WO2016156593A1 - NOUVEAUX COMPOSÉS BIFONCTIONNELS, UTILES COMME LIGANDS DE L'URANIUM(VI), ET LEURS UTILISATIONS, NOTAMMENT POUR EXTRAIRE l'URANIUM(VI) DE SOLUTIONS AQUEUSES D'ACIDE PHOSPHORIQUE - Google Patents
NOUVEAUX COMPOSÉS BIFONCTIONNELS, UTILES COMME LIGANDS DE L'URANIUM(VI), ET LEURS UTILISATIONS, NOTAMMENT POUR EXTRAIRE l'URANIUM(VI) DE SOLUTIONS AQUEUSES D'ACIDE PHOSPHORIQUE Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to the field of the extraction of uranium (VI) from aqueous media comprising phosphoric acid.
- the invention relates to novel bifunctional compounds which are capable of extracting alone (i.e. in the absence of any other extractant molecule) uranium (VI) from an aqueous solution comprising phosphoric acid and this, both very efficiently and with a high selectivity for uranium (VI).
- It also relates to a method for recovering uranium (VI) present in an aqueous solution of phosphoric acid resulting from the attack of a natural phosphate with sulfuric acid and which implements said compounds.
- the invention finds particular application in the treatment of natural phosphates in order to recover the uranium present in these phosphates.
- Natural phosphates which are used for the manufacture of phosphoric acid and fertilizers, contain uranium at levels ranging from 30 to 300 ppm and varying amounts of other metals and, in particular, rare earths.
- the uranium present in natural phosphates is found almost entirely in the aqueous solutions of phosphoric acid which result from the sulfuric attack of these phosphates.
- uranium contained in these ores are estimated at 4 to 6 million tonnes of uranium, which represents a significant source of uranium.
- the aqueous stream of phosphoric acid resulting from the attack of phosphates by sulfuric acid is subjected to a bubbling oxidation operation (the oxygen of the air then serving as an oxidizing agent) or by addition of an oxidant, in particular a solution of sodium chlorate NaClO 3 or hydrogen peroxide, in order to convert all of the uranium into uranium (VI ).
- a bubbling oxidation operation the oxygen of the air then serving as an oxidizing agent
- an oxidant in particular a solution of sodium chlorate NaClO 3 or hydrogen peroxide
- the temperature of this stream is then reduced to 40-45 ° C and the uranium (VI) is extracted in a first extraction cycle by a synergistic mixture of di- (2-ethylhexyl) phosphoric acid (HDEHP). ) which is a cation exchanger, and trioctylphosphine oxide (TOPO) which is a solvating exchanger.
- HDEHP di- (2-ethylhexyl) phosphoric acid
- TOPO trioctylphosphine oxide
- the uranium is then de-extracted with an aqueous phosphoric solution containing Fe 2+ ions which reduce the uranium (VI) to uranium (IV) and thus promote its desextraction in the aqueous phase.
- This desextraction makes it possible to concentrate uranium by a factor of about 70.
- the aqueous stream containing the uranium (IV) thus desextracted is in turn subjected to an oxidation operation to convert to the oxidation state VI all the uranium it contains, then the uranium (VI) is extracted with the synergistic mixture HDEHP / TOPO.
- a bifunctional extractant would have several advantages, namely the fact of having to manage only one compound instead of two and the fact of offering the possibility of transposing the liquid-liquid extraction system to a system of solid-liquid extraction, because the properties of a solid on which a single compound is grafted (or adsorbed) are easier to control than those of a solid on which two grafted (or adsorbed) compounds act synergistically.
- Tunick et al. have proposed, in US-A-4,316,877 (hereinafter reference [4]), extracting uranium (VI) from an aqueous solution of phosphoric acid with a di- or triphosphonic acid carrying a C 8 -C 18 alkyl group, with or without the addition of a co-extractant such as tri-n-butyl phosphate (or TBP) or di- ⁇ -butylbutyl phosphonate (DBBP).
- a co-extractant such as tri-n-butyl phosphate (or TBP) or di- ⁇ -butylbutyl phosphonate (DBBP).
- the aqueous solution from which the uranium (IV) is extracted contains 10 to 45% by weight of phosphoric acid and the extraction is carried out at a temperature of between 30 and 45 ° C.
- the diphosphonic compound makes it possible to obtain a distribution coefficient of 53.6 for uranium (IV) and a U / Fe selectivity of 151.6 for an extractant concentration of approximately 0.05 mol / L, while the triphosphonic compound gives a distribution coefficient of 25 for uranium (IV) and a U / Fe selectivity of 2.5.
- bifunctional compounds having a phosphine oxide function and a phosphoric or thiophosphoric acid function connected to one another by a spacer group ether, thioether, polyether or polythioether.
- these compounds include butyl-N- (/ V, / V-diethylhexylcarbamoyl) nonylphosphonate, denoted DEHCNPB, which has remarkable properties, both as regards its ability to extract uranium (VI) from an aqueous solution of phosphoric acid that its selectivity for uranium (VI) vis-à-vis other metallic elements that may be present in solutions from leaching of natural phosphates by sulfuric acid and, in particular, compared to iron.
- DEHCNPB butyl-N- (/ V, / V-diethylhexylcarbamoyl) nonylphosphonate
- R 1 and R 2 which are identical or different, each represent a saturated or unsaturated hydrocarbon group, linear or branched, comprising from 6 to 12 carbon atoms;
- R 3 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group, linear or branched, comprising from 1 to 12 carbon atoms and optionally one or more heteroatoms;
- R 4 represents a hydrogen atom or a linear or branched, saturated or unsaturated hydrocarbon group comprising from 1 to 12 carbon atoms and optionally one or more heteroatoms;
- R 5 represents a hydrogen atom or a saturated or unsaturated hydrocarbon group, linear or branched, comprising from 2 to 10 carbon atoms.
- the compounds according to the invention are characterized in that they comprise, on the one hand, a phosphine oxide function, and, on the other hand, a phosphoric acid or phosphonate function, these functions being connected to one another. the other by a methylene bridge of which at least one of the hydrogen atoms is substituted by a saturated or unsaturated hydrocarbon group, linear or branched, comprising from 1 to 12 carbon atoms and optionally one or more heteroatoms.
- linear or branched, saturated or unsaturated hydrocarbon group of 6 to 12 carbon atoms means any linear or branched chain alkyl, alkenyl or alkynyl group which includes 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12 carbon atoms;
- saturated or unsaturated hydrocarbon group linear or branched, comprising from 1 to 12 carbon atoms and optionally one or more heteroatoms
- linear or branched, saturated or unsaturated hydrocarbon group of 2 to 10 carbon atoms means any linear or branched chain alkyl, alkenyl or alkynyl group which includes 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 carbon atoms; and - By "heteroatom”, any atom other than carbon and hydrogen, this atom is typically a nitrogen atom, oxygen or sulfur.
- R 1 and R 2 which may be identical or different, each advantageously represent a linear or branched alkyl group comprising from 6 to 12 carbon atoms.
- R 1 and R 2 are identical to each other and that they each represent a group with a reacted alkyl having from 8 to 10 carbon atoms, the 2-ethylhexyl group being very particularly preferred.
- R 3 advantageously represents a linear or branched alkyl group comprising from 1 to 12 carbon atoms.
- R 3 represents a linear alkyl group comprising from 8 to 10 carbon atoms, the ⁇ -octyl group being very particularly preferred.
- R 4 represents, advantageously, a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group comprising from 1 to 12 carbon atoms and, more preferably, from 1 to 4 carbon atoms.
- R 4 represents a hydrogen atom.
- R 5 advantageously represents a hydrogen atom or an alkyl group, linear or branched, comprising from 2 to 10 carbon atoms, for example propyl, isopropyl, ⁇ -butyl, isobutyl, n -hexyl, isohexyl or isodecyl.
- R 5 represents a linear alkyl group comprising from 2 to 10 atoms, the ⁇ -butyl group being very particularly preferred.
- DOPNPB the compound hereinafter referred to as DOPNPB
- DOPNPiP the compound, hereinafter referred to as DOPNPiP
- DOPNPiD the compound, hereinafter referred to as DOPNPiD, which corresponds to the general formula (I) in which R 1 , R 2 and R 3 each represent an n-octyl group, R 4 represents a hydrogen atom and R 5 represents an isodecyl group ;
- DEHPNPB the compound, hereinafter referred to as DEHPNPB, which corresponds to the general formula (I) in which R 1 and R 2 each represent a 2-ethylhexyl group, R 3 represents an n-octyl group, R 4 represents a hydrogen atom and R 5 is n-butyl; and
- DEHPNPiD the compound, hereinafter referred to as DEHPNPiD, which corresponds to the general formula (I) in which R 1 and R 2 each represent a 2-ethylhexyl group, R 3 represents a ⁇ -octyl group, R 4 represents a hydrogen atom and R 5 represents an isodecyl group.
- the compound is particularly preferred.
- the compounds according to the invention can in particular be obtained by the two synthetic routes which are illustrated in FIGS. 1 and 2 attached in the appendix and which are described in example I below.
- These compounds have a particularly high affinity for uranium (VI) coupled with a high selectivity for this element vis-à-vis other metallic elements and, in particular, vis-à-vis the iron (11 ll).
- uranium (VI) is capable of very efficiently extracting uranium (VI) from an aqueous solution of phosphoric acid and, in particular, an aqueous solution comprising from 3 mol / l to 8 mol / l of phosphoric acid. .
- the subject of the invention is still the use of the compounds according to the invention as ligands for uranium (VI) and, in particular, for extracting uranium (VI) from a solution aqueous phosphoric acid, this aqueous solution preferably comprising from 3 mol / l to 8 mol / l of phosphoric acid.
- aqueous solution may in particular be a solution which results from the attack of a natural phosphate by sulfuric acid.
- the compounds according to the invention may in particular be used in a process for recovering the uranium present in an aqueous solution of phosphoric acid resulting from the attack of a natural phosphate with sulfuric acid, which process comprises:
- step b) a washing of the organic phase obtained after step a) by contacting the organic phase with an acidic aqueous solution, for example an aqueous solution of sulfuric acid or an aqueous solution of oxalate; ammonium, and then separating the organic phase from the acidic aqueous solution, this washing being intended to remove from the organic phase the iron and the other metallic elements that may have been extracted together with the uranium (VI) at the stage at) ; and
- an acidic aqueous solution for example an aqueous solution of sulfuric acid or an aqueous solution of oxalate; ammonium
- step b) a desextraction of the uranium (VI) present in the organic phase obtained at the end of step b) by contacting the organic phase with an aqueous solution comprising at least one carbonate, for example a carbonate of ammonium or sodium, and then separating the organic phase from the aqueous solution.
- an aqueous solution comprising at least one carbonate, for example a carbonate of ammonium or sodium
- the process further comprises, between step b) and step c), a washing of the organic phase obtained at the end of step b) with water, preferably distilled, to eliminate from this phase the residual traces of acid which it is likely to contain.
- the compound according to the invention is advantageously used at a concentration of 0.01 mol / L to 0.25 mol / L in an organic diluent, which diluent is preferably of the aliphatic type such as ⁇ - dodecane, hydrogenated tetrapropylene (TPH), kerosene or Tisane TM IP-185.
- the aqueous phosphoric acid solution, which is used in step a) preferably comprises from 3 mol / l to 8 mol / l of phosphoric acid.
- the acidic aqueous solution which is used in step b), preferably comprises from 0.1 mol / l to 6 mol / l of sulfuric acid or 0.3 mol / l of ammonium oxalate, while the aqueous solution of carbonate (s), which is used in step c), preferably comprises from 0.1 mol / l to 1 mol / l carbonate (s).
- Step a) can be carried out at a temperature of 22-23 ° C. as well as at a temperature of 35-45 ° C. While steps b) and c) are preferably carried out under heat (typically at 45.degree. -50 ° C).
