FR2617197A1 - Cellule d'electrolyse a electrodes bipolaires consommables - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une cellule d'électrolyse à électrodes bipolaires consommables. Ces électrodes, de préférence des cylindres de révolution métalliques, sont consommées au cours de l'électrolyse. Le système d'électrodes bipolaires est constitué d'une plaque de base 3 fixe sur laquelle repose un empilement constitué de blocs 6 conducteurs perforés, d'un bloc 7 conducteur non perforé terminant l'empilement et de séparateurs 8 isolants, perméables aux électrolytes, n'ayant que des contacts quasi ponctuels et/ou linéaires avec les blocs 6-7 qu'ils séparent d'un écart constant. Les blocs 6-7 et les séparateurs 8 reposent les uns sur les autres sous l'effet de leur propre poids. En cours d'électrolyse, la hauteur de l'empilement diminue progressivement, mais l'écart interélectrodes reste constant. Les moyens pour amener le courant aux électrodes rendent possible ce déplacement. La cellule renferme un moyen 9 pour amener l'électrolyte dans le trou 10 formé dans l'empilement par les perforations des blocs 6. Une telle cellule équipée d'anodes consommables constituées d'un métal réducteur permet notamment l'électrosynthèse en milieu organique, d'acides carboxyliques, d'alcools, de cétones, d'aldéhydes, d'arylalkylphosphines tertiaires par réduction électrochimique d'halogénures organiques.

Description

Cellule d'électrolyse à électrodes bipolaires consommables
La présente invention concerne une cellule d'électrolyse pour la mise en oeuvre de procédés électrochimiques durant lesquels au moins l'une des électrodes appelée électrode consommable", est consommée au cours de l'électrolyse par la réaction électrochimique dont elle est le siège.

Les procédés électrochimiques concernés peuvent être aussi bien mis en oeuvre en milieu aqueux qu'en milieu organique comme c'est le cas par exemple pour l'électrosynthèse de composés organiques ou organométalliques.

La présente invention concerne également un procédé d'électrosynthèse, en milieu solvant organique, d'acides carboxyliques, d'alcools, de cétones ou d'aldéhydes par réduction électrochimique d'halogénures organiques, mis en oeuvre dans une telle cellule.

La mise en oeuvre de procédés électrochimiques durant lesquels au moins l'une des électrodes est consommée se heurte à de délicats problèmes techniques, surtout lorsque l'électrolyte est peu conducteur comme c'est souvent le cas des solvants organiques. Ces problèmes sont liés à la difficulté - de maintenir constant, dans l'espace et dans le temps, l'écart inter-électrodes, - de maintenir cet écart faible (quelques millimètres en milieu organique), - de remplacer, de préférence en continu, l'électrode consommable au fur et à mesure de sa consommation.

FR 2 586 710, dont la Demanderesse est titulaire, décrit une cellule d'électrolyse pour l'électrosynthèse, en milieu organique, de composés organiques ou organométalliques comportant 2 électrodes dont seule l'une est consommable. L'électrode non consommable a une forme diédrique ou cônique ; l'électrode consommable, de même forme que l'électrode non consommable, est constituée d'au moins un bloc métallique massif et s'applique sous l'effet de son propre poids contre l'autre. électrode dont elle est séparée par un matériau électriquement isolant, perméable à l'électrolyte et dont la forme et les dimensions permettent aux surfaces actives des 2 électrodes de rester parallèles au cours de l'électrosynthèse.

Malgré les nombreux avantages que cette cellule présente comparativement aux autres cellules connues1 son utilisation est cependant problématique lorsqu'on souhaite utiliser des électrodes de grande taille. Ces problèmes sont-liés à la résistance mécanique des électrodes de grande surface, à la distribution de l'électrolyte sur toute la surface de l'électrode, aux pertes de charge importantes pour la circulation de l'électrolyte sur des longueurs importantes entre les électrodes, à l'intensité importante du courant qui implique des problèmes pour la connection souple de l'électrode consommable, des problèmes de coût et des problèmes de sécurité des matériels électriques utilisés.

FR 2 586 710 décrit également l'utilisation d'une telle cellule pour l'électrosynthèse en milieu organique, d'acides carboxyliques, d'alcools, de cétones ou d'aldéhydes par réduction électrochimique d'halogénures organiques.

