FR3099928A1 - Alcanes ramifiés et leur procédé de préparation - Google Patents

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Alcanes ramifiés et leur procédé de préparation La présente demande concerne des alcanes ramifiés comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, exempt d’alcane ramifié comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone, leur procédé de préparation et leurs utilisations. Figure pour l'abrégé : Néant

Description

Alcanes ramifiés et leur procédé de préparation
La présente invention concerne des alcanes ramifiés ou mélange d’isomères d’alcanes ramifiés comprenant n atomes de carbone, n représentant 16, 24 ou 32, ledit alcane ou mélange d’alcanes étant exempts d’alcane ramifié comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone.
Les alcanes ramifiés comprenant un nombre important d’atomes de carbone, notamment 16 atomes de carbone ou plus, ont des applications variées. Ils peuvent notamment comme ingrédients dans des formulations cosmétiques, dans les formulations agrochimiques, comme additifs plastifiants, lubrifiants, etc…dans des formulations appartenant à divers autres domaines d’applications
Cependant, ces composés sont généralement issus de ressources fossiles, notamment pétrole. En plus d’avoir un impact négatif sur l’environnement, l’utilisation de ressources fossiles, et notamment pétrole, aboutissent à des alcanes présentant des impuretés de type composés aromatiques. De plus, pour obtenir des alcanes supérieurs, notamment avec un nombre d’atomes de carbone au moins égale à 16, il est nécessaire notamment de passer par des réactions d’oligomérisation, ces réactions mènent à des mélanges d’oléfines puis à des mélanges d’alcanes (après hydrogénation des oléfines) comprenant n atomes de carbone qui présentent des impuretés en n-4 et n+4 atomes de carbone. De telles impuretés ne sont pas souhaitées puisqu’elles sont pour les n-4 trop volatiles et pour les n+4 trop visqueuses par rapport aux propriétés recherchées.
Il convient donc de pouvoir fournir des alcanes ramifiés supérieurs présentant notamment un taux d’impuretés moindre.
Un objectif de la présente invention est par conséquent de fournir des alcanes ramifiés supérieurs, notamment comprenant 16, 24, 32, 40 ou 48 atomes de carbone.
Un autre objectif de la présente invention est de fournir de tels alcanes présentant un taux d’impuretés moindre.
Un autre objectif de la présente invention est également de fournir un procédé pour la préparation de tels alcanes.
D’autres objectifs encore apparaîtront à la lecture de la description de l’invention qui suit.
La présente demande concerne un alcane ramifié comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, exempt d’alcane ramifié comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone.
Dans le cadre de la présente invention on entend par le fait que l’alcane ramifié est exempt d’alcane comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone que l’alcane ne comporte pas en tant qu’impuretés des alcanes comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone.
De préférence, les alcanes selon l’invention sont de formule (I) suivante :
(I)
R1, R2, R3et R4, identiques ou différents, sont choisis parmi H, les alkyles, linéaires ou ramifiés, comprenant de 1 à 46 atomes de carbone et le nombre total d’atomes de carbone des groupes R1, R2, R3et R4étant égal à 14, 22, 30, 38 ou 46;
sous réserve que :
- deux au plus parmi les groupes R1, R2, R3et R4sont H ;
- lorsque l’un des groupes R1ou R2est H ou lorsque les groupes R1et R2sont H, alors les groupes R3et R4sont des groupes (C1-C46)alkyles, et
- lorsque l’un des groupes R3ou R4est H ou lorsque les groupes R3et R4sont H, alors les groupes R1et R2sont des groupes (C1-C46)alkyles .
Selon l’invention, un groupe alkyle désigne un groupe aliphatique hydrocarboné, saturé, linéaire ou ramifié comprenant, sauf mention contraire, de 1 à 46 atomes de carbone. A titre d’exemples, on peut citer les groupes méthyle, éthyle, n-propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, tertbutyle, pentyle, undecényle, lauryle, palmyle, oléyle, linoléyle, érucyle ou ricinoléyle.
