comprise entre 1,5 et 40 % en volume du 4-bromo-2-tertbutylphénol, de préférence ertre 10 et %.

5. Procédé selon L'une quelconcue des revendications 1 à

4, caractérisé en ce cue le catalyseur est choisi parmi:

(a) ur système catalytique comprenant un mélange de cuivre, de bro-

mure cuivreux, de bronze et d'iodure de potassium; et (b) un système catalytioue comprenant un méLange d'hydroxycarbonate

ce cuivre et de sulfite de sodium.

6. Procédé selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5,

caractérisé er. ce que le catalyseur est le système catalytique (a).

7. Procédé selon La revendication 6, caractérisé en ce

que le catalyseur (a) comprend, en pour-cent en poids dou 4-bromo-2-

tert-butylphénol: (1) environ 0,5 à 1 % de Cu, de préférence environ 0,5 %; (2) environ 0,9 à 3,6 % de CuBr, de préférence environ 1,8 %; (3) environ 0,25 à 1 % de bronze, de préférence environ 0,6 %; et

(4) environ 0,25 à 1 % de KI, de préférence environ 0,6 %.

8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce

que le catalyseur (b) comprend, en pour-cent en poids du 4-bromo-

2-tert-butylphénol: (1) environ 1,0 à 5 % de CuCO Cu(OH)2, de préférence environ 2 à 3 %; et (2) environ 2 à 10 % de sulfite de sodium, de préférence environ 4 à6 %.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

8, caractérisé en ce que le méthylate est le méthylate de sodium.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à

9, caractérisé en ce que le solvant est le méthanol.

11. Procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à

, caracterisé en ce que la réaction est mise en oeuvre à une tem-

pérature comprise entre environ 70 C et la température de reflux du

mélange de réaction.

12. Le 2-tert-butyl-4-méthoxyphénol pratiquement pur, caractérisé en ce ou'il est préparé par le procédé selon l'une

queLconque des revendications 1 à 11.