FR 2 566 434, FR 2 579 627 et FR 2 579 626 décrivent un procédé d'électrosynthèse à anode consommable respectivement d'acides car boxyliques, d'alcools, de cétones ou d'aldéhydes.

FR 2 298 615 et WENISCH, NOHE, HANNEBAUM, HORN, STROEZEL et DEGNER dans Electroorganic Synthesis Technologie, AIChE Symposium series, 1979, n- 185, Vol 15 pages 14-18 décrivent une cellule électrolytique à électrodes bipolaires non consommables. Cette cellule comprend une chambre à électrolytes non compartimentée, une plaque de base conductrice, une pile, reposant sur la plaque de base et ayant un trou central, de plaques d'épaisseur comprise entre 3 et 30 mm, séparées les unes des autres d'un intervalle compris entre 0,05 mm et 2 mm par des bandes isolantes d'épaisseur désirée, disposées radialement entre les plaques, hors du trou central ; Les 2 faces de ces bandes sont en contact avec les 2 plaques qu'elles séparent par l'intermédiaire de toute leur surface plane. La pile se termine par une plaque supérieure non perforée.

Les moyens d'amenée du courant électrique sont des connections rigides fixées à la chambre et/ou aux plaques d'extrêmité. Ces pla ques d'extremité sont raccordées par un dispositif rigide et fixe (boulons) ce qui permet de maintenir assemblée la pile de plaques.

Le matériau constituant les plaques doit être cathodiquement et anodiquement résistant. La conception de cette cellule ne permet pas qu'elle soit utilisée pour mettre en oeuvre des procédés au cours desquels une électrode est consommée et les auteurs indi quent d'ailleurs qu'elle ne doit pas être utilisée dans de tels procédés, ce qui est présenté comme étant un inconvénient limitant l'utilisation de cette cellule.

L'homme de métier, qui recherche une cellule améliorée pour mettre en oeuvre des procédés électrochimiques à électrode consommable, est donc plutôt dissuadé d'utiliser un tel système à électrodes bipolaires.

Pour parvenir à la solution objet de la présente invention, l'hom me de métier a dd non seulement vaincre ce préjugé, mais aussi réaliser une combinaison nouvelle de moyens connus coopérant, tels qu ils sont associés, en vue d'un résultat commun.

Selon la présente invention, la cellule d'électrolyse pour la mise en oeuvre de procédés électrochimiques dans lesquels au moins l'une des électrodes est consommée au cours de l'électrosynthèse, comprenant une chambre électrolytique non compartimentée, des électrodes séparées par un matériau électriquement isolant et perméable aux électrolytes, des moyens pour amener le courant électrique aux électrodes est caractérisée * en ce qu'elle contient un système d'électrodes bipolaires - constitué d'une plaque de base fixée à au moins une paroi de la chambre, . d'un empilement, reposant sur la plaque de base, de blocs conducteurs perforés ayant aa moins 2 faces planes, d'un bloc conducteur supérieur nbn perforé ayant au moins une face plane et terminant l'empilement, et de séparateurs électriquement isolants, perméables aux électrolytes, n'ayant que des contacts quasi ponctuels et/ou linéaires avec les faces planes des blocs qu'ils séparent d'un écart constant, empilement dans lequel les séparateurs isolants et les blocs reposent, par gravité, les uns sur les autres, sous l'effet de leur propre poids sur la plaque de base, les blocs perforés étant empilés par l'intermédiaire de leurs 2 faces planes et le bloc supérieur non perforé reposant par l'intermédiaire de sa face plane - dans lequel au moins un des blocs est un bloc électrode métallique consommable * en ce que les moyens pour amener le courant électrique aux électrodes rendent possible le déplacement de l'empilement lors du fonctionnement de la cellule * et en ce qu'elle renferme un moyen pour amener l'électrolyte dans le trou formé dans l'empilement par les perforations des blocs.

Dans de nombreux cas l'électrode consommable est l'anode (oxydation anodique) comme c'est le cas des exemples qui vont suivrent mais parfois l'électrode consommable est la cathode comme c'est le cas pour l'électrosynthèse du plomb tetraméthyle en milieu acétonitrile à partir de bromure de méthyle avec cathode en plomb selon HP. ULERY, JECS, 116, 1201, 1969

La cellule selon la présente invention a comme avantage de pouvoir remédier aux inconvénients précités concernant la cellule décrite dans FR 2 586 710, puisque notamment le système à électrodes bipolaires, où chaque électrode est anode sur une face et cathode sur l'autre, permet une intensité beaucoup plus faible et des pertes de charges nettement plus faibles pour la circulation de l'élec- trolyte.