- the process may further comprise an acidification of the organic phase obtained at the end of step c) by contacting this organic phase with an acidic aqueous solution, for example an aqueous sulfuric acid solution, and then separating the organic phase of the acidic aqueous solution, for reuse to recover the uranium (VI) present in another aqueous solution of phosphoric acid resulting from the attack of a natural phosphate with sulfuric acid.
- an acidic aqueous solution for example an aqueous sulfuric acid solution
- FIG. 1 illustrates a first synthetic route by which can be synthesized those compounds according to the invention which correspond to the general formula (I) in which R 4 is a hydrogen atom.
- FIG. 2 illustrates a second synthesis route by which all the compounds according to the invention can be synthesized.
- the compounds according to the invention may be synthesized by two different synthetic routes, hereinafter referred to as "synthetic route 1" and “synthetic route 2" respectively.
- the synthesis route 1, which is illustrated in FIG. 1, can be used to synthesize the compounds which correspond to the general formula (I) in which R 4 is a hydrogen atom, whatever the meanings of R 1 , R 2 , R 3 and R 5 , while the synthetic route 2, which is illustrated in Figure 2, can be used to synthesize all compounds of this general formula.
- this synthesis route consists in reacting, in a first step, noted A, a dialkylphosphite oxide, denoted 1, of formula (R 1 ) (R 2 ) PH (O) in which R 1 and R 2 are as defined in the general formula (I), with formaldehyde HCHO (provided in the reaction medium in the form of paraformaldehyde) to obtain the compound 2.
- a dialkylphosphite oxide denoted 1 of formula (R 1 ) (R 2 ) PH (O) in which R 1 and R 2 are as defined in the general formula (I)
- the compound 2 is reacted with a phosphorus pentahalide PX5, for example, the pentachloride PCI5 or the pentabromide PBrs, to obtain the compound 3.
- a phosphorus pentahalide PX5 for example, the pentachloride PCI5 or the pentabromide PBrs
- compound 3 is subjected to a Michaelis-Arbusov reaction which is carried out with a phosphite of formula P (OR 5 ) 3 in which R 5 is as defined in US Pat. general formula (I) but is different from a hydrogen atom, to obtain compound 4 in which R 5 is different from a hydrogen atom.
- This Arbusov reaction is typically carried out by heating at reflux and under an inert atmosphere a mixture of compound 3 and an excess of phosphite for 48 hours. Then, the reaction mixture is purified by distillation (Kugelrohr) or by flash chromatography (Agilent I ntelliflash 971-FP) on silica gel with a control by TLC (Merck TLC Silica Gel 60 F254) using phosphomolybdic acid in ethanolic solution as a developer.
- the compound 4 thus obtained is then subjected to a C-alkylation step, noted D in FIG. 1, which is carried out using a strong base (for example, sodium hydride) and a halide of formula R 3 X wherein R 3 is as defined in general formula (I), for example an iodide R 3 I, to obtain compound 5.
- a strong base for example, sodium hydride
- This step is typically carried out by adding to a solution of compound 4 (n mmol) in 1 M dimethylformamide (DM F - 10 ⁇ ml), under nitrogen and with stirring, a solution of sodium hydride (1.3 nmol) followed 10 minutes later, a solution of the halide R 3 X (l, Sn mmol). The mixture is left to react for 18 hours with stirring and then 2Sn mL of a 1M hydrochloric acid solution are added. The mixture is then extracted with 2 ⁇ 25 ml of ethyl ether.
- DM F - 10 ⁇ ml dimethylformamide
- Step E (monosaponification) is typically carried out by heating, under reflux and under nitrogen, a mixture of the compound 5 (n mmol) and the strong base (An mmol) in 10/1 mL of 1,4-dioxane with a few drops of water for 48 to 96 hours.
- the reaction is monitored by 31 P NMR.
- 50 ml of a 1 mol / l aqueous hydrochloric acid solution are added to the reaction medium. Then, the mixture is washed with ethyl ether (2 x 100 mL).
- Step F hydrolysis is, for example, carried out by adding, dropwise and with stirring, to a solution of the compound 5 (n mmol) in dichloromethane (Sn mL), the trimethylsilyl halide (Sn mmol) and then stirring the mixture overnight. Methanol is then added to the mixture and further stirred for 2 hours. It is concentrated and then diluted with dichloromethane and washed once with water and once with 1M hydrochloric acid. The organic phase is recovered, dried over Na 2 SO 4 , filtered and concentrated.
- this synthesis route consists in reacting, in a first step, noted A in FIG. 2, a dialkylphosphite oxide, denoted 1 in FIG. 2, of formula (R 1 ) (R 2 ) PH (0) in which R 1 and R 2 are as defined in the general form (I), with an aldehyde of the formula R 3 CHO, wherein R 3 is as defined in the general formula (I), to obtain compound 2.
- This step is typically carried out by heating in the microwave ( ⁇ 80 ° C) a mixture of dialkylphosphite oxide 1 (n mmol) and aldehyde (1.5 mmol) for 20 minutes, then purifying the resulting product by flash chromatography on silica gel (eluent: cyclohexane / ethyl acetate) with TLC control using phosphomolybdic acid in ethanolic solution as developer.
- synthesis route 2 comprises two steps, denoted respectively B and C in FIG. 2 and which are identical to steps B and C of synthesis route 1.
- the compound 4 obtained in stage C is then subjected to:
- the compound 7 thus obtained is then subjected to either a monosaponification step, denoted G in FIG. 2, which is carried out by the action of a strong base as in the synthesis route 1, to obtain the compound 8 which corresponds to the compounds of general formula (I) in which R 4 and R 5 are both different from a hydrogen atom, ie to a hydrolysis step, denoted step H in FIG. 2, which is carried out by the action of a trimethylsilyl halide as in synthesis route 1, to obtain compound 9 which corresponds to the compounds of general formula (I) in which R 4 is different from a hydrogen atom while R 5 represents a hydrogen atom.
- Stages A and B are identical to steps A and B described in point 1.2 above.
- Step E is carried out by the action of ethanolic potassium hydroxide on compound 5 (0.8 mmol) and gives compound DOPNPiP (yield: 99%), the characterizations of which are given below.
- R 5 isodecyl
- Steps A and B are identical to steps A and B described in point 1.5 above.
- EXAMPLE II PROPERTIES OF THE COMPOUNDS ACCORDING TO THE INVENTION II.1 - Capacity of the compounds according to the invention to extract ruranium (VI) from a synthetic solution of U-Fe in H3PO4 5 M:
- the synthetic aqueous solution used in the course of these extraction tests comprises 250 mg / L U (VI), 2.5 g / L Fe (1 liter) and 5 mol / L phosphoric acid.
- the extraction tests are carried out by putting into contact, in tubes, a volume of 1 to 2 ml of this synthetic solution with an identical volume of organic solutions comprising one of the compounds or the synergistic mixture HDEHP / TOPO, diluted in ⁇ -dodecane at a level of 0.1 mol / L, for 1 hour, with stirring and at a temperature of 21-22 ° C. After that, the aqueous and organic phases are separated from each other by gravity settling in less than 3 minutes.
- the concentrations of uranium and iron are measured by induced plasma optical emission spectrometry (ICP-OES):
- the organic phases obtained at the end of the extraction tests are contacted in tubes, volume to volume, with an aqueous solution comprising 0.5 mol / L of (NH 4 ) 2 CO 3.
- the contact is maintained for 1 hour, with stirring and at a temperature of 21-22 ° C.
- the aqueous and organic phases are separated from each other by gravity settling in less than 3 minutes and the aqueous phases are subjected to analysis by optical emission spectrometry by plasma torch (ICP-OES) to measure their concentration. in uranium.
- an aqueous solution of one or more carbonates such as an aqueous solution of ammonium carbonate makes it possible to extract from an organic phase comprising a compound according to the invention all of the uranium (VI) having been extracted in this phase. It is therefore possible to quantitatively recover in the aqueous phase the uranium that has been extracted using a compound according to the invention as an extractant.
- aqueous phase a synthetic aqueous solution comprising 250 mg / l of each of the following metal elements: uranium (VI), iron (III), molybdenum (VI), cerium (III), lanthanum (III), gadolinium (III), ytterbium (III), neodymium (III), titanium (IV) and zirconium (IV) and 5 mol / L H 3 PO 4 ; and
- solutions comprising 0.1 mol / L of one of the following compounds: DEHPNPB, DEHPNPiD, DOPNPiD, DOPNPiP and DOPNPB, in n-dodecane.
- the extraction tests are carried out by putting into contact, in tubes, a volume of 1 to 2 ml of the aqueous solution with an identical volume of an organic solution comprising one of the test compounds diluted in ⁇ -dodecane to height of 0.1 mol / L, for 1 hour, with stirring and at a temperature of 21-22 ° C. After that, the aqueous and organic phases are separated from each other by gravity settling in less than 3 minutes.
- concentrations of each metal element are measured by ICP-OES:
- Table II shows, for each of the compounds tested, the distribution coefficients of uranium, iron, molybdenum, cerium, lanthanum, gadolinium, ytterbium, neodymium, titanium and zirconium, respectively denoted Du, ⁇ Fe, DMO, Dce, Di- a , DGCI, Dyb, DNCI, DT1 and Dzr, which are obtained from the concentrations thus measured.
- test 1 The selectivity of the extraction of uranium (VI) with respect to iron is assessed by carrying out two extraction tests, hereinafter referred to as "test 1" and “test 2", respectively, following the same protocol the procedure described in points 11 and 11.2 above, but using as aqueous phases:
- test 1 an aqueous solution of real phosphoric acid, that is to say from the attack of a natural phosphate with sulfuric acid, doped with 1 g / L of uranium (VI), and comprising 4 5 mol / L of phosphoric acid, 1.175 g / L of uranium (VI), 5.1 g / L of iron (11 l) and many other metallic elements; and
- test 2 an aqueous solution identical to the previous one except that it is doped with 50 kBq / mL of 59 Fe.
- the organic phase used is itself a solution comprising the compound DEHPNPB, at a concentration of 0.1 mol / l in n-dodecane.
- Test 1 the concentrations of uranium and iron are measured by plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) in the aqueous phase before and after contact with the organic phase, whereas in test 2 the activity activities of Fe 59 are measured by gamma spectrometry in the aqueous and organic phases at equilibrium.
- ICP-AES plasma atomic emission spectrometry
- the DEHPNPB compound has an excellent selectivity for uranium (VI) with respect to the iron likely to be present in an aqueous solution of phosphoric acid resulting from the leaching of a natural phosphate. by sulfuric acid.
- test 1 Two extraction tests, hereinafter referred to as "test 1" and
- Test 2 are carried out to compare the extracting properties of a compound according to the invention, in this case the compound DEHPNPB, with those exhibited by the compound DEHCNPB described in reference [8], following the same operating protocol than that described in items 11.1 to 11.3 above, but using as aqueous phases:
- Test 1 an aqueous solution of synthetic phosphoric acid comprising 1 g / l of uranium, 3.5 g / l of iron and 5 mol / l of phosphoric acid;
- test 2 an aqueous solution identical to the previous one except that it is doped with 50 kBq / mL of 59 Fe.
- the organic phase used is a solution comprising either the DEHPNPB compound, at a concentration of 0.1 mol / L in ⁇ -dodecane or the DEHCNPB compound, at a concentration of 0.1 mol / L in TPH.
- Test 1 the concentrations of uranium and iron are measured by plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) in the aqueous phase before and after contact with the organic phase, whereas in test 2 the volume activities of 59 Fe are measured by gamma spectrometry in the aqueous and organic phases at equilibrium.
- ICP-AES plasma atomic emission spectrometry
- the distribution coefficients, denoted D, of uranium and iron as well as the separation factor between these two elements, denoted FSu / Fe, are obtained from the concentrations thus measured and are presented in Table VI below.