De préférence, les alcanes selon l’invention sont exempts de composés aromatiques.
La présente demande concerne également des mélanges d’isomères d’alcanes ramifiés comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, ledit mélange étant exempt d’alcane ramifié comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone.
Dans le cadre de la présente invention, le mélange d’isomères peut être composé de différents isomères d’alcanes comprenant n atomes de carbone, n ayant une valeur unique choisie parmi 16, 24, 32, 40 ou 48. Le mélange d’isomères selon l’invention peut également être composé de différents isomères d’alcanes comprenant 16 atomes de carbone et/ou 24 atomes de carbone et/ou 32 atomes de carbone et/ou 40 atomes de carbone et/ou 48 atomes de carbone.
De préférence, le mélange d’isomères d’alcanes ramifiés selon l’invention est exempt de composés aromatiques.
De préférence, le mélange d’isomères d’alcanes ramifiés selon l’invention comprend au moins deux isomères d’alcanes ramifiés de formule (I) suivante :
(I)
R1, R2, R3et R4, identiques ou différents, sont choisis parmi H, les alkyles, linéaires ou ramifiés, comprenant de 1 à 46 atomes de carbone ; le nombre total d’atomes de carbone des groupes R1, R2, R3et R4étant égal à
14, 22, 30, 38 ou 46,
sous réserve que :
- deux au plus parmi les groupes R1, R2, R3et R4sont H ;
- lorsque l’un des groupes R1ou R2est H ou lorsque les groupes R1et R2sont H, alors les groupes R3et R4sont des groupes (C1-C46)alkyles, et
- lorsque l’un des groupes R3ou R4est H ou lorsque les groupes R3et R4sont H, alors les groupes R1et R2sont des groupes (C1-C46)alkyles.
Selon un mode de réalisation, les mélanges de l’invention sont tels que tous les composés de formule (I) telle que définie ci-dessus comprennent n atomes de carbone, n étant tel que défini ci-dessus et étant identique pour tous les composés dudit mélange.
La présente demande concerne également un procédé de préparation des alcanes ramifiés ou mélange d’alcanes ramifiés selon l’invention. Ce procédé de préparation comprend une étape d’hydrogénation d’oléfines ramifiées ou mélange d’oléfines ramifiées comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, les oléfines ramifiées ou mélange d’oléfines ramifiées étant exemptes d’oléfines comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone, et de préférence exempte de composés aromatiques. L’étape d’hydrogénation correspond à la mise en présence de l’oléfine ramifiée ou mélanges d’oléfines ramifiées avec du dihydrogène (H2).
L’étape d’hydrogénation peut être mise en œuvre en présence d’un catalyseur d’hydrogénation choisi parmi les dérivés de métaux tels que Pd, Pt, Ni, en solution lorsqu’ils sont mis sous forme de complexes organométalliques ou sous forme supportée sur des solides tels silice, alumine ou carbone, et de préférence le nickel de Raney.
L’étape d’hydrogénation peut être mise en œuvre sans solvant ou en présence d’un solvant, le solvant peut notamment être choisis parmi les alcanes qui peuvent se séparer des alcanes ramifiés obtenus des suites de l’hydrogénation par des techniques connus de l’homme du métier, notamment isooctane, des éthers, par exemple diisopropyléther, dibutyléther, ou des alcools lourds, par exemple des alcools comprenant plus de 4 atomes de carbone, par exemple octanol, décanol, dodécanol, isododécanol. De préférence, les solvants sont des solvants biosourcés ( issus de ressources biologiques ), notamment isododécanol issu de l’isododécène biosourcé.
L’étape d’hydrogénation est de préférence mise en œuvre à une température comprise entre 50 et 150°C, par exemple à 80°C.
Lors de l’étape d’hydrogénation, l’hydrogène est introduit en réglant la pression à une valeur constante comprise entre 1,013.106et 5,066.106Pa, par exemple 2,027.106Pa.