Selon une première variante de l'invention, les blocs perforés de l'empilement sont des cylindres perforés. De façon préférée, les 2 faces planes des cylindres perforés sont parallèles et ont même forme géométrique. De façon particulièrement préférée, les cylindres perforés sont des cylindres de révolution ayant le même diamètre et perforés par un trou central circulaire de même diamètre. Dans ce dernier cas, le bloc supérieur est de préférence un cylindre de révolution non perforé, de même diamètre que celui des autres cylindres de l'empilement.

La plaque de base est fixée à au moins une paroi de la chambre électrolytique ; Elle constitue donc ainsi un élément fixe sur lequel est édifié l'empilement, de bas en haut.

Selon une autre variante, le premier bloc conducteur perforé de l'empilement repose directement sur la plaque de base, c'est-à dire sans séparateur isolant intermédiaire. Dans ce cas, ce premier bloc est une électrode uniquement active par sa face supérieure. Elle est de préférence consommable. Le bloc conducteur supérieur non perforé est alors une électrode uniquement active par sa face inférieure. La plaque de base peut être conductrice ou isolante.

Selon une autre variante, le premier bloc conducteur perforé de l'empilement repose sur une plaque de base conductrice par l'in termédiaire d'un séparateur isolant. Dans ce cas la plaque de base conductrice est une électrode uniquement active par sa face supérieure et est de préférence non consommable. Le bloc conducteur supérieur non perforé repose directement sur le dernier bloc perforé de l'empilement qui est alors une électrode uniquement active par sa face inférieure.

Selon une autre variante, tous les blocs conducteurs perforés de l'empilement sont des électrodes consommables sur une de leurs 2 faces planes.

Selon une autre variante, plusieurs blocs conducteurs perforés de l'empilement, de même constitution ou de constitution différente, sont en contact et reposent directement les uns sur les autres, sans séparateur isolant intermédiaire. Ces blocs en contact constituent ainsi une électrode bipolaire. Cette variante permet d'une part d'utiliser des anodes et des cathodes de nature différente, et d'autre part de réutiliser les chutes d'électrodes usées en les associant avec des électrodes neuves.

Les blocs-électrodes bipolaires perforés de l'empilement ont une hauteur variable au cours de l'électrolyse puisque une des 2 faces planes est consommée. Cette hauteur est toutefois de préférence relativement importante, à savoir supérieure à 5 cm, mieux encore à 10 cm.

L'écart entre les divers blocs séparés par un séparateur isolant est de préférence compris entre 2 et 5 mn. Cet écart est bien entendu fixé par l'épaisseur du séparateur isolant.

De façon préférée, le moyen pour amener l'électrolyte dans le trou formé dans l'empilement par les perforations des blocs consiste en ce que la plaque de base est munie en son centre d'un passage pour l'introduction de l'électrolyte. Elle peut également renfermer le conduit d'amenée de l'électrolyte.

De façon préférée, le (ou les) bloc électrode métallique consommable est constitué en un métal choisi dans le groupe formé par le fer, le magnésium, le zinc, l'aluminium, le plomb, le nickel et leurs alliages, à savoir tout alliage contenant au moins un des six métaux précités. Le choix du métal dépend entre autres du composé que l'on veut synthétiser. On peut pour cela se reporter aux indications mentionnées dans FR 2 586 710.

Le (ou les) bloc électrode non consommable est constitué en un matériau conducteur ; De façon non limitative, on peut citer les métaux et alliages tels que ceux utilisés pour le bloc électrode consommable, les oxydes métalliques, le graphite. De façon préférée, on utilise l'acier inoxydable lorsque le bloc électrode non consommable est la cathode ; Lorsqu'un seul bloc est utilisé comme électrode bipolaire, on utilise évidemment un bloc de nature également compatible avec sa fonction d'électrode consommable.

Selon l'invention, les moyens pour amener le courant électrique aux électrodes doivent nécessairement rendre possible le déplacement de 1' empilement lors du fonctionnement de la cellule. Pour cela, on peut par exemple amener le courant au bloc supérieur non perforé de l'empilement à l'aide d'une connection souple, tresse de cables par exemple, maintenant le contact lorsque la hauteur de l'empilement diminue en cours d'électrolyse.