- uranium (VI) is more strongly extracted from an aqueous solution of phosphoric acid by the compound DEHPNPB makes it possible to envisage the possibility of using this compound to recover uranium (VI) from aqueous solutions having phosphoric acid concentrations greater than 8 mol / L if desired.
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Abstract
L'invention se rapporte à de nouveaux composés qui répondent à la formule générale (I) ci-après: (I) dans laquelle : R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, en C6 à C12; R3 représente un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, en C1 à C12 et comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes; R4 représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, en C1 à C12 et comprenant éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes; et R5 représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, en C2 à C10 atomes de carbone. Elle se rapporte également aux utilisations de ces composés comme ligands de l'uranium(VI), notamment pour extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique telle qu'une solution issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique ainsi qu'à un procédé permettant de récupérer l'uranium(VI) présent dans une solution aqueuse d'acide phosphorique issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique et mettant en œuvre lesdits composés. Applications : traitement des phosphates naturels en vue de valoriser l'uranium présent dans ces phosphates.
Description
NOUVEAUX COMPOSÉS BIFONCTIONNELS, UTILES COMME LIGANDS DE L'URANIUM(VI), ET LEURS UTILISATIONS, NOTAMMENT POUR EXTRAIRE l'URANIUM(VI) DE SOLUTIONS
AQUEUSES D'ACIDE PHOSPHORIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine de l'extraction de l'uranium(VI) de milieux aqueux comprenant de l'acide phosphorique.
Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à de nouveaux composés bifonctionnels qui sont capables d'extraire seuls (c'est-à-dire en l'absence de toute autre molécule extractante) l'uranium(VI) d'une solution aqueuse comprenant de l'acide phosphorique et ce, à la fois très efficacement et avec une forte sélectivité pour l'uranium(VI).
Elle se rapporte également aux utilisations de ces composés comme ligands de l'uranium(VI) et, notamment, pour extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique telle qu'une solution issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique.
Elle se rapporte en outre à un procédé qui permet de récupérer l'uranium(VI) présent dans une solution aqueuse d'acide phosphorique issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique et qui met en œuvre lesdits composés.
L'invention trouve notamment application dans le traitement des phosphates naturels en vue de valoriser l'uranium présent dans ces phosphates.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les phosphates naturels (ou minerais de phosphate), qui sont utilisés pour la fabrication de l'acide phosphorique et d'engrais, contiennent de l'uranium à des teneurs qui peuvent varier de 30 à 300 ppm ainsi que des quantités variables d'autres métaux et, en particulier, de terres rares.
L'uranium présent dans les phosphates naturels se retrouve presque intégralement dans les solutions aqueuses d'acide phosphorique qui sont issues de l'attaque sulfurique de ces phosphates.
Les réserves potentielles d'uranium contenu da ns ces minerais sont estimées à 4 à 6 millions de tonnes d'uranium, ce qui représente une source d'approvisionnement en uranium non négligeable.
Aussi, de nombreuses équipes de recherche se sont-elles intéressées à l'extraction de l'uranium à partir d'un milieu phosphorique.
Pour des raisons économiques, la valorisation de l'uranium doit s'effectuer à partir de solutions aqueuses d'acide phosphorique concentrées et non diluées, même si l'extraction de l'uranium serait plus aisée à faible acidité.
L'attaque des phosphates naturels par l'acide sulfurique transforme le phosphate tricalcique en acide phosphorique H3P04 à 30% d'anhydride de phosphate P2O5, ainsi qu'en sulfate de calcium insoluble (gypse). Cette lixiviation solubilise l'uranium et divers autres métaux (fer, vanadium, aluminium, molybdène, etc).
Dans le procédé, qui a été utilisé par la plupart des unités industrielles pour récupérer l'uranium présent dans des phosphates naturels et qui est connu sous le nom de procédé URPHOS (H urst et a l., Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development 1972, 11(1), 122-128, ci-après référence [1]), le flux aqueux d'acide phosphorique résultant de l'attaque des phosphates par l'acide sulfurique est soumis à une opération d'oxydation par bullage (l'oxygène de l'air servant alors d'agent oxydant) ou par ajout d'un oxydant, notamment une solution de chlorate de sodium NaCI03 ou d'eau oxygénée, afin de convertir la totalité de l'ura nium en uranium(VI). La tem pérature de ce flux est ensuite ramenée à 40-45°C et l'uranium(VI) est extrait, dans un premier cycle d'extraction, par un mélange synergique d'acide di-(2-éthylhexyl)phosphorique (HDEHP) qui est un échangeur cationique, et d'oxyde de trioctylphosphine (TOPO) qui est un échangeur solvatant.
L'effet synergique maximal de ce mélange vis-à-vis de l'uranium(VI) (et de la sélectivité U/Fe) est obtenu dans une proportion relative de 4 molécules d'HDEHP
pour 1 molécule de TOPO et la composition de la phase organique de référence est la suivante : 0,5 mol/L d'HDEHP + 0,125 mol/L de TOPO dans du n-dodécane.
L'uranium est ensuite désextrait avec une solution aqueuse phosphorique contenant des ions Fe2+ qui réduisent l'uranium(VI) en uranium(IV) et favorisent ainsi sa désextraction en phase aqueuse. Cette désextraction permet de concentrer l'uranium d'un facteur environ 70.
Dans un second cycle d'extraction, le flux aqueux contenant l'uranium(IV) ainsi désextrait est soumis à son tour à une opération d'oxydation pour convertir à l'état d'oxydation VI la totalité de l'uranium qu'il contient, puis l'uranium(VI) est extrait avec le mélange synergique HDEHP/TOPO.
La phase organique résultant de cette extraction est lavée à l'eau pour éliminer l'acide phosphorique extrait puis soumise à une opération de désextraction avec une solution de carbonate d'ammonium (NH4)2C03 qui conduit in fine à la précipitation de tricarbonate d'uranyle et d'ammonium qui, après calcination, donne le sesquioxyde d'uranium U3O8.
Dans le cas de l'utilisation du procédé URPHOS pour purifier l'uranium contenu dans des phosphates naturels très concentrés en uranium, différents inconvénients sont à noter, à savoir que :
- les coefficients de distribution de l'uranium(VI) se révèlent assez faibles, ce qui nécessite de travailler avec de fortes concentrations d'extractants (ou de forts débits organiques) ; et
- des quantités non négligeables de fer sont extraites malgré un facteur de séparation entre l'uranium et le fer élevé (FSu/Fe ~ 200), pouvant entraîner la formation de précipités lors de la désextraction de l'uranium en milieu carbonate ; et
- l'utilisation d'un système synergique à deux extractants, avec un rapport molaire optimum à respecter (4/1), est plus délicate à gérer que celle d'un système à un seul extractant.
Dans les années 1980 a été développé, en vue d'améliorer le procédé URPHOS, un procédé dit URPHOS-bis qui utilise un mélange de deux nouveaux extractants : l'acide bis-(di-n-butoxy-l,3-propyl-2)-phosphorique (HBiDiBOPP) d'une part,
et l'oxyde de di-n-hexylméthoxyoctylphosphine (DinHMOPO) d'autre part, (cf. FR-A- 2 396 803 et FR-A-2 596 383, ci-après références [2] et [3]). Ce mélange conduit à des coefficients de distribution de l'uranium plus élevés que ceux obtenus avec le mélange HDEHP/TOPO, mais il extrait aussi fortement le fer et il est donc moins sélectif de l'uranium.
Les données disponibles sur les systèmes HDEHP/TOPO et HBiDiBOPP/ DinHMOPO semblent faire apparaître une interaction supramoléculaire entre l'extractant échangeur cationique et l'extractant solvatant.
Une voie d'amélioration de l'extraction de l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique consisterait donc à réunir les deux fonctions « échangeur cationique » et « extractant solvatant » au sein d'un seul et même composé.
Un extractant bifonctionnel présenterait plusieurs avantages, à savoir : le fait de n'avoir à gérer qu'un seul composé au lieu de deux et le fait d'offrir la possibilité de transposer le système d'extraction liquide-liquide vers un système d'extraction solide- liquide, car les propriétés d'un solide sur lequel un seul composé est greffé (ou adsorbé) sont plus faciles à maîtriser que celles d'un solide sur lequel deux composés greffés (ou adsorbés) agissent en synergie.
Tunick et al. ont proposé, dans le brevet US-A-4,316,877 (ci-après référence [4]), d'extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique avec un acide di- ou triphosphonique porteur d'un groupe alkyle en Cs à Cis, avec ou sans ajout d'un co-extractant comme le phosphate de tri-n-butyle (ou TBP) ou le phosphonate de di- π-butylbutyle (DBBP).
Dans cette référence, les meilleurs résultats sont obtenus avec une phase organique qui comprend un acide triphosphonique à groupe nonyle, du TBP (en tant que co-extractant) et du kérosène, dans un rapport volumique de 10/40/50, et qui conduit à des coefficients de distribution de 132 pour l'uranium(IV) et n'excédant pas 5,9 pour l'uranium(VI) pour une concentration en extractant d'environ 0,25 mol/L.
Par ailleurs, la sélectivité de l'extraction de l'uranium vis-à-vis des autres éléments métalliques et, notamment vis-à-vis du fer, ainsi que les conditions nécessaires pour désextraire ensuite l'uranium(VI) de la phase organique ne sont pas évoquées.
La voie de l'utilisation de composés di- ou triphosphoniques pour extraire l'uranium(VI) d'une solution d'acide phosphorique a également été explorée par Sturtz et ses collaborateurs (cf. US-A-4,460,548 et US-A-4,464,346, ci-après références [5] et [6]). Dans ces références, l'uranium (VI) est préalablement réduit en U(IV) par l'action du fer métallique.
La solution aqueuse dont est extrait l'uranium(IV) contient 10 à 45% en masse d'acide phosphorique et l'extraction est réalisée à une température comprise entre 30 et 45°C. Dans les meilleures conditions, le composé diphosphonique permet d'obtenir un coefficient de distribution de 53,6 pour l'uranium(IV) et une sélectivité U/Fe de 151,6 pour une concentration en extractant d'environ 0,05 mol/L, alors que le composé triphosphonique donne un coefficient de distribution de 25 pour l'uranium(IV) et une sélectivité U/Fe de 2,5.
Rien n'est dit dans les références [5] et [6] sur la capacité des composés en question à extraire l'uranium(VI) d'une solution acide et a fortiori sur les conditions nécessaires pour le désextraire secondairement de cette solution.
Plus récemment, ont été proposés dans FR-A-2 604 919 (ci-après référence [7]), des composés bifonctionnels possédant une fonction oxyde de phosphine et une fonction acide phosphorique ou thiophosphorique reliées l'une à l'autre par un groupe espaceur éther, thioéther, polyéther ou polythioéther.
Ces composés présentent deux inconvénients. En effet, les tests ayant été réalisés avec l'un de ces composés ont montré que, si ce composé est solubilisé dans du π-dodécane, il se forme une troisième phase lors de l'extraction de l'uranium, tandis que, s'il est solubilisé dans du chloroforme, il se forme également une troisième phase mais lors de la désextraction de l'uranium. Or, l'apparition d'une troisième phase est totalement rédhibitoire pour un procédé destiné à être mis en œuvre à une échelle industrielle. Par ailleurs, la présence au sein du groupe espaceur d'une liaison P-0 ou P-S, qui est aisément hydrolysable, rend ces composés extrêmement sensibles à une hydrolyse.
Enfin, une équipe de chercheurs dont font partie les Inventeurs a proposé dans WO-A-2013/167516 (ci-après référence [8]) d'extraire l'uranium(VI) d'une
solution aqueuse d'acide phosphorique en utilisa nt comme extractants, des composés comprenant à la fois une fonction amide et une fonction acide phosphorique ou phosphonate reliées l'une à l'autre par un pont alkylène, éventuellement substitué par un ou deux groupes hydrocarbonés.
ces composés, se trouve notamment le l-(/V,/V-diéthylhexyl- carbamoyl)nonylphosphonate de butyle, noté DEHCNPB, qui présente des propriétés remarquables, tant en ce qui concerne sa ca pacité à extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique que sa sélectivité pour l'uranium(VI) vis-à-vis des autres éléments métalliques susceptibles d'être présents dans des solutions issues de lixiviation de phosphates naturels par l'acide sulfurique et, notamment, par rapport au fer.