De préférence, l’étape d’hydrogénation a une durée comprise entre 2 et 6 heures, par exemple 3 heures.
A la fin de l’étape d’hydrogénation, l’excès d’hydrogène peut être éliminé par détente et le réacteur est purgé par trois fois avec un gaz inerte, de préférence azote.
Le catalyseur, s’il est hétérogène peut être récupéré par filtration et peut être recyclé. Le solvant de la réaction peut être séparé par distillation et peut être recyclé. De plus des réacteurs continus peuvent être mis en œuvre avantageusement.
Si nécessaire, les isomères des alcanes ramifiés selon l’invention peuvent être séparés et purifiés par distillation.
La présente invention concerne également une oléfine ramifiée comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, l’oléfine étant exempte d’oléfine comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone, et de préférence exempte de composés aromatiques.
L’oléfine ramifiée selon l’invention est de préférence de formule (II)
(II)
dans laquelle R1, R2, R3 et R4ont la définition donnée pour la formule (I).
Dans cette formule (II) :
- deux au plus parmi les groupes R1, R2, R3et R4sont H,
- lorsque l’un des groupes R1ou R2est H ou lorsque les groupes R1et R2sont H, alors les groupes R3et R4sont des groupes (C1-C46)alkyles, et
- lorsque l’un des groupes R3et R4ou H ou lorsque les groupes R3et R4sont H, alors les groupes R1et R2sont des groupes (C1-C46)alkyles.
Comme mentionné ci-dessus, les composés de formule (II) sont des composés ramifiés comprenant au total 8+4x atomes de carbone avec x représentant 2, 4, 6, 8 ou 10. Les composés de formule (II) sont donc des composés ramifiés dont la chaîne principale comprend 16, 24, 32, 40 ou 48 atomes de carbone.
Les oléfines de formule (II) répondent donc à l’une des formules suivantes :
dans lesquelles R’1, R’2, R’3et R’4sont des groupes (C1-C30)alkyles.
Le mélange d’isomères d’oléfines ramifié selon l’invention est un mélange comprenant au moins deux oléfines de formule (II). De préférence, les mélanges de l’invention sont tels que tous les composés de formule (II) telle que définie ci-dessus comprennent 8+4x atomes de carbone, x étant tel que défini ci-dessus et étant identique pour tous les composés dudit mélange.
La présente invention concerne également un mélange d’isomères d’oléfines ramifiées comprenant n atomes de carbone, n étant égal à 16, 24, 32, 40 ou 48, le mélange d’isomères d’oléfines ramifiées étant exempt d’oléfine comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone, et de préférence exempt de composés aromatiques. De préférence, les oléfines ramifiées sont de formule (II).
Les oléfines ramifiées ou mélange d’isomères d’oléfines ramifiées selon l’invention peuvent être obtenus par dimérisation d’un mélange d’isomères d’oléfine ramifiée comprenant n/2 atomes de carbone.
Ainsi, les oléfines ramifiées comprenant 16 atomes de carbone peuvent être obtenues par dimérisation d’oléfines ramifiées comprenant 8 atomes de carbone. Les oléfines ramifiées comprenant 24 atomes de carbone peuvent être obtenues par dimérisation d’oléfines ramifiées comprenant 12 atomes de carbone. Les oléfines ramifiées comprenant 32 atomes de carbone peuvent être obtenues par dimérisation d’oléfines ramifiées comprenant 16 atomes de carbone. Les oléfines ramifiées comprenant 40 atomes de carbone peuvent être obtenues par dimérisation d’oléfines ramifiées comprenant 20 atomes de carbone. Les oléfines ramifiées comprenant 48 atomes de carbone peuvent être obtenues par dimérisation d’oléfines ramifiées comprenant 24 atomes de carbone.