Selon une variante préférée de l'invention, les séparateurs isolants et les blocs constituant l'empilement reposent par gravité, les uns sur les autres, sous le seul effet de leur propre poids, sur la plaque de base.

Selon une autre variante, les séparateurs isolants et les blocs constituant l'empilement reposent les uns sur les autres sur la plaque de base sous l'effet d'une part de leur propre poids par gravité, et d'autre part d'une force appliquée de haut en bas sur le bloc supérieur, provoquée par exemple par un ressort ou une charge inerte reposant sur le bloc supérieur.

Selon l'invention, c'est le poids des électrodes et la géométrie des séparateurs isolants qui permet de maintenir un espace interélectrode constant au cours de l'électrolyse. Pour maintenir l'empilement et un fonctionnement optimal, il n'est notamment pas-nécessaire d'assembler et raccorder les blocs ou plaques extrêmes, comme par exemple par un système de fixation par boulons.

Selon l'invention, les séparateurs électriquement isolants sont perméables aux électrolytes et n'ont que des contacts quasi ponctuels et/ou linéaires avec les faces planes des blocs qu'ils séparent d'un écart constant. "Perméables aux électrolytes" signifie que les séparateurs peuvent laisser passer l'électrolyte avec un minimum de pertes de charges, aussi bien dans le sens longitudinal que dans une direction orthogonale par rapport aux faces planes qu'ils séparent.

La nécessité de contacts quasi ponctuels et/ou linéaires exclut des contacts "surfaciques", à deux dimensions, comme c'est le cas par exemple avec des bandes isolantes, en particulier celles décrites dans FR 2 298 615.

En cas de contacts "surfaciques", la surface de l'électrode consommable ne pourrait rester plane en cours d'électrolyse ; l'écart interélectrode ne. serait plus constant et on aboutirait rapidement à des perturbations redhibitoires.

Comme séparateurs isolants on peut par exemple utiliser des billes, des fils, des feutres rigides en matériau isolant ou une matière plastique.

De façon préférée, les séparateurs isolants sont constitués d'un grillage en matière plastique dont le maillage est constitué de 2 réseaux croisés de fils, fixés l'un à l'autre par exemple par soudure ou tissage des fils, la forme des fils étant telle que lorsque le grillage repose sur une surface plane, par l'intermédiaire de l'une quelconque de ses 2 faces, il n'a que des contacts quasi ponctuels et/ou linéaires avec cette surface plane. De façon particulièrement préférée, les fils ont soit une section circulaire ou elliptique, soit une section triangulaire avec contact des réseaux par un des côtés du triangle, soit une section semi circulaire ou semi elliptique avec contact des réseaux par la base plane. On peut aussi utiliser des fils à section carrée avec contact des réseaux par une arête, les arêtes opposées étant alors en contact avec la surface plane.

Dans les cas précités on obtient 45 contacts quasi linéaires avec les faces planes des électrodes. Ces contacts linéaires peuvent être, partiellement ou totalement, rendus quasi ponctuels ou discontinus par découpage des fils au niveau de ces contacts. On peut aussi n'obtenir que des contacts quasi ponctuels avec un grillage à picots de même épaisseur.

Bien entendu, le grillage doit avoir une résistance mécanique suffisante pour supporter la partie de l'empilement qui repose sur lui. Il faut également remarquer que le grillage n'a pas besoin d'être découpé dans sa partie centrale, au niveau du trou formé dans l'empilement par les perforations des blocs, puisque du fait d'un taux de vide élevé, il est suffisamment perméable à l'élec trolyte pour ne pas perturber sa circulation dans ce trou. Ce taux de vide élevé permet également une bonne circulation entre les électrodes, malgré le faible écart inter-électrodes.

La matière plastique constituant le grillage peut être par exemple en polypropylène, en polyéthylène ou en polytétrafluoroéthylène.

L'autonomie de fonctionnement de la cellule selon l'invention est très importante et le rajout de blocs électrodes est aisé et rapide.

La circulation de l'électrolyte peut être par exemple assurée à l'aide d'une pompe. Après passage entre les électrodes, l'électro- lyte est évacué de la cellule par un passage prévu à cet effet dans le couvercle.

En cours d'électrolyse la surface des électrodes consommables se dissout. La hauteur de l'empilement diminue donc progressivement mais l'écart inter-électrodes reste en permanence constant.

La cellule selon l'invention convient aussi bien pour un fonctionnement en continu que pour un fonctionnement intermittent.

