FR2964964A1 - Procede de synthese de composes beta-dicarbonyles - Google Patents
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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'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 générateur 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
1 La présente invention a pour objet un procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés 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. 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 rai- son 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 oeuvre 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 forma-30 tion de béta-dicétones et d'alcools. Elle est classiquement mise en oeuvre dans un réacteur dans lequel on introduit l'ester, la base, en règle générale constituée par un alcoolate et le cas échéant un solvant. Après avoir chauffé le mélange à reflux, la cétone est intro- 35 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.
2 Un complément en solvant peut éventuellement être ajouté en cours de réaction. Après achèvement de l'addition de 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 « Preparation of 1, 3 diketones by the Claisen Reaction » qui décrit cette réaction en détail avec des rapports cé- tone/ester variant de 0,1 à 1. Selon cet article, on met en oeuvre 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 méthyle ; les bases utilisées sont quant à elles soit le sodium métallique soit l'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. MAN, Frederic 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 méthyle, en l'absence de solvant et en présence d'une base divalente : la chaux vive.
3 La cétone, l'ester et la chaux ont été introduits conjointe-ment 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 %. io Pour obtenir les titres les plus élevés il a été nécessaire de mettre en oeuvre 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 15 valence de la base mise en oeuvre ait été égale à 2, une seule de ces valences a été utilisée pour la réaction. Selon le document EP0507013A1 (Witco) datant de 1991 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. 20 Cette publication concerne principalement la synthèse du dibenzoylméthane qui est connue pour correspondre à une réaction extrêmement favorable, ce bien que quelques exemples concernent égale-ment la synthèse de molécules relativement proche ; en particulier un exemple concerne la synthése du stearoylbenzoylméthane pour laquelle le 25 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 dif- 30 férentes, ce titre a fortement baissé et s'est effondré à 67 % pour le benzoyl-p-benzoylméthane et à 63 % pour le benzoyl 3,5 dimethylbenzoylmethane. Il a enfin également été proposé selon le document US5344992 (Ciba) datant de 1994 d'effectuer la réaction en présence de 35 solvants, principalement de DMSO (diméthyl sulfoxide) avec d'autres co- solvants comme le tetréhydrofurane ou le diéthylène glycol diméthyl éther, 4 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 5 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 totale-ment maitrisée et la dispersion des titres est extrêmement importante. 10 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 %. 15 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 20 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 ob-25 tenir 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 pro-duit pour obtenir un produit pur à 95 %. Compte tenu de ce qui précède le procédé de synthèse clas- 30 Bique des béta-dicétones par condensation de Claisen entraine donc une perte importante de produit, un surcoût économique et un surcoût écologique. La présente invention à pour objet de remédier à ces incon- vénients en proposant un procédé de synthèse de composés béta- 35 dicarbonylés en particulier de béta-dicétones par condensation de Claisen permettant d'augmenter significativement le titre de la réaction et la pure- té du produit final, et en particulier permettant d'obtenir un titre de plus de 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 ainsi particulièrement avantageux tant d'un point de vue économique que d'un point de 5 vue écologique. Selon l'invention, 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 particulier au moins une cétone et 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 R1, 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 chaine aliphatique d'un ou plusieurs groupes de formule : -0-, -CO-O-, -CO- , et pouvant comporter un hétéroatome d'oxygène ou d'azote, et R1 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. 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'un générateur de micro-ondes, ainsi que d'un système d'agitation, - on introduit un premier composé carbonylé en particulier l'ester et la base forte dans le réacteur de synthèse, sous agitation, - on chauffe ce réacteur et on met le condenseur en marche,
6 - on met le générateur 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 en particulier la cétone dans le réacteur, et - après un temps d'attente on arrête le réacteur et on acidifie et lave le mélange réactionnel. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, on équipe le réacteur de synthèse d'une boucle de recirculation munie d'une pompe de recirculation ainsi que du générateur de micro-ondes.
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 11 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 et la cétone est en excès molaire par rapport à l'ester. Il s'agit là d'un avantage essentiel du procédé conforme à l'invention par rapport aux procédés classiques de synthèse 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.
7 En effet, dans le cas contraire la cétone en excès provoque de nombreuses réactions parasites, qui font drastiquement chuter la pure-té du produit final et exigent la mise en oeuvre 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'entrainant 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 économique supplémentaire lié à l'utilisation d'un excès de cétone par rapport à l'ester. 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 ab- solue, 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 de- vant être synthétisées, la température de la réaction peut être située dans une plage allant de 60 ° C à 180 °C, de préférence dans une plage allant de 90°Cà140°C.
8 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. La caractéristique essentielle du procédé conforme à l'invention est toutefois liée à l'utilisation d'un générateur de micro-ondes. Une telle utilisation permet en effet de diminuer drastique-ment 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, ainsi que le titre qui peut atteindre au moins 95 %. 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. Il est à noter qu'il a déjà été proposé d'utiliser les micro-ondes pour accélérer les cinétiques des réactions chimiques qui sont sou-vent fonction de la température du milieu réactionnel. Toutefois, une importante augmentation des temps réac- tionnels 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 réellement observé est lié au fait de pouvoir chauffer le milieu réactionnel plus rapide- ment. Or, selon le procédé conforme à l'invention, l'utilisation des micro-ondes permet, de manière surprenante de favoriser dans une large mesure la synthèse des composés béta-dicarbonylés en particulier des béta-dicétones par condensation de Claisen sans nécessiter une augmenta- tion drastique de la pression. Dans le cadre de ce procédé, 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 vibrationnel des micro-ondes.