Néanmoins, poursuivant leurs travaux sur la récupération de l'uranium(VI) présent dans des phosphates naturels, les I nventeurs ont cherché à fournir de nouveaux composés bifonctionnels qui présentent une affinité pour l'uranium(VI) encore plus élevée que celle que présentent les com posés proposés dans la référence [8] et, en particulier, le composé DEHCNPB, tout en étant exempts des inconvénients présentés par les composés bifonctionnels décrits dans les références [4] à [7].
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Cet objectif est atteint par l'invention qui a, en premier lieu, pour objet des composés qui répondent à la formule générale (I) ci-après:
dans laquelle :
R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone ;
R3 représente un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ;
R4 représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; et
R5 représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 10 atomes de carbone.
Ainsi, les composés selon l'invention sont caractérisés en ce qu'ils comprennent, d'une part, une fonction oxyde de phosphine, et, d'autre part, une fonction acide phosphorique ou phosphonate, ces fonctions étant reliées l'une à l'autre par un pont méthylène dont au moins l'un des atomes d'hydrogène est substitué par un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes.
Dans ce qui précède et ce qui suit, on entend :
- par « groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone », tout groupe alkyle, alcényle ou alcynyle, à chaîne linéaire ou ramifiée, qui comprend 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 atomes de carbone ;
- par « groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes », tout groupe formé d'une chaîne hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, qui comprend 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 atomes de carbone, dont la chaîne peut être saturée ou, au contraire, comporter une ou plusieurs doubles et/ou triples liaisons, et dont la chaîne peut être interrompue par un ou plusieurs hétéroatomes ou être substituée par un ou plusieurs hétéroatomes ou par un ou plusieurs groupes comprenant un hétéroatome ;
- par « groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 10 atomes de carbone », tout groupe alkyle, alcényle ou alcynyle, à chaîne linéaire ou ramifiée, qui comprend 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 atomes de carbone ; et
- par « hétéroatome », tout atome autre que de carbone et d'hydrogène, cet atome étant typiquement un atome d'azote, d'oxygène ou de soufre.
Conformément à l'invention, dans la formule générale (I), R1 et R2, qui peuvent être identiques ou différents, représentent avantageusement chacun un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone.
Plus encore, on préfère que R1 et R2 soient identiques entre eux et qu'ils représentent chacun un groupe a lkyle ra mifié, com prenant de 8 à 10 atomes de carbone, le groupe 2-éthylhexyle étant tout particulièrement préféré.
Par ailleurs, dans la formule générale (I), R3 représente avantageusement un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone.
Plus encore, on préfère que R3 représente un groupe alkyle linéaire comprenant de 8 à 10 atomes de carbone, le groupe π-octyle étant tout particulièrement préféré.
R4 représente, lui, avantageusement un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et, mieux encore, de 1 à 4 atomes de carbone.
Plus encore, on préfère que R4 représente un atome d'hydrogène.
Enfin, dans la formule générale (I), R5 représente avantageusement un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 10 atomes de carbone, par exemple propyle, isopropyle, π-butyle, isobutyle, n-hexyle, isohexyle ou isodécyle.
Plus encore, on préfère que R5 représente un groupe alkyle linéaire comprenant de 2 à 10 atomes, le groupe π-butyle étant tout particulièrement préféré.
Des composés qui présentent ces caractéristiques sont notamment : le composé dénommé ci-après DOPNPB, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représentent chacun un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe n-butyle ;
le composé dénommé ci-après DOPNPiP, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représentent chacun un groupe n-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe isopropyle ;
le composé dénommé ci-après DOPNPiD, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représentent chacun un groupe n-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe isodécyle ;
le composé dénommé ci-après DEHPNPB, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 et R2 représentent chacun un groupe 2-éthylhexyle, R3 représente un groupe n-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe n-butyle ; et
le composé dénommé ci-après DEHPNPiD, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 et R2 représentent chacun un groupe 2-éthylhexyle, R3 représente un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe isodécyle.
Parmi ces composés, on préfère tout particulièrement le composé
DEHPNPB.
Les composés selon l'invention peuvent notamment être obtenus par les deux voies de synthèse qui sont illustrées sur les figures 1 et 2 jointes en annexe et qui sont décrites dans l'exemple I ci-après.
Ces composés présentent une affinité particulièrement élevée pour l'uranium(VI) doublée d'une forte sélectivité pour cet élément vis-à-vis des autres éléments métalliques et, en particulier, vis-à-vis du fer(l ll).
En particulier, ils sont capables d'extraire très efficacement l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique et, notamment, d'une solution aqueuse comprenant de 3 mol/L à 8 mol/L d'acide phosphorique.
Aussi, l'invention a-t-elle encore pour objet l'utilisation des composés selon l'invention en tant que ligands de l'uranium(VI) et, en particulier, pour extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique, cette solution aqueuse comprenant, de préférence, de 3 mol/L à 8 mol/L d'acide phosphorique.
Une telle solution aqueuse peut notamment être une solution qui résulte de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique.
Ainsi, les composés selon l'invention peuvent notamment être utilisés dans un procédé permettant de récupérer l'uranium présent dans une solution aqueuse d'acide phosphorique issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique, lequel procédé comprend :
a) une extraction de l'uranium, à l'état d'oxydation VI, de la solution aqueuse par mise en contact de la solution aqueuse avec une phase organique comprenant un composé tel que précédemment défini, puis séparation de la solution aqueuse de la phase organique ;
b) un lavage de la phase organique obtenue à l'issue de l'étape a) par mise en contact de la phase organique avec une solution aqueuse acide, par exemple une solution aqueuse d'acide sulfurique ou une solution aqueuse d'oxalate d'ammonium, puis séparation de la phase organique de la solution aqueuse acide, ce lavage étant destiné à éliminer de la phase organique le fer et les autres éléments métalliques susceptibles d'avoir été extraits conjointement avec l'uranium(VI) à l'étape a) ; et
c) une désextraction de l'uranium(VI) présent dans la phase organique obtenue à l'issue de l'étape b) par mise en contact de la phase organique avec une solution aqueuse comprenant au moins un carbonate, par exemple un carbonate d'ammonium ou de sodium, puis séparation de la phase organique de la solution aqueuse.
Avantageusement, le procédé comprend de plus, entre l'étape b) et l'étape c), un lavage de la phase organique obtenue à l'issue de l'étape b) par de l'eau, de préférence distillée, pour éliminer de cette phase les traces résiduelles d'acide qu'elle est susceptible de contenir.
Dans ce procédé, le composé selon l'invention est avantageusement utilisé à une concentration de 0,01 mol/L à 0,25 mol/L dans un diluant organique, lequel diluant est, de préférence, de type aliphatique tel que le π-dodécane, le tétrapropylène hydrogéné (TPH), le kérosène ou Tisane™ IP-185.
La solution aqueuse d'acide phosphorique, qui est utilisée à l'étape a), comprend, de préférence, de 3 mol/L à 8 mol/L d'acide phosphorique. La solution aqueuse acide, qui est utilisée à l'étape b), comprend, de préférence, de 0,1 mol/L à 6 mol/L d'acide sulfurique ou 0,3 mol/L d'oxalate d'ammonium, tandis que la solution aqueuse de carbonate(s), qui est utilisée à l'étape c), comprend, de préférence, de 0,1 mol/L à 1 mol/L de carbonate(s).
L'étape a) peut aussi bien réalisée à température de 22-23°C qu'à chaud (par exemple, à 35-45°C) tandis que les étapes b) et c) sont préférentiellement réalisées à chaud (typiquement à 45-50°C).
Le procédé peut comprendre encore une acidification de la phase organique obtenue à l'issue de l'étape c) par mise en contact de cette phase organique avec une solution aqueuse acide, par exemple une solution aqueuse d'acide sulfurique, puis séparation de la phase organique de la solution aqueuse acide, en vue de sa réutilisation pour récupérer l'uranium(VI) présent dans une autre solution aqueuse d'acide phosphorique issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture du complément de description qui suit, qui se rapporte à des exemples de synthèse de composés selon l'invention et de démonstration de leurs propriétés et qui est donné en référence aux figures annexées.
Bien entendu, ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'objet de l'invention et ne constitue en aucun cas une limitation de cet objet.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 illustre une première voie de synthèse par laquelle peuvent être synthétisés ceux des composés selon l'invention qui répondent à la formule générale (I) dans laquelle R4 est un atome d'hydrogène.
La figure 2 illustre une deuxième voie de synthèse par laquelle peuvent être synthétisés tous les composés selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODE DE RÉALISATION PARTICULIERS EXEMPLE I : SYNTHÈSE DE COMPOSÉS SELON L'INVENTION
1.1 - Voies de synthèse :
Les composés selon l'invention peuvent être synthétisés par deux voies de synthèse différentes, respectivement dénommées ci-après « voie de synthèse 1 » et « voie de synthèse 2 ».
La voie de synthèse 1, qui est illustrée sur la figure 1, peut être utilisée pour synthétiser les composés qui répondent à la formule générale (I) dans laquelle R4 est un atome d'hydrogène quelles que soient, par ailleurs, les significations de R1, R2, R3 et R5, tandis que la voie de synthèse 2, qui est illustrée sur la figure 2, peut être utilisée pour synthétiser tous les composés répondant à cette formule générale.
Voie de synthèse 1 :
Comme visible sur la figure 1, cette voie de synthèse consiste à faire réagir dans une première étape, notée A, un oxyde de dialkylphosphite, noté 1, de formule (R1)(R2)PH(0) dans laquelle R1 et R2 sont tels que définis dans la formule générale (I), avec du formaldéhyde HCHO (apporté dans le milieu réactionnel sous forme de paraformaldéhyde) pour obtenir le composé 2.
Puis, dans une deuxième étape, notée B sur la figure 1, le composé 2 est mis à réagir avec un pentahalogénure de phosphore PX5, par exemple, le pentachlorure PCI5 ou le pentabromure PBrs, pour obtenir le composé 3.
Dans une troisième étape, notée C sur la figure 1, le composé 3 est soumis à une réaction de Michaelis-Arbusov que l'on réalise avec un phosphite de formule P(OR5)3 dans laquelle R5 est tel que défini dans la formule générale (I) mais est différent d'un atome d'hydrogène, pour obtenir le composé 4 dans lequel R5 est différent d'un atome d'hydrogène.
Cette réaction d'Arbusov est typiquement réalisée en chauffant à reflux et sous atmosphère inerte, un mélange du composé 3 et d'un excès du phosphite pendant 48 heures. Puis, le mélange réactionnel est purifié par distillation (Kugelrohr) ou par chromatographie flash (Agilent I ntelliflash 971-FP) sur gel de silice avec un contrôle
par CCM (Merck TLC Silica Gel 60 F254) en utilisant de l'acide phosphomolybdique en solution éthanolique comme révélateur.
Le composé 4 ainsi obtenu est ensuite soumis à une étape de C-alkylation, notée D sur la figure 1, que l'on réalise au moyen d'une base forte (par exemple, de l'hydrure de sodium) et d'un halogénure de formule R3X dans laquelle R3 est tel que défini dans la formule générale (I), par exemple un iodure R3I, pour obtenir le composé 5.