Les isomères d’oléfine ramifiée comprenant n/2 atomes de carbone peuvent avoir subit une purification, notamment par distillation, avant l’étape de dimérisation.
L’étape de dimérisation peut être réalisée en présence d’un catalyseur choisi parmi les acides de Brönsted en solution, par exemple H2SO4, H3PO4, HF, l’acide méthanesulfonique, l’acide triflique (CF3SO3H) ; les acides de Brönsted solides, par exemple résines organiques, argiles, zéolites, H3PO4 sur silice ; les acides de Lewis, par exemple ZnCl2, AlCl3 ; les composés organométalliques, par exemple complexes Ni, mélanges de complexes de Ni et de Al ; les liquides ioniques, par exemple [BMIm][N(CF3SO2)2] / HN(CF3SO2)2 ; les argiles à structures lamellaires comme la Montmorillonite ; les résines organiques comme les amberlysts, les résines sulfoniques ; les composés organométalliques comme par exemple [LNiCH2R9][AlCl4] dans lequel L = PR10, R9représente un alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant 9 atomes de carbone et R10représente un groupe –CH2-R9.
L’étape de dimérisation est de préférence mise en œuvre à une température comprise entre 30 et 250°C, de préférence entre 100 et 200°C.
De façon particulièrement avantageuse, les oléfines ramifiées comprenant 8, 12 et 16 atomes de carbone sont obtenues à partir d’isobutène. De préférence, ledit isobutene est obtenu à partir de bioressources, notamment tel que décrit dans la demande WO2012052427, par exemple à partir de polysaccharides (sucres, amidons, celluloses, etc).
La présente demande concerne également l’utilisation des alcanes ramifiés selon l’invention ou mélange d’alcanes ramifiés selon l’invention pour la formulation de compositions cosmétiques, de compositions de plastifiants ou encore de compositions de lubrifiants.
La présente demande va maintenant être décrite à l’aide des exemples ci-dessous.
Exemple 1 : Dimérisation de l’isooctène
On charge dans un autoclave agité, fermé et mis sous atmosphère inerte :
- 100 g d’isooctène
. - 10g de Montmorillonite
- 5g d’Isooctane
On chauffe progressivement et la dimérisation commence vers 150°C.
On continue à augmenter la température jusqu’à 200°C.
On maintient le mélange sous agitation et à ce palier de température pendant 3 heures.
On refroidit le mélange réactionnel jusqu’à la température ambiante
On sépare le catalyseur Montmorillonite de la phase liquide par filtration.
La phase liquide est diluée dans un solvant cyclohexane pour les besoins de l’analyse.
La conversion de l’isooctène est comprise entre 70 et 95%. Les rendements en produits de dimérisation de l’isooctène (Hexaisododécènes) sont compris entre 50 et 90%.
Exemple 2 : Dimérisation de l’isooctène
Le catalyseur mis en œuvre dans cet exemple est commercialisé par AXEN et correspond à une solution de dichloroalkylaluminium à 50% en poids dans une coupe essence paraffinique C6-C8, et catalyseur liquide à base de nickel.
On charge dans un autoclave agité et fermé et mis sous atmosphère inerte:
- 100 g d’isooctène
- 0,45 g de la solution catalytique définie ci-dessus
On maintient le mélange réactionnel entre 45 et 50°C pendant 2 heures
On refroidit le mélange à température ambiante.
Le mélange est traité par une solution aqueuse basique de carbonate de sodium ou de soude et les phases organique et aqueuse sont ensuite séparées par décantation.
La phase organique est analysée.
La conversion de l’isooctène est comprise entre 70 et 100%.
Les rendements en produits de dimérisation de l’isooctène (Hexaisododécènes) sont compris entre 60 et 90%.
Exemple 3 : Hydrogénation des composés issus des exemples 1 et 2
Après 3 purges sous courant d’azote, on charge dans un réacteur d’hydrogénation (agitation et tenue à la pression) :
  • 100 g de dimère de l’Isooctène obtenu aux exemples 1 et 2
  • 5 g catalyseur Ni Raney
  • 50 g d’Isooctane
On porte le mélange agité à une température de 80°C.