Lors d'un fonctionnement en continu, la cellule est par exemple disposée dans un circuit dans lequel on ajoute en continu de l'électrolyte nouveau et duquel on soutire de l'électrolyte ayant réagi. Selon une autre variante, on fait passer l'électrolyte suc cess iv men4, à travers plusieurs cellules.

La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une cellule selon l'invention.

La figure 2 représente une coupe longitudinale de la même cellule après fonctionnement.

La figure 3 représente une vue en perspective du grillage en matière plastique utilisé dans la cellule selon l'invention représentée figure 1.

La figure 4 représente un schéma synoptique d'une installation complète d'électrolyse permettant le fonctionnement en continu de la cellule selon l'invention représentée figure 1.

La cellule d'électrolyse représentée aux figures 1 et 2 comprend une chambre 1 non compartimentée délimitée par une colonne 2 en verre pyrex qui est un élément de I m de hauteur et de diamètre nominal 150 mm (Pignat) sur lequel sont fixées 2 brides en polypropylène à chaque extrêmité constituant le fond 3 et le couvercle 4 de la cellule. L'assemblage est réalisé grâce à 2 contrebrides taraudées, vissées directement sur les extrémités filetées de la colonne de verre ; L'étanchéité est assurée par un joint téflonné 5 intercalé entre la portée plane de la colonne et la bride en polypropylène. Le tout est assemblé par 6 boulons en acier inoxydable à chaque extrêmité de la cellule.

La cellule contient un empilement, édifié de bas en haut sur la plaque de base constituée par le fond 3 de la cellule, de 4 blocs identiques en aluminium 6 perforés circulairement, ayant la forme d'un cylindre de révolution dont l'axe est confondu avec celui des perforations et avec celui de la colonne 2. Un bloc cylindrique 7 de révolution, plein, en acier inoxydable dont l'axe est confondu avec celui de la colonne 2, termine l'empilement.

Les blocs 6 et le bloc 7 ont tous 2 faces parallèles, planes, perpendiculaires à l'axe de ces blocs.

Les blocs 6 ont un diamètre de 138 mm et une hauteur initiale de 200 mn. Le diamètre de la perforation circulaire est de 32 mm.

Le diamètre du bloc 7 est également de 138 mn mais sa hauteur est de 50 mn.

Ces blocs sont séparés deux à deux à l'aide d'un grillage 8 en polypropylène tel que celui représenté figure 3. Il est constitué de 2 réseaux de fils parallèles A1, B1, C1, ... N1 d'une part et A2,
B2, C2, ... N2 d'autre part. Les fils de ces 2 réseaux sont cylindriques, de diamètre 1 mn. La distance entre les fils est de l'ordre de 1 cm. Les 2 réseaux sont superposés, croisés à angle droit et soudés aux points de contact des fils.

L'épaisseur de ce grillage 8 est de 2 mm. Les contacts entre le grillage 8 et les blocs 6 et 7 sont quasi linéaires.

Les blocs 6 et 7 ainsi que le grillage 8 reposent sous le seul effet de leur propre poids, par gravité, les uns sur les autres, sur la plaque de base 3 de la cellule qui est perforé en son centre d'un trou circulaire 9 de diamètre 32 mm, qui prolonge le trou 10 formé par les perforations des blocs 6 et qui permet d'amener l'é- lectrolyte dans ce trou.

Le couvercle 4 est perforé en son centre d'un trou 11, permettant l'évacuation de l'électrolyte de la cellule.

Une fiche en acier inoxydable traversant le fond 3 sert à amener le courant anodique au bloc 6 inférieur 6'.

Le bloc 7 est relié à la source de courant cathodique par l'intermédiaire d'une tresse de cables métalliques fixée par deux vis en acier inoxydable au niveau de leur extrêmité. La tresse métallique a une longueur telle que l'usure pratiquement complète des blocs 6 soit possible sans perturber l'amenée de courant. Les flèches en pointillés matérialisent le sens de circulation de l'électrolyte dans la cellule.

Les blocs 6 fonctionnent de manière bipolaire. L'électrolyte, à l'entrée de la cellule pénètre dans le trou central 10 et se répartit dans les espaces séparant chaque bloc, puis sort de la cel lule par le trou 11 après avoir contourné le bloc 7.