Cette étape est typiquement réalisée en ajoutant à une solution du composé 4 (n mmol) dans du diméthylformamide 1 M (DM F - 10η mL), sous azote et sous agitation, une solution d'hydrure de sodium (l,3n mmol) suivie, 10 minutes après, d'une solution de l'halogénure R3X (l,Sn mmol). Le mélange est laissé à réagir pendant 18 heures sous agitation puis 2Sn mL d'une solution d'acide chlorhydrique 1 M sont ajoutés. Le mélange est ensuite extrait avec 2 x 2Sn mL d'éther éthylique. Les phases organiques sont combinées, lavées successivement au bicarbonate de sodium (NaHCOs) saturé (2Sn mL), à l'eau (2Sn mL) et à la saumure (2Sn mL), puis séchées sur MgS04. Après filtration et évaporation, le produit est purifié par flash chromatographie sur gel de silice (éluant : cyclohexane/acétate d'éthyle), avec un contrôle par CCM en utilisant de l'acide phosphomolybdique en solution éthanolique comme révélateur.
Puis, le composé 5 est soumis :
- soit à une étape de monosaponification, notée E sur la figure 1, que l'on réalise avec une base forte, par exemple, de la soude ou de la potasse en milieu éthanolique, pour obtenir le composé 6 qui correspond aux composés de formule générale (I) da ns laquelle R4 est un atome d'hydrogène et R5 est différent d'un atome d'hydrogène ;
- soit à une étape d'hydrolyse, notée F sur la figure 1, que l'on réa lise avec un halogénure de triméthylsilyle (d- bSiX, par exemple le bromure (d- bSiBr, pour obtenir le composé 7 qui correspond a ux composés de formule générale (I) dans laquelle R4 et R5 représentent tous deux des atomes d'hydrogène.
L'étape E (monosaponification) est typiquement réalisée en chauffant, à reflux et sous azote, un mélange du composé 5 (n mmol) et de la base forte (An mmol)
dans 10/1 mL de 1,4-dioxane avec quelques gouttes d'eau pendant 48 à 96 heures. La réaction est suivie par RM N 31P. Lorsque la réaction est complète, 50 mL d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique à 1 mol/L sont ajoutées au milieu réactionnel. Puis, le mélange est lavé à l'éther éthylique (2 x 100 mL). Les phases organiques sont com binées, lavées à l'acide chlorhydrique 1 M (100 mL), à l'eau (100 m L) et à la saumure (100 mL) et séchées sur Na2S04. Après filtration et concentration, le produit est purifié par distillation (Kugelrohr, 160°C, 1 mbar).
L'étape F (hydrolyse) est, par exemple, réalisée en ajoutant, goutte à goutte et sous agitation, à une solution du composé 5 (n mmol) dans le dichlorométhane (Sn mL), l'halogénure de triméthylsilyle (Sn mmol), puis en maintenant le mélange sous agitation pendant toute une nuit. On ajoute ensuite du méthanol au mélange et on le maintient encore sous agitation pendant 2 heures. On le concentre puis on le dilue da ns du dichlorométhane et on le lave une fois à l'eau et une fois à l'acide chlorhydrique 1 M . La phase organique est récupérée, séchée sur Na2S04, filtrée et concentrée.
Voie de synthèse 2 :
Comme visible sur la figure 2, cette voie de synthèse consiste à faire réagir dans une première étape, notée A sur la figure 2, un oxyde de dialkylphosphite, noté 1 sur la figure 2, de formule (R1)(R2)PH(0) da ns laquelle R1 et R2 sont tels que définis dans la form ule générale (I), avec un a ldéhyde de formule R3CHO, dans laquelle R3 est tel que défini dans la formule générale (I), pour obtenir le composé 2.
Cette étape est typiquement réalisée en chauffant aux micro-ondes (~ 80°C) un mélange de l'oxyde de dialkylphosphite 1 (n mmol) et de l'aldéhyde (l,5/i mmol) pendant 20 minutes, puis en purifiant le produit résultant par chromatographie flash sur gel de silice (éluant : cyclohexane/acétate d'éthyle) avec un contrôle par CCM en utilisant de l'acide phosphomolybdique en solution éthanolique comme révélateur.
Après l'étape A, la voie de synthèse 2 comprend deux étapes, notées respectivement B et C sur la figure 2 et qui sont identiques aux étapes B et C de la voie de synthèse 1.
Le composé 4 obtenu à l'étape C est ensuite soumis :
soit à une étape de monosaponification, notée D sur la figure 2, que l'on réalise par l'action d'une base forte comme dans la voie de synthèse 1, pour obtenir le composé 5 qui correspond aux composés de formule générale (I) dans laquelle R4 est un atome d'hydrogène et R5 est différent d'un atome d'hydrogène ;
soit à une étape d'hydrolyse, notée E sur la figure 2, que l'on réalise par l'action d'un halogénure de triméthylsilyle comme dans la voie de synthèse 1, pour obtenir le composé 6 qui correspond aux composés de form ule généra le (I) dans laquelle R4 et R5 sont tous deux un atome d'hydrogène ;
- soit encore à une étape de C-alkylation, notée F sur la figure 2, par l'action d'une base forte (par exemple, de l'hydrure de sodium) et d'un halogénure R4X dans R4 est différent d'un atome d'hydrogène, pour obtenir le composé 7 dans lequel R4 et R5 sont tous deux différents d'un atome d'hydrogène.
Le composé 7 ainsi obtenu est ensuite soumis soit à une étape de monosaponification, notée G sur la figure 2, que l'on réalise par l'action d'une base forte comme dans la voie de synthèse 1, pour obtenir le composé 8 qui correspond aux composés de formule générale (I) da ns laquelle R4 et R5 sont tous deux différents d'un atome d'hydrogène, soit à une étape d'hydrolyse, notée étape H sur la figure 2, que l'on réalise par l'action d'un halogénure de triméthylsilyle comme dans la voie de synthèse 1, pour obtenir le composé 9 qui correspond aux composés de formule générale (I) da ns laquelle R4 est différent d'un atome d'hydrogène tandis que R5 représente un atome d'hydrogène.
1.2 - Synthèse du composé DOPNPB :
Le composé titre, qui répond à la form ule générale (I) dans laquelle R1 = R2 = R3 = π-octyle, R4 = H et R5 = π-butyle, est synthétisé en mettant en œuvre les étapes A, B, C, D et E de la voie de synthèse 1.
* Étape A :
Un mélange d'oxyde de bis-n-octylphosphine (5,2 g, 18,9 mmol) et de paraformaldéhyde (0,79 g, 26,3 mmol) dans 100 mL d'éthanol, avec une quantité
catalytique de sodium, est chauffé à reflux pendant 18 heures. Le mélange réactionnel est concentré par évaporation et 100 mL de NaHC03 saturé sont ajoutés. Ce mélange est ensuite extrait avec 2 x 100 mL d'éther éthylique. Les phases organiques sont combinées, lavées successivement au NaHC03 saturé (100 mL), à l'eau (100 mL) et à la saumure (100 mL), puis séchées sur MgS04. Après filtration et évaporation, on obtient le composé 2 dans lequel R1 = R2 = π-octyle, sous la forme d'une huile jaunâtre qui solidifie en un solide crémeux (Rdt : 93%). Les caractérisations de ce composé sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 49,3
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 3,75 (s, 2H, P-CH2-OH) ; 1,72 (m, 4H) ; 1,53 (m, 4H) ; 1,28-1,09 (m, 20H) ; 0,85 (m, 6H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 59,5 & 58,7 (d, JC-P= 74,7 Hz, P-CH2-OH) ; 31,8 ; 31,3 ; 31,2 ; 29,1 ; 26,1 ; 25,5 ; 22,6 ; 21,4 (CH2) ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour Ci7H3802P+ = 305,2609 ; trouvée = 305,2608
* Étape B :
Un mélange du composé 2 (1,47 g, 4,8 mmol) et de PCI5 (1,65 g, 7,9 mmol) dans 50 mL de toluène est chauffé à reflux pendant 2 heures. Après retour à la température ambiante, 100 mL de NaHC03 saturé sont ajoutés à 0°C. Le mélange est extrait avec 2 x 100 mL d'éther éthylique. Les phases organiques sont combinées, lavées successivement au NaHC03 saturé (100 mL), à l'eau (100 mL) et à la saumure (100 mL), puis séchées sur MgS04. Après filtration et évaporation, on obtient le composé 3 dans lequel R1 = R2 = π-octyle, sous la forme d'une huile jaunâtre (Rdt : 99%). Les caractérisations de ce composé sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 49,8
RMN 1 (400 MHz, CD Cl 3, 25°C) δ (ppm) : 3,54 (d, JP-H = 8,0 Hz, 2H, P-CH2-CI) ; 1,81 (m, 4H) ; 1,61 (m, 4H) ; 1,39 (m, 4H) ; 1,24 (m, 16H) ; 0,85 (t, JH-H = 6,9 Hz, 6H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 34,7 & 34,0 (d, JC-P= 62,7 Hz, P-CH2-OH) ; 31,8 ; 31,1 ; 30,9 ; 29,0 ; 26,1 ; 25,5 ; 22,6 ; 21,0 (CH2) ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour Ci7H370PCI+ = 323,2271 ; trouvée = 323,2273
* Étapes C, D et E :
L'étape C est réalisée en faisant réagir le composé 3 (2,7 mmol) avec le tri-n-butylphosphite (13,3 mmol) et en purifiant le milieu réactionnel par distillation (Kugelrohr, 160°C, 1 mbar). Elle conduit au composé 4 da ns lequel R1 = R2 = π-octyle et R5 = π-butyle (Rdt : 92%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 43,8 (0=P(Oct)2 CH2) ; 21,0 (0=P(OBu)2(CH2)) RMN 1H (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,04 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,33 (dd, JP-H = 19,2 Hz, 2H, P-CH2-P) ; 1,85 (m, 4H, 0=P-CH2-CH2) ; 1,61 (m, 8H) ; 1,35 (m, 8H) ; 1,23 (m, 16H) ; 0,87 (t, JH-H = 7,2 Hz, 6H, CH3) ; 0,83 (t, JH-H = 6,8 Hz, 6H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,6 (P-0-CH2-CH2) ; 32,9 ; 32,3 ; 31,6 ; 31,5 ; 28,0 ; 27,5 ; 26,7 ; 26,1 ; 23,1 ; 21,9 ; 19,3 (CH2) ; 14,6 ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C25H 5504P2 + = 481,3576 ; trouvée = 481,3570
L'étape D est réalisée en faisant réagir le composé 4 (2,6 mmol) avec l'iodure de n-octyle (3,9 mmol) et conduit au composé 5 dans lequel R1 = R2 = R3 = π-octyle et R5 = π-butyle (Rdt : 55%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 48,3 (0=P(Oct)2 CH) ; 25,7 (0=P(OBu)2(CH)) RMN 1H (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,00 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,02 (m, 1H, P- CH(Oct)-P) ; 1,91-1,77 (m, 6H) ; 1,62 (m, 8H) ; 1,43-1,18 (m, 36H) ; 0,93 (t, JH-H = 7,2 Hz, 6H, CH3) ; 0,83 (t, JH-H = 7,0 Hz, 9H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,0 ; 65,8 (P-0-CH2-CH2) ; 38,4 ; 36,7 (P- CH(Oct)-P) ; 32,6 ; 31,8 ; 31,4 ; 31,3 ; 31,1 ; 30,2 ; 29,6 ; 29,3 ; 29,2 ; 29,1 ; 28,6 ; 28,4 ; 27,7 ; 24,1 ; 22,6 ; 21,6 ; 21,5 ; 18,9 (CH2) ; 14,1 ; 13,6 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C33H7i04P2 + = 593,4828 ; trouvée = 593,4827
L'étape E est réalisée par action de la potasse éthanolique sur le composé 5 (1,4 mmol) et conduit au composé DOPNPB (Rdt : 99%) dont les caractérisations sont données ci-après. RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 54,0 (0=P(Oct)2CH(Oct)) ; 23,8 (0=P(OBu)(OH)(CH(Oct)))
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 3,96 (m, 2H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,03 (m, JP-H = 12,8 Hz, 1H, P-CH(Oct)-P) ; 1,95-1,43 (m, 12H) ; 1,39-1,18 (m, 34H) ; 0,83 (m, 12H, CH3) RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 65,1 (P-0-CH2-CH2) ; 32,7 ; 32,6 ; 31,8 ; 31,2 ; 31,1 ; 31,0 ; 29,9 ; 29,6 ; 29,3 ; 29,2 ; 26,9 ; 24,5 ; 22,7 ; 21,4 ; 18,9 (CH2) ; 14,1 ; 13,7 (CH3) HR-ESI-MS : calculée pour C29H6304P2 + = 537,4202 ; trouvée = 537,4205
1.3 - Synthèse du composé DOPNPiP :
Le composé titre, qui répond à la formule généra le (I) dans laquelle R1 = R2 = R3 = π-octyle, R4 = H et R5 = isopropyle, est synthétisé en mettant en œuvre les étapes A, B, C, D et E de la voie de synthèse 1.