Dans le procédé classique, le chauffage du mélange 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
9 sorte qu'il existe un gradient de température important entre le fluide si-tué 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. De plus une augmentation de la production nécessite une augmentation du volume des réacteurs de synthèse qui est proportionnel au cube du diamètre de ces réacteurs alors que leur surface n'augmente qu'en fonction du carré de ce diamètre.
Par suite, pour maintenir un apport calorifique suffisant, il est nécessaire d'augmenter le temps de réaction, ce qui va à l'encontre des gains de productivité, ou de chauffer plus fortement en augmentant le gradient de température, ce qui augmente les réactions parasites et diminue le titre de la réaction.
Dans le cas des micro-ondes, le mode de chauffage du mélange réactionnel est totalement différent dans la mesure où l'énergie est apportée au coeur de ce mélange et où la température au niveau du point de chauffage n'est que très légèrement supérieure à la température 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 et en particulier supérieur à 95 %. Le second mode d'action des micro-ondes est consécutif à leur effet vibrationnel : en effet, les complexes activés polaires intermé- diaires 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 micro-ondes ont un effet stabilisateur sur ces complexes intermédiaires dont il abaissent l'énergie, permettant ainsi d'améliorer la cinétique de la réaction, mais ont un effet moindre sur les réactions parasites. Il s'agit donc là encore d'un effet positif qui est également de nature à diminuer les temps réactionnels. Les caractéristiques et avantages du procédé conforme à 35 l'invention, liés en particulier à l'utilisation des micro-ondes apparaitront plus clairement en se référant aux exemples ci-dessous :
10 Exemple 1 : Synthèse du StéaroylBenzoylMéthane (SBM) 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 ébullition 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 réactionnelle en SBM est de 30.3 kg/h/m3. Exemple 2 : 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 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.
11 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 intro- duits, 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 chromatographie gazeuse montre que la transformation de l'acétophénone est qua- si-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 con-forme 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
12 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 con-forme 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 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 13 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 5 la transformation de l'acétophénone est quasi-totale 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 10 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 15 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 xylène, 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 inerté par un léger flux d'azote en continu. Le mélange est 20 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 25 tout ce temps le méthanol et l'éthanol produits sont soustraits 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 30 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. 35 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
14 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 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 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 110.3 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. 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, 178.81 g de stéarate de méthyle fondu et 34.02 g de méthylate de sodium en poudre. Une fois les réactifs intro- duits, 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. 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 15 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 5 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 (PBM) par le procédé conforme à l'invention. 10 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 15 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 20 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 25 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%. 30 La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en PBM est de 168.4 kg/h/m3. Exemple 10 : Synthèse du MyristoylBenzoylMéthane (MBM) par le procédé conforme à l'invention. Le montage expérimental est constitué d'un réacteur classique de génie 35 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
16 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 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 15 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 11 : Synthèse du LauroylBenzoylMéthane (LBM) par le procédé 20 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 25 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 30 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 méthanol produit est soustrait du milieu réactionnel. Au 35 bout des 15 minutes de finition, le générateur de micro-onde est arrêté, le chauffage également et le mélange est acidifié puis lavé. 17 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 5 142.5 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 10 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, 111.58 g de décanoate de méthyle et 15 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. 20 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. 25 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. 30 Exemple 13 : Synthèse du Benzoyl p-MethylBenzoylMéthane (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. Il est surmonté d'une colonne de séparation munie d'un 35 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.
18 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 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 BpMBM est de 98.8%.
La productivité obtenue pendant la phase réactionnelle en BpMBM est de 112.9 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 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 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 119.2 kg/h/m3.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1 °) Procédé de synthèse de composés béta-dicarbonylés 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 condensa- tion de Claisen avec un titre supérieur à 95 % en particulier de bétadicétones 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 R1, 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 car- bone, 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 chaine aliphatique d'un ou plusieurs groupes de formule : -0-, -CO-O-, -CO- , et pouvant comporter un hétéroatome d'oxygène ou d'azote, et R1 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 enveloppe (2) surmonté d'une colonne de séparation (5) munie d'un condenseur (7) avec un reflux variable contrôlé par la température dans cette colonne et équipé d'un générateur de micro-ondes (13), ainsi que d'un système d'agitation (3), - on introduit un premier composé carbonylé en particulier de l'ester 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 générateur 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 en particulier la cétone dans le réacteur (1), et 20 30 21 - 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 l'on équipe le réacteur de synthèse (1) d'une boucle de recirculation (11) munie d'une pompe de recirculation (12) ainsi que d'un générateur de micro-ondes (13). 3°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les composés carbonylés sont constitués par au moins une cétone et au moins un ester, et la cétone est en excès molaire par rapport à l'ester. 4°) Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que l'acide conjugué de la base forte est volatil dans les conditions réactionnelles. 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la base forte est un alcoolate, notamment un alcoolate de sodium et en particulier le méthylate de sodium. 25 6°) Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que la température de la réaction est située dans une plage allant de 60 ° C à 180 ° C, de préférence dans une plage allant de 90 ° C à 140 ° C. 7°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la réaction est mise en oeuvre en l'absence de solvant. 35 8°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 22 la réaction est mise en oeuvre en présence d'un solvant pur ou en mélange notamment d'un solvant contenant un noyau aromatique. 9°) Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 8, caractérisé en ce que l'on maintient un léger flux d'azote dans le réacteur de synthèse (1) pendant la totalité de la réaction. lo
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Effective date: 20150529 |