En imposant une différence de potentiel entre le bloc 6' en aluminium et le bloc 7 en acier inoxydable, chaque surface plane des blocs 6 mouillée par l'électrolyte se polarise.

La cellule ainsi réalisée est facilement et entièrement démontable.

Une installation complète permettant l'électrolyse en continu d'une solution est schématiquement représentée à la figure 4.

Elle est constitué d'un circuit fermé comprenant une cellule d'électrolyse 20 telle que celle représentée figures 1 et 2 et d'une alimentation électrique 21 60 V - 20 A fonctionnant à intensité constante et reliée aux électrodes extrêmes de la cellule 20. Le circuit est constitué de canalisations 22 en polypropylène, de diamètre intérieur 15 mm, reliant la cellule 20 à un réservoir de stockage 23 de l'électrolyte, en polyéthylène.

Ce réservoir 23 comporte un échangeur de chaleur 24 relié à un cryostat 25 afin de maintenir la température de l'ensemble de l'installation à une valeur proche de la température ambiante.

Pour éviter toute introduction d'eau et d'oxygène dans l'électrolyte, le réservoir 23 est en général balayé par un léger courant d'azote, durant l'électrolyse. Dans certains cas particuliers, on peut utiliser d'autre gaz, par exemple le C02 dans le cas de synthèses d'acides organiques (exemples 3 et 4).

L'électrolyte est véhiculé à l'intérieur de l'installation par une pompe centrifuge 26.

La présente invention est également relative à un procédé d'électrosynthèse, en milieu solvant organique, de composés organiques choisis dans le groupe constitué par les acides carboxyliques, les alcools, les cétones, les aldéhydes et les arylalkylphosphines tertiaires, par réduction électrochimique d'halogénures organiques mis en oeuvre dans une cellule selon l'invention. Au moins une anode est consommable et est en un métal choisi dans le groupe constitué par les métaux réducteurs et leurs alliages.

Selon une première variante, on réalise l'électrosynthèse d'acides carboxyliques par réduction électrochimique des halogénures organiques en présence de gaz carbonique ; Au moins une anode est consommable et est en un métal choisi dans le groupe constitué par le magnésium et ses alliages. Les conditions opératoires et les particularités de cette réaction sont décrites dans FR 2 586 710 et
FR 2 566 434.

Selon une deuxième variante, on réalise l'électrosynthèse d'alcools par réduction électrochimique d'halogénures organiques présentant un atome ou un groupement fonctionnel stabilisateur de carbanions fixé, au carbone porteur de l'halogène, en présence de dérivés carbonylés. Au moins une anode est consommable et est un métal choisi dans le groupe constitué par le magnésium, le zinc, l'aluminium et leurs alliages. Les conditions opératoires et les particularités de cette réaction sont décrites dans FR 2 586 710 et FR 2 579 627.

Selon une troisième variante, on réalise l'électrosynthèse de cétones ou d'aldéhydes par réduction électrochimique des halogénures organiques en présence d'acides organiques. Au moins une anode est consommable et est un métal choisi dans le groupe constitué par le magnésium, le zinc, l'aluminium et leurs alliages. Les conditions opératoires et les particularités de cette réaction sont décrites dans FR 2 586 710 et FR 2 579 626.

Selon une quatrième variante, on réalise l'électrosvnthèse d'arylalkylphosphines tertiaires par réduction électrochimique d'halogénures organiques aliphatiques en présence d'arylhalogénophosphones.

On entend par halogénure organique aliphatique un halogénure organique dont l'halogène n'est pas directement lié à un carbone d'un cycle aromatique.

De façon préférée, au moins une anode est consommable et est en un métal choisi dans le groupe constitué par le magnésium, le zinc, l'aluminium et leurs alliages.

Les conditions opératoires et les particularités de cette réaction sont décrites dans Tet. Lett. 1987, 28, p. 1885 par J.C. FOLEST,
J.Y. NEDELEC et J. PERICHON.

Les exemples suivants illustrent ltinvention sans la limiter.

Exemples 1 et 2 - Synthèse du diméthylbenzylcarbinol à partir de
chlorure de benzyle et d'acétone.

Exemple 1
L'installation utilisée est celle représentée schématiquement figure 4 ; La cellule intégrée dans cette installation est celle représentée figure 1.

L'électrolyte est une solution 0,5 M en chlorure de benzyle et 0,05 M en iodure de tétrabutylammonium (électrolyte indifférent) dans un mélange 80/20 acétone/diméthylformamide (DMF), pourcentages exprimés en poids.