Les éta pes A et B sont identiques aux étapes A et B décrites a u point 1.2 ci-avant.
L'étape C est réalisée en faisant réagir le composé 3 obtenu à l'étape B (2,2 mmol) avec le tri-isopropylphosphite (12 mmol) et en purifiant le milieu réactionnel par distillation (Kugeirohr, 160°C, 1 mbar). Elle conduit au composé 4 dans lequel R1 = R2 = π-octyle et R5 = isopropyle (Rdt : 91%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 44,4 (0=P(Oct)2CH2) ; 18,6 (0=P(0/Pr)2(CH2)) RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,70 (m, 2H, 0=P-0-CH-(CH3)2) ; 2,33 (dd, JP-H =
16.0 Hz, 2H, P-CH2-P) ; 1,86 (m, 4H, 0=P-CH2-CH2) ; 1,59 (m, 4H) ; 1,35-1,19 (m, 32H) ; 0,83 (t, VH-H = 6,8 HZ, 6H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 71,3 (P-0-CH(CH3)2) ; 31,8 ; 31,1 ; 31,0 ; 29,7 ;
29.1 ; 29,0 ; 22,6 ; 21,4 (CH2) ; 24,0 ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C23H5i04P2 + = 453,3263 ; trouvée = 453,3260
L'étape D est réalisée en faisant réagir le composé 4 (3,1 mmol) avec l'iodure de n-octyle (4,65 mmol) et conduit au composé 5 dans lequel R1 = R2 = R3 = π-octyle et R5 = isopropyle (Rdt : 25%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 49,1 (0=P(Oct)2CH) ; 23,3 (0=P(0/Pr)2(CH)) RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,70 (m, 2H, 0=P-0-CH-(CH3)2) ; 2,16-1,82 (m, 6H) ; 1,78-1,51 (m, 7H) ; 1,38-1,23 (m, 42H) ; 0,84 (t, JH-H = 6,7 Hz, 9H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 71,0 ; 70,7 (P-0-CH(CH3)2) ; 31,8 ; 31,5 ; 31,3 ; 31,1 ; 30,3 ; 29,6 ; 29,4 ; 29,3 ; 29,2 ; 29,1 ; 28,7 ; 28,3 ; 27,7 ; 24,2 ; 22,7 ; 21,6 (CH2) ; 39,3 ; 38,8 ; 38,0 ; 37,6 (P-CH(Oct)-P) ; 23,9(CH(CH3)2) ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C3iH6704P2 + = 565,4515 ; trouvée = 565,4520
L'étape E est réalisée par action de la potasse éthanolique sur le composé 5 (0,8 mmol) et conduit au composé DOPNPiP (Rdt : 99%) dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 49,3 (0=P(Oct)2CH(Oct)) ; 17,4 (0=P(0 Pr)(OH)(CH(Oct)))
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,8 (m, 1H, 0=P-0-CH-(CH3)2) ; 2,03 (m, 1H, P- CH(Oct)) ; 1,93-1,43 (m, 10H) ; 1,41-1,19 (m, 38H) ; 0,85 (m, 9H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 70,6 (P-0-CH-(CH3)2) ; 31,8 ; 31,2 ; 31,1 ; 31,0 ; 29,8 ; 29,6 ; 29,3 ; 29,2 ; 26,6 ; 26,0 ; 24,6 ; 22,6 ; 21,3 (CH2) ; 24,2 ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C28H6i04P2 + = 523,4045 ; trouvée = 523,4041
1.4 - Synthèse du composé DOPNPiP :
Le composé titre, qui répond à la formule générale (I) da ns laquelle R1 = R2 = R3 = π-octyle, R4 = H et R5 = isodécyle, est synthétisé en mettant en œuvre les étapes A, B, C, D et E de la voie de synthèse 1.
Les étapes A et B sont identiques aux étapes A et B décrites au point 1.2 ci-avant.
L'étape C est réalisée en faisant réagir le composé 3 obtenu à l'étape B (4,9 mmol) avec le tri-isodécylphosphite (20 mmol) et en purifiant le milieu réactionnel par chromatographie flash sur gel de silice (éluant : cyclohexane/acétate d'éthyle 50/50, v/v). Elle conduit au composé 4 dans lequel R1 = R2 = π-octyle et R5 = isodécyle (Rdt : 88%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 43,8 (0=P(Oct)2CH2) ; 21,0 (0=P(0 Dec)2(CH2)) RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,05 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,33 (dd, JP-H = 18,0 Hz, 2H, P-CH2-P) ; 1,85 (m, 4H, 0=P-CH2-CH2) ; 1,58 (m, 8H) ; 1,47-1,08 (m, 36H) ; 0,83 (m, 24H)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,9 ; 66,6 (P-0-CH2(CH2)6) ; 32,0 ; 31,4 ; 31,3 ; 30,0 ; 29,4 ; 29,3 ; 22,8 ; 21,6 (CH2) ; 19,5 (CH) ; 14,6 ; 14,1 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C37H7904P2 + = 649,5454 ; trouvée = 649,5455
L'étape D est réalisée en faisant réagir le composé 4 (3 mmol) avec l'iodure de n-octyle (4,5 mmol) et conduit au composé 5 dans lequel R1 = R2 = R3 = n- octyle et R5 = isodécyle (Rdt : 57%). Les caractérisations de ce composé sont données ci- après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 48,0 (0=P(Oct)2CH) ; 25,6 (0=P(0/Dec)2(CH)) RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,01 (m, 4H, 0=P-0-CH2-(CH2)6) ; 2,17 (m, 1H, P- CH(Oct)-P) ; 1,77-1,49 (m, 12H) ; 1,41-1,19 (m, 51 H) ; 0,83 (m, 26H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,7 ; 64,5 (P-0-CH2(CH2)6) ; 32,0 ; 31,7 ; 31,6 ; 31,5 ; 31,3 ; 30,5 ; 29,8 ; 29,6 ; 29,5 ; 29,4 ; 29,3 ; 28,3 ; 28,6 ; 27,9 ; 24,3 ; 22,8 ; 21,8 (CH2) ; 38,4 ; 37,8 ; 37,1 ; 36,4 (P-CH(Oct)P) ; 19,3 ; 19,1 (CH) ; 14,4 ; 14,3 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C45H9504P2 + = 761,6706 ; trouvée = 761,6707
L'étape E est réalisée par action de la potasse éthanolique sur le composé 5 (1,7 mmol) et conduit au composé DOPNPiD (Rdt : 94%) dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 54,1 (0=P(Oct)2CH(Oct)) ; 23,7 (0=P(0 Dec)(OH)(CH(Oct)))
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,02 (m, 2H, 0=P-0-CH2-(CH2)6) ; 2,01 (m, 1H, P- CH(Oct)-P) ; 1,91-1,19 (m, 52H) ; 0,86 (m, 18H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 65,6 ; 63,9 (P-0-CH-(CH2)6) ; 32,0 ; 31,5 ; 31,3 ; 30,2 ; 29,9 ; 29,4 ; 27,1 ; 24,8 ; 22,9 ; 21,7 (CH2) ; 19,5 (CH) ; 14,3 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C35H 7504P2 + = 621,5141; trouvée = 621,5138
1.5 - Synthèse du composé DEHPNPB :
Le composé titre, qui répond à la formule générale (I) ci-avant da ns laquelle R1 = R2 = 2-éthylhexyle, R3 = π-octyle, R4 = H et R5 = π-butyle, est synthétisé en mettant en œuvre les étapes A, B, C, D et E de la voie de synthèse 1.
* Étape A :
Un mélange d'oxyde de di-2-éthylhexylphosphine (1,4 g, 5,2 mmol), de paraformaldéhyde (0,18 g, 6 mmol), de K2CO3 (0,7 g, 5 mmol) dans 30 ml d'éthanol est placé sous agitation. Des ajouts supplémentaires de paraformaldéhyde et de K2CO3 sont introduits toutes les 24 heures jusqu'à ce que la réaction soit complète (ce qui est vérifié par RM N 31P). Puis, le mélange réactionnel est concentré par évaporation et 100 mL de NaHC03 saturé sont ajoutés. Le mélange est ensuite extrait avec 2 x 100 mL d'éther éthylique. Les phases organiques sont combinées, lavées successivement au NaHC03 saturé (100 mL), à l'eau (100 mL) et à la saumure (100 mL), puis séchées sur MgS04. Après filtration et évaporation, le produit est purifié par chromatographie flash sur colonne de gel de silice (éluant : cyclohexane/acétate d'éthyle 100/0 à 80/20, v/v), avec un contrôle par CCM en utilisant de l'acide phosphomolybdique en solution éthanolique comme révélateur. On obtient ainsi le composé 2 da ns lequel R1 = R2 = 2-éthylhexyle, sous la
forme d'une huile transparente (Rdt : 88%). Les caractérisations de ce composé sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 48,2
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 3,83 (s, 2H, P-CH2-OH) ; 1,80 (m, 2H) ; 1,66 (m, 4H) ; 1,55-1,35 (m, 8H) ; 1,27 (m, 8H) ; 0,87 (m, 12H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 60,4-59,6 (d, JC-P= 75,4 Hz, P-CH2-OH) ; 34,2 ; 34,1 (P-CH2-CH) ; 33,6 (P-CH2-CH) ; 31,0 ; 30,4 ; 28,5 ; 27,2 ; 22,9 (CH2) ; 14,3 ; 14,1 ; 10,5 ; 10,4 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour Ci7H3802P+ = 305,2609 ; trouvée = 305,2612 * Étape B :
Un mélange du composé 2 (3,47 g, 1 1 ,6 mmol) et de PCI5 (4,8 g,
23.0 mmol) da ns 100 m L de toluène est chauffé à reflux pendant 2 heures. Après retour à température ambiante, 150 mL de NaHC03 saturé sont ajoutés à 0°C. Le mélange est extrait avec 2 x 100 mL d'éther éthylique. Les phases organiques sont combinées, lavées successivement au NaHC03 saturé (100 mL), à l'eau (100 mL) et à la saumure (100 mL), puis séchées sur MgS04. Après filtration et évaporation, on obtient le composé 3 da ns lequel R1 = R2 = 2-éthylhexyle, sous la forme d'une huile incolore (Rdt : 99 %). Les caractérisations de ce composé sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 49,7
RMN 1 (400 MHz, CD Cl 3, 25°C) δ (ppm) : 3,55 (d, JP-H = 8,0 Hz, 2H, P-CH2-CI) ; 1,83 (m, 4H) ; 1,70 (m, 2H) ; 1,58-1,34 (m, 8H) ; 1,27 (m, 8H) ; 0,87 (m, 12H, CH2-CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 60,4 & 59,6 (d, JC-P= 75,4 Hz, P-CH2-OH) ; 34,2 ;
34.1 (P-CH2-CH) ; 33,6 (P-CH2-CH) ; 31,0 ; 30,4 ; 28,5 ; 27,2 ; 22,9 (CH2) ; 14,3 ; 14,1 ; 10,5 ; 10,4 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour Ci7H37OPCI+ = 323,2271 ; trouvée = 323,2274
* Étapes C, D et E :