On introduit l’hydrogène en réglant la pression à une valeur constante de 20 atmosphères.
On maintient le mélange réactionnel agité, à 50°C, sous pression constante d’hydrogène durant une durée de 3 heures.
En fin de réaction, l’excès d’hydrogène est éliminé par détente et le ciel du réacteur est purgé par 3 fois avec de l’azote.
Le milieu réactionnel est dilué dans le cyclohexane pour des besoins analytiques
Le milieu réactionnel est analysé :
La conversion du dimère de l’Isooctène est de 100%
Le rendement en dimère hydrogéné (alcane ramifié selon l’invention) est de 100%.

Claims (10)

  1. Mélange d’isomères d’alcanes ramifiés comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, exempt d’alcane ramifié comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone.
  2. Mélange selon la revendication 1 dans lequel les alcanes sont de formule (I) suivante :
    (I)
    R1, R2, R3et R4, identiques ou différents, sont choisis parmi H, les alkyles, linéaires ou ramifiés, comprenant de 1 à 46 atomes de carbone ; le nombre total d’atomes de carbone des groupes R1, R2, R3et R4étant égal à 14, 22, 30, 38 ou 46
    sous réserve que :
    - deux au plus parmi les groupes R1, R2, R3et R4sont H ;
    - lorsque l’un des groupes R1ou R2est H ou lorsque les groupes R1et R2sont H, alors les groupes R3et R4sont des groupes (C1-C46)alkyles, et
    - lorsque l’un des groupes R3ou R4est H ou lorsque les groupes R3et R4sont H, alors les groupes R1et R2sont des groupes (C1-C46)alkyles.
  3. Mélange selon la revendication 1 ou 2 exempt de composés aromatiques.
  4. Mélange selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel tous les composés de formule (I) comprennent 8+4x atomes de carbone, x étant égale à 2, 4, 6, 8 ou 10 et étant identique pour tous les composés dudit mélange
  5. Mélange d’isomères d’oléfine ramifiée comprenant n atomes de carbone, n étant égale à 16, 24, 32, 40 ou 48, ledit mélange étant exempt d’oléfine ramifiée comprenant n-4 ou n+4 atomes de carbone.
  6. Procédé d’obtention d’un mélange selon les revendications 1 à 4 comprenant une étape d’hydrogénation du mélange d’isomères d’oléfine ramifiée selon la revendication 5.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le mélange d’isomères d’oléfine ramifiée est obtenu par dimérisation d’un mélange d’isomères d’oléfine ramifiée comprenant n/2 atomes de carbone.
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le mélange d’oléfine ramifiée comprenant n/2 atomes de carbone est obtenu à partir de bioressources.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel l’étape de dimérisation est réalisée en présence d’un catalyseur choisi parmi les acides de Brönsted en solution, par exemple H2SO4, H3PO4, HF, CH3SO3H, CF3SO3H ; les acides de Brönsted solides, par exemple résines organiques, argiles, zéolites, H3PO4 sur silice ; les acides de Lewis, par exemple ZnCl2, AlCl3 ; les composés organométalliques, par exemple complexes Ni, mélanges de complexes de Ni et de Al ; les liquides ioniques, par exemple [BMIm][N(CF3SO2)2] / HN(CF3SO2)2 ; les argiles à structures lamellaires comme la Montmorillonite ; les résines organiques comme les amberlysts, résine sulfonique ; les composés organométalliques comme tel que par exemple [LNiCH2R9][AlCl4] dans lequel L = PR10, R9représente un alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant 9 atomes de carbone et R10représente un groupe –CH2-R9.
  10. Utilisation du mélange selon les revendications 1 à 4, pour la formulation de compositions cosmétiques, de compositions de plastifiants ou encore de compositions de lubrifiants.
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