L'électrolyse est conduite sous atmosphère d'azote, å 20-C, sous intensité constante de 7,5 A. La tension est voisine de 40 V.

Après passage d'une quantité de courant correspondant à 2 fois la quantité théorique, on constate la disparition de 85 8 du chlorure de benzoyle. Après arrêt de l'électrolyse, le diméthylbenzylcarbinol formé est isolé et identifié selon les méthodes habituelles bien connues de l'homme de métier. On hydrolyse tout d'abord la solution à l'aide d'une solution aqueuse de chlorure d'ammonium puis on extrait à l'éther. Après évaporation de l'éther, l'alcool brut a été purifié par distillation. L'alcool pur ainsi isolé (pureté vérifiée par COPS) est identifié par ses spectres IR et RMN.

Le rendement en diméthylbenzylcarbinol distillé ainsi obtenu est de 50.$ (pureté supérieure à 95 %).

Exemple 2
On utilise la meme installation et la même cellule que pour l'exemple 1 mais on interpose, entre la face cathodique (face inférieure) de chaque électrode et le grillage isolant un disque en feutre de nickel de diamètre 138 mm, de hauteur 2 mm et ayant uneperforation centrale circulaire de diamètre 32 mm. Dans les mêmes conditions que celles mises en oeuvre dans l'exemple 1 on constate que tout le chlorure de benzyle a été transformé et le rendement en diméthylbenzylcarbinol isolé pur est de 40 %.

Exemples 3 et 4 - Synthèse d'acide phénylacétique à partir de
chlorure de benzyle et de gaz carbonique.

Exemple 3
On utilise la même installation et la même cellule que pour l'exemple 1 mais les blocs 6 sont en magnésium au lieu d'aluminium et on utilise du CO2 au lieu de l'azote.

L'électrolyte est une solution de 2,5 kg de chlorure de benzyle dans 22,5 kg de DMF rendue conductrice par ajout de 200 g de bromure de tétrabutylammonium.

L'électrolyse est conduite sous atmosphère de gaz carbonique pendant 70 h avec un courant d'intensité constante de 5 A.

En fin d'électrolyse, l'acide phénylacétique formé est isolé et identifié selon les méthodes habituelles bien connues de l'homme de métier : extraction au dichlorométhane puis évaporation.

L'acide phénylacétique a été identifié par son point de fusion (76il) et par ses spectres IR et RMN. Le rendement obtenu en produit isolé est de 70 8 par rapport au chlorure de benzyle initial.

Les électrodes sont nettoyées, sèchées puis pesées. On constate une perte de poids pratiquement identique pour chaque électrode, ce qui confirme le bon fonctionnement du montage bipolaire. La perte de poids totale correspond à 115 % de la perte théorique selon la loi de Faraday.

Exemple 4
La synthèse décrite à l'exemple 3 est reproduite, mais chaque bloc en magnésium est remplacé par deux blocs en magnésium empilés l'un sur l'autre de même diamètre mais dont la hauteur est deux fois moindre.

On obtient les mêmes résultats que pour l'exemple 3.

Exemple 5 - Synthèse de benzylméthylcétone (phénylacétone) à par
tir de chlorure de benzyle et d'anhydride acétique.

On utilise la méme installation et la même cellule que pour l'exemple 1 mais les blocs 6 sont en magnésium au lieu d'aluminium.

L'électrolyte est une solution de 2,5 kg de chlorure de benzyle et de 10 kg d'anhydride acétique dans 15 kg de DMF rendue conductrice par ajout de 250 g de bromure de tétrabutylammonium.

Après 80 h d'électrolyse conduite sous un courant d'intensité constante 3 A, on évapore le DMF et on hydrolyse le résidu par HCl dilué chaud. On isole 1,2 kg de phénylacétone par extraction au chlorure de méthylène, dont 0,2 kg sous forme d'acétate d'énol. Le rendement est de 45 z par rapport au chlorure de benzyle de départ. L'identification des produits formés a été réalisée par spectrométries IR et RMN.

Exemple 6 - Synthèse de bis diphénylphosphinobutane à partir de
chlorodiphénylphosphine et de 1,4-dibromobutane.

On utilise la même installation et la même cellule que pour l'exemple 5. L'électrolyte est une solution de 3 kg de chlorodiphénylphosphine et de 1,5 kg de 1,4-dibromobutane dans 20 kg de
DMF, rendue conductrice par 200 g de bromure de tétrabutylammonium.