L'étape C est réalisée en faisant réagir le composé 3 (3,3 mmol) avec le tri-n-butylphosphite (30 mmol) et en purifiant le milieu réactionnel par distillation (Kugelrohr, 160°C 1 mbar). Elle conduit au composé 4 dans lequel R1 = R2 = 2-éthylhexyle et R5 = π-butyle (Rdt : 90%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 43,3 (0=P(EtHex)2CH2) ; 21,3 (0=P(OBu)2(CH2)) RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,01 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,33 (dd, JP-H = 18,0 Hz, 2H, P-CH2-P) ; 1,85 (m, 6H) ; 1,61 (m, 4H) ; 1,51-1,29 (m, 12H) ; 1,24 (m, 8H) ; 0,88 (m, 18H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,2 (P-0-CH2-CH2) ; 34,8 ; 34,6 ; 34,2 ; 34,1 (CH2), 34,0 (CH) ; 33,9 ; 32,7 ; 32,5 ; 28,6 ; 28,5 ; 27,4 ; 27,2 ; 27,1 ; 23,1 ; 19,0 (CH2) ; 14,3 ; 13,7 ; 10,5 ; 10,4 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C25H 5504P2+ = 481,3576 ; trouvée = 481,3580
L'étape D est réalisée en faisant réagir le composé 4 (3 mmol) avec l'iodure de n-octyle (4,5 mmol) et conduit au composé 5 dans lequel R1 = R2 = 2-éthylhexyle, R3 = π-octyle et R5 = π-butyle (Rdt : 51%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 47,6 (0=P(EtHex)2CH(Oct)) ; 26,1 (0=P(OBu)2(CH(Oct)))
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,01 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,33 (dm, JP-H =
16,7 Hz, 1H, P-CH(Oct)-P) ; 2,02 (m, 2H) ; 1,83 (m, 4H) ; 1,62 (m, 8H) ; 1,48-1,19 (m, 30H) ; 0,88 (m, 21H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,5 ; 66,4 ; 66,1 ; 66,0 (P-0-CH2-CH2) ; 39,9 ;
39,6 ; 38,8 ; 38,6 ; 38,3 ; 38,2 (P-CH(Oct)-P) ; 34,7 ; 34,6 ; 34,4 ; 34,1 ; 33,8 ; 33,2 ; 33,1 ;
33,0 ; 32,6 ; 32,5 ; 32,4 ; 30,6 ; 30,0 ; 29,8 ; 29,1 ; 29,0 ; 28,9 ; 27,7 ; 27,5 ; 24,6 ; 23,5 ;
23,2 ; 19,4 (CH2) ; 34,5 ; 34,2 (CH) ; 14,6 ; 14,1 ; 10,9 ; 10,7 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C33H7i04P2+ = 593,4828 ; trouvée = 593,4822
L'étape E est réalisée par action de la potasse éthanolique sur le composé 5 (1,1 mmol) et conduit au composé DEHPNPB (Rdt : 90%) dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 56,2 (0=P(EtHex)2CH(Oct)) ; 23,4 (0=P(OBu)(OH) (CH(Oct)))
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,10 (m, 2H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,07 (m, JP-H =
15.8 Hz, 1H, P-CH(Oct)-P) ; 1,92-1,77 (m, 4H) ; 1,68-1,19 (m, 36H) ; 0,83 (m, 18H, CH3) RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 65,4 (P-0-CH2-CH2) ; 34,1 ; 34,0 ; 33,0 ; 32,0 ;
29.9 ; 29,4 ; 29,0 ; 28,5 ; 27,5 ; 27,3 ; 25,1 ; 23,1 ; 22,8 ; 19,1 (CH2) ; 33,5 (CH) ; 14,3 ; 13,8 ; 10,7 ; 10,6 ; 10,4 ; 10,3 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C29H6304P2 + = 537,4202 ; trouvée = 537,4206 1.6 - Synthèse du composé DEHPNPiD :
Le composé titre, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 = R2 = 2-éthylhexyle, R3 = π-octyle, R4 = H et R5 = isodécyle, est synthétisé en mettant en œuvre les étapes A, B, C, D et E de la voie de synthèse 1.
Les étapes A et B sont identiques aux étapes A et B décrites a u point 1.5 ci-avant.
L'étape C est réalisée en faisant réagir le composé 3 (4,2 mmol) obtenu à l'étape B avec le tri-isodécylphosphite (17,5 mmol) et en purifiant le milieu réactionnel par chromatographie flash (éluant : cyclohexane/acétate d'éthyle 30/70, v/v). Elle conduit au composé 4 dans lequel R1 = R2 = 2-éthylhexyle et R5 = isodécyle (Rdt : 83%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 43,9 (0=P(EtHex)2CH2) ; 21,2 (0=P(0/Dec)2(CH2))
RMN 1 (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,04 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,40 (dd, JP-H = 17,6 Hz, 2H, P-CH2-P) ; 1,85 (m, 6H) ; 1,62-1,09 (m, 36H) ; 0,84 (m, 30H)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 67,3, 66,9 (P-0-CH2(CH2)5) ; 35,1 ; 34,6 ; 34,5 ;
34.4 ; 30,1 ; 29,9 ; 29,8 ; 29,0 ; 28,9 ; 27,7 ; 27,6 ; 27,4 ; 27,3 ; 23,5 ; 23,2 (CH2) ; 34,1 ; 19,8 (CH) ; 14,9 ; 14,8 ; 10,8 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C37H7904P2 + = 649,5454 ; trouvée = 649,542
L'étape D est réalisée en faisant réagir le composé 4 (3,5 mmol) avec l'iodure de n-octyle (5,25 mmol) et conduit au composé 5 dans lequel R1 = R2 = 2- éthylhexyle, R3 = π-octyle et R5 = isodécyle (Rdt : 51%) et dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 46,9 (0=P(EtHex)2CH) ; 26,0 (0=P(0/Dec)2(CH)) RMN 1H (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,01 (m, 4H, 0=P-0-CH2-CH2) ; 2,19 (m, JP-H = 18,9 Hz, 1H, P-CH(Oct)-P) ; 2,02 (m, 2H) ; 1,81 (m, 6H) ; 1,68-1,01 (m, 48H) ; 0,84 (m, 33H) RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,5 ; 66,1 ; 64,8 ; 64,4 (P-0-CH2(CH2)6) ; 37,7 ; 37,4 ; 37,1 (P-CH(Oct)-P) ; 34,4 ; 34,1 ; 33,6 ; 33,0 ; 32,3 ; 32,1 ; 30,4 ; 29,8 ; 29,6 ; 29,5 ; 28,8 ; 28,7 ; 28,6 ; 27,5 ; 27,4 ; 27,3 ; 27,2 ; 27,1 ; 24,3 ; 23,2 ; 22,9 (CH2) ; 34,2 ; 33,9 ;
19.5 ; 19,4 (CH) ; 14,3 ; 10,6 ; 10,4 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C45H9504P2 + = 761,6706 ; trouvée = 761,6700 L'étape E est réalisée par action de la potasse éthanolique sur le composé 5 (1,6 mmol) et conduit au composé DEHPNPiD (Rdt : 92%) dont les caractérisations sont données ci-après.
RMN 31P (162 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 55,3 (0=P(EtHex)2CH(Oct)) ; 23,6 (0=P(0/Dec)(OH)(CH(Oct)))
RMN 1H (400 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 4,08 (m, 2H, 0=P-0-CH2-(CH2)6) ; 2,05 (m, 1H, P- CH(Oct)-P) ; 1,91-1,19 (m, 43H) ; 0,86 (m, 27H, CH3)
RMN 13C (100 MHz, CDCI3, 25°C) δ (ppm) : 66,0 ; 64,5 (P-0-CH-(CH2)6) ; 34,5 ; 34,4 ; 34,2 ; 32,0 ; 31,3 ; 31,0 ; 30,1 ; 29,9 ; 29,5 ; 28,9 ; 28,7 ; 28,6 ; 28,5 ; 27,4 ; 27,2 ; 25,2 ; 23,1 ; 22,8 (CH2) ; 34,0 ; 33,7 ; 19,5 (CH) ; 14,3 ; 10,6 ; 10,5 ; 10,4 (CH3)
HR-ESI-MS : calculée pour C35H 7504P2 + = 621,5141 ; trouvée = 621,5136
EXEMPLE II : PROPRIÉTÉS DES COMPOSÉS SELON L'INVENTION ll.l - Capacité des composés selon l'invention à extraire ruranium(VI) d'une solution synthétique d'U-Fe dans H3PO4 5 M :
La capacité des composés synthétisés dans l'exemple I ci-avant à extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique est tout d'abord testée sur une solution aqueuse synthétique ne comprenant que de l'uranium et du fer comme éléments métalliques, et comparée à celle que présentent, dans les mêmes conditions expérimentales, le méla nge synergique HDEHP/TOPO de référence d'une pa rt, et des composés, respectivement dénommés ci-après DOPM PiD, DOPMPiP, DOPM PB, DEHPM PB et DEHPM PiD, qui ne diffèrent structurellement des composés selon l'invention testés qu'en ce que l'atome de carbone du pont méthylène reliant les groupes oxyde de phosphine et phosphonate ne comporte aucune substitution, d'autre part.
La solution aqueuse synthétique utilisée dans le cadre de ces tests d'extraction comprend 250 mg/L d'U(VI), 2,5 g/L de Fe(l l l) et 5 mol/L d'acide phosphorique.
Les tests d'extraction sont réalisés en mettant en contact, dans des tubes, un volume de 1 à 2 mL de cette solution synthétique avec un volume identique de solutions organiques comprenant l'un des composés ou le mélange synergique HDEHP/TOPO, dilué dans du π-dodécane à hauteur de 0,1 mol/L, pendant 1 heure, sous agitation et à la température de 21-22°C. Après quoi, les phases aqueuses et organiques sont séparées les unes des autres par décantation gravitaire en moins de 3 minutes.
Les concentrations de l'uranium et du fer sont mesurées par spectrométrie d'émission optique à plasma induit (ICP-OES) :
- dans la solution synthétique avant qu'elle ne soit mise en contact avec les solutions organiques mais après dilution pour ramener ses concentrations en uranium et en fer à des valeurs mesurables (0 à 20 ppm) ; et
- dans les phases aqueuses une fois séparées des phases organiques, également après dilution de ces phases aqueuses.
Pour les composés pour lesquels une troisième phase, liquide ou solide, ne s'est pas formée au cours des tests d'extraction, la possibilité de récupérer quantitativement en phase aqueuse l'uranium(VI) ayant été extrait est également testée.
Pour ce faire, les phases organiques obtenues à l'issue des tests d'extraction sont mises en contact dans des tubes, volume à volume, avec une solution aqueuse comprenant 0,5 mol/L de (NH4)2C03. Le contact est maintenu pendant 1 heure, sous agitation et à la température de 21-22°C. Après quoi, les phases aqueuses et organiques sont séparées les unes des autres par décantation gravitaire en moins de 3 minutes et les phases aqueuses sont soumises à une analyse par spectrométrie d'émission optique Par torche à plasma (ICP-OES) pour mesurer leur concentration en uranium.
Les résultats de ces tests sont présentés dans le tableau I ci-après, dans lequel sont indiqués les structures chimiques des différents composés testés, les coefficients de distribution de l'uranium et du fer, respectivement notés Du et DFe, obtenus à l'extraction pour le mélange HDEHP/TOPO et pour chacun des composés testés ainsi que la formation éventuelle d'une troisième phase à l'extraction ou à la désextraction.
Tableau I
/'Dec = isodécyle ; EtHex
Ce tableau montre que les composés selon l'invention présentent une capacité à extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique bien supérieure à celles que présente le mélange synergique HDEHP/TOPO.