Après 51 h d'électrolyse conduite sous un courant d'intensité constante 4 A, on acidifie la solution à pH = 4 par HCl dilué et froid. Le précipité formé est filtré puis recristallisé dans le butanol. On obtient ainsi 1,1 kg de bis diphénylphosphinobutane pur identifié par son point de fusion et par polarographie.

Le rendement est de 38 % par rapport au chlorure de benzyle de départ.

Claims (10)

Revendications

1. Cellule d'électrolyse pour la mise en oeuvre de procédés électrochimiques dans lesquels au moins l'une des électrodes appelée électrode consommable, est consommée au cours de l'électrolyse comprenant une chambre électrolytique (1) non compartimentée, des électrodes (6-7) séparées par un matériau électriquement isolant .et perméable aux électrolytes, des moyens pour amener le courant électrique aux électrodes caractérisée * en ce qu'elle contient un système d'électrodes bipolaires - constitué d'une plaque de base (ss3) fixée à au moins une paroi de la chambre et d'un empilement, reposant sur la plaque de base (3), de blocs (6) conducteurs perforés ayant au moins 2 faces planes, d'un bloc (7) conducteur supérieur non perforé ayant au moins une face plane terminant l'empilement, et de séparateurs (8) électriquement isolants, perméables aux électrolytes, n' ayant que des contacts quasi ponctuels et/ou linéaires avec les faces planes des blocs (6-7) qu'ils séparent d'un écart constant, empilement dans lequel les séparateurs (8) isolants et les blocs (6-7) reposent, par gravité, les uns sur les autres, sous l'effet de leur propre poids, sur la plaque de base (3), les blocs perforés (6) étant empilés par l'intermédiaire de leurs 2 faces planes et le bloc (7) supérieur non perforé reposant par l'intermédiaire de sa face plane - dans lequel au moins un des blocs (6-7) est un bloc électrode métallique consommable * en ce que les moyens pour amener le courant électrique aux électrodes rendent possible le déplacement de l'empilement lors du fonctionnement de la cellule * et en ce qu'elle renferme un moyen (9) pour amener l'électrolyte dans le trou (10) formé dans l'empilement par les perforations des blocs (6).

2. Cellule d'électrolyse selon la revendication 1 caractérisée en ce que les blocs (6) perforés de l'empilement sont des cylindres de révolution ayant le même diamètre perforés par un trou coaxial circulaire de même diamètre.

3. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le bloc inférieur (6') de l'empilement repose directement sur la plaque de base (3).

4. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que tous les blocs (6) perforés de l'empilement sont des électrodes consommables.

5. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que plusieurs blocs (6) perforés de l'empilement, de même constitution ou de constitution différente, sont en contact et reposent directement les uns sur les autres.

6. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'écart entre les blocs (6-7) séparés'par un séparateur (8) isolant est compris entre 2 mm et 5 mn et en ce que la hauteur des blocs (6) perforés de l'empilement est supérieure à 5 cm, de préférence à 10 cm.

7. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la plaque de base (3) est munie en son centre d'une tubulure (9) d'introduction de l'électrolyte et en ce que le courant électrique est amené au bloc (7) supérieur non perforé de l'empilement à l'aide d'une connection souple.

8. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les séparateurs (8) isolants et les blocs (6-7) constituant l'empilement reposent par gravité, les uns sur les autres, sous le seul effet de leur propre poids sur la plaque de base (3).

9. Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les séparateurs (8) isolants sont constitués d'un grillage en matière plastique dont le maillage est constitué de 2 réseaux croisés de fils, fixés l'un à l'autre, la forme des fils étant telle que lorsque le grillage repose sur une surface plane par l'intermédiaire de l'une quelconque de ses 2 faces, il n'a que des contacts quasi ponctuels et/ou li néaires avec cette surface plane.

10. Procédé d'électrosynthèse en milieu solvant organique de composés organiques choisis dans le groupe constitué par les acides carboxyliques, les alcools, les cétones, les aldéhydes et les arylalkylphosphines tertiaires, par réduction électrochimique d'halogénures organiques dans une cellule d'électrolyse pourvue d'au moins une anode consommable en un métal choisi dans le groupe constitué par les métaux réducteurs et leurs alliages caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre dans une cellule selon l'une quelconque des revendications précédentes.