Il montre également que des composés, qui ne diffèrent des composés selon l'invention que par l'absence de substituant sur le pont méthylène reliant les groupes oxyde de phosphine et phosphonate, non seulement présentent une affinité moindre pour l'uranium(VI) que les composés selon l'invention mais conduisent de plus à la formation d'une troisième phase soit à l'extraction, soit à la désextraction, ce qui les rend impropres à une utilisation dans un procédé destiné à extraire l'uranium(VI) de solutions aqueuses d'acide phosphorique à une échelle industrielle.
Par ailleurs, il résulte des tests de désextraction qu'une solution aqueuse d'un ou plusieurs carbonates tel qu'une solution aqueuse de carbonate d'ammonium permet de désextraire d'une phase organique comprenant un composé selon l'invention la totalité de l'uranium(VI) ayant été extrait dans cette phase. Il est donc possible de récupérer quantitativement en phase aqueuse l'uranium ayant été extrait en utilisant un composé selon l'invention comme extractant.
11.2 - Capacité des composés selon l'invention à extraire ruranium(VI) de solutions synthétiques à 10 éléments métalliques dans H3PO4 5 M :
Afin de mieux s'approcher des conditions rencontrées lors de l'extraction de l'uranium(VI) de jus de lixiviation de phosphates naturels par l'acide sulfurique, des tests d'extraction sont réalisés en utilisant :
comme phase aqueuse : une solution aqueuse synthétique comprenant 250 mg/L de chacun des éléments métalliques suivants : uranium(VI), fer(lll), molybdène(VI), cérium(lll), lanthane(lll), gadolinium(lll), ytterbium(lll), néodyme(lll), titane(IV) et zirconium(IV) et 5 mol/L d'H3P04 ; et
comme phases organiques : des solutions comprenant 0,1 mol/L de l'un des composés suivants : DEHPNPB, DEHPNPiD, DOPNPiD, DOPNPiP et DOPNPB, dans du n-dodécane.
Les tests d'extraction sont réalisés en mettant en contact, dans des tubes, un volume de 1 à 2 mL de la solution aqueuse avec un volume identique d'une solution organique comprenant l'un des composés testés dilué dans du π-dodécane à hauteur de 0,1 mol/L, pendant 1 heure, sous agitation et à la température de 21-22°C. Après quoi, les phases aqueuses et organiques sont séparées les unes des autres par décantation gravitaire en moins de 3 minutes.
Les concentrations de chacun des éléments métalliques sont mesurées par ICP-OES :
- dans la solution aqueuse avant qu'elle ne soit mise en contact avec les solutions organiques mais a près dilution pour ramener ses concentrations en uranium et en fer à des valeurs mesurables (0 à 20 ppm) ; et
- dans les phases aqueuses une fois séparées des phases organiques, également après dilution de ces phases aqueuses.
Le tableau I I ci-après présente, pour chacun des composés testés, les coefficients de distribution de l'uranium, du fer, du molybdène, du cérium, du lanthane, du gadolinium, de l'ytterbium, du néodyme, du titane et du zirconium, respectivement notés Du, ÛFe, DMO, Dce, Di_a, DGCI, Dyb, DNCI, DTÎ et Dzr, qui sont obtenus à partir des concentrations ainsi mesurées.
Sont également précisés dans ce tableau les coefficients de distribution desdits éléments qui sont obtenus dans les mêmes conditions expérimentales avec le mélange synergique HDEHP/TOPO de référence.
Tableau II
Ce tableau confirme l'excellente aptitude des composés selon l'invention à extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique même en présence de nombreux autres éléments métalliques. 11.3 - Sélectivité de l'extraction de l'uranium (VI) vis-à-vis du fer :
La sélectivité de l'extraction de l'uranium(VI) vis-à-vis du fer est appréciée en réalisant deux tests d'extraction, respectivement dénommés ci-après « test 1 » et « test 2 », en suivant le même protocole opératoire que celui décrit aux points l l.l et 11.2 ci-avant, mais en utilisant comme phases aqueuses :
test 1 : une solution aqueuse d'acide phosphorique réelle, c'est-à-dire issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique, dopée avec l g/L d'uranium(VI), et comprenant 4,5 mol/L d'acide phosphorique, 1,175 g/L d'uranium(VI), 5,1 g/L de fer(ll l) ainsi que de nombreux autres éléments métalliques ; et
test 2 : une solution aqueuse identique à la précédente à ceci près qu'elle est dopée avec 50 kBq/mL de 59Fe.
La phase organique utilisée est, elle, une solution comprenant le composé DEHPNPB, à une concentration de 0,1 mol/L dans du n-dodécane.
Dans le test 1, les concentrations de l'uranium et du fer sont mesurées par spectrométrie d'émission atomique par torche à plasma (ICP-AES) dans la phase aqueuse avant et après contact avec la phase organique tandis que, dans le test 2, les activités volumiques du Fe 59 sont mesurées par spectrométrie gamma dans les phases aqueuse et organique à l'équilibre.
Les coefficients de distribution, notés D, de l'uranium et du fer ainsi que le facteur de séparation entre ces deux éléments, noté FSu/Fe, qui sont obtenus à partir des concentrations ainsi mesurées sont présentés dans le tableau II I ci-après.
Tableau II I
Ce tableau montre que le composé DEHPNPB présente, à une concentration de 0,1 mol/L dans le π-dodécane, une capacité à extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique issue de la lixiviation d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique comparable à celle observée pour une solution aqueuse synthétique.
I l montre éga lement que le composé DEHPNPB présente une excellente sélectivité pour l'uranium(VI) vis-à-vis du fer susceptible d'être présent da ns une solution aqueuse d'acide phosphorique issue de la lixiviation d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique.
11.4 - Comparaison des propriétés extractantes d'un composé selon l'invention avec celles du composé DEHCNPB de la référence [8] :
Deux tests d'extraction, respectivement dénommés ci-après « test 1 » et
« test 2 », sont réalisés pour comparer les propriétés extractantes d'un composé selon l'invention, en l'espèce le composé DEHPNPB, avec celles que présente le composé DEHCNPB décrit dans la référence [8], en suivant le même protocole opératoire que celui décrit aux points l l .l à 11.3 ci-avant, mais en utilisant comme phases aqueuses :
test 1 : une solution aqueuse d'acide phosphorique synthétique comprenant 1 g/L d'uranium, 3,5 g/L de fer et 5 mol/L d'acide phosphorique ; et
test 2 : une solution aqueuse identique à la précédente à ceci près qu'elle est dopée avec 50 kBq/mL de 59Fe.
La phase organique utilisée est une solution comprenant soit le composé DEHPNPB, à une concentration de 0,1 mol/L da ns du π-dodécane, soit le composé DEHCNPB, à une concentration de 0,1 mol/L dans du TPH.
Dans le test 1, les concentrations de l'uranium et du fer sont mesurées par spectrométrie d'émission atomique par torche à plasma (ICP-AES) dans la phase aqueuse avant et après contact avec la phase organique tandis que, dans le test 2, les activités volumiques de 59Fe sont mesurées par spectrométrie gamma dans les phases aqueuse et organique à l'équilibre.
Les coefficients de distribution, notés D, de l'uranium et du fer ainsi que le facteur de séparation entre ces deux éléments, noté FSu/Fe, sont obtenus à partir des concentrations ainsi mesurées et sont présentés dans le tableau VI ci-après.
Tableau VI
Ce tableau montre que le composé DEHPNPB extrait mieux l'uranium(VI) d'une solution aqueuse synthétique d'acide phosphorique que son homologue amidophosphonate DEHCNPB. Cependant, cette capacité à mieux extraire l'uranium(VI) s'accompagne d'une extraction également plus importante du fer. Néanmoins, ce fer peut ensuite être éliminé de la phase organique par lavage de cette phase avec une solution aqueuse acide telle qu'une solution aqueuse d'acide sulfurique ou d'oxalate d'ammonium.
Le fait que l'uranium(VI) soit plus fortement extrait d'une solution aqueuse d'acide phosphorique par le composé DEHPNPB permet d'envisager la possibilité d'utiliser ce composé pour récupérer l'uranium(VI) à partir de solutions aqueuses
présentant des concentrations en acide phosphorique supérieures à 8 mol/L si on le souhaite.
RÉFÉRENCES CITÉES
[1] Hurst et al., Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development
1972, 11(1), 122-128
[2] FR-A-2 396 803
[3] FR-A-2 596 383
[4] US-A-4,316,877
[5] US-A-4,460,548
[6] US-A-4,464,346
[7] FR-A-2 604 919
[8] WO-A-2013/167516
Claims
1. Composé qui répond à la formule générale (I) ci-après:
dans laquelle :
R1 et R2, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone ;
R3 représente un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ;
R4 représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; et
R5 représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 10 atomes de carbone.
2. Composé selon la revendication 1, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone.
3. Composé selon la revendication 2, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 et R2 sont identiques entre eux et représentent chacun un groupe alkyle ramifié, comprenant de 8 à 10 atomes de carbone, de préférence 2-éthylhexyle.
4. Composé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R3 représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone.
5. Composé selon la revendication 4, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R3 représente un groupe alkyle linéaire comprenant de 8 à 10 atomes de carbone, de préférence n-octyle.
6. Composé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R4 représente un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence un atome d'hydrogène.
7. Composé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R5 représente un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 10 atomes de carbone, de préférence un groupe n-butyle.
8. Composé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, qui est choisi parmi :
le composé qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représentent chacun un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe n-butyle ;
le composé qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représentent chacun un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe isopropyle ;
le composé qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représente chacun un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe isodécyle ;
le composé qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 et R2 représentent chacun un groupe 2-éthylhexyle, R3 représente un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe n-butyle ; et
le composé qui répond à la formule générale (I) dans laquelle R1 et R2 représente chacun un groupe 2-éthylhexyle, R3 représente un groupe n-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe isodécyle.
9. Composé selon la revendication 8, qui répond à la formule générale
(I) dans laquelle R1 et R2 représentent chacun un groupe 2-éthylhexyle, R3 représente un groupe π-octyle, R4 représente un atome d'hydrogène et R5 représente un groupe n-butyle.
10. Utilisation d'un composé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 9, en tant que ligand de l'uranium(VI).
11. Utilisation selon la revendication 10, dans laquelle le composé est utilisé pour extraire l'uranium(VI) d'une solution aqueuse d'acide phosphorique.
12. Utilisation selon la revendication 11, dans laquelle la solution aqueuse comprend de 3 mol/L à 8 mol/L d'acide phosphorique.
13. Utilisation selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans laquelle la solution aqueuse est issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique.
14. Procédé de récupération de l'uranium présent dans une solution aqueuse d'acide phosphorique issue de l'attaque d'un phosphate naturel par l'acide sulfurique, lequel procédé comprend :
a) une extraction de l'uranium, à l'état d'oxydation VI, de la solution aqueuse par mise en contact de la solution aqueuse avec une phase organique comprenant un composé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 9, puis séparation de la solution aqueuse de la phase organique ;
b) un lavage de la phase organique obtenue à l'issue de l'étape a) par mise en contact de la phase organique avec une solution aqueuse acide, puis séparation de la phase organique de la solution aqueuse ; et
c) une désextraction de l'uranium(VI) présent dans la phase organique obtenue à l'issue de l'étape b) par mise en contact de la phase organique avec une solution aqueuse comprenant au moins un carbonate, puis séparation de la phase organique de la solution aqueuse.
15. Procédé selon la revendication 14, qui comprend de plus, entre l'étape b) et l'étape c), un lavage de la phase organique obtenue à l'issue de l'étape b) par de l'eau.
16. Procédé selon la revendication 14 ou la revendication 15, dans lequel la phase organique de l'étape a) comprend le composé à une concentration de 0,01 mol/L à 0,25 mol/L dans un diluant organique.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel la solution aqueuse d'acide phosphorique de l'étape a) comprend de 3 mol/L à 8 mol/L d'acide phosphorique.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel la solution aqueuse acide de l'étape b) comprend de 0,1 mol/L à 6 mol/L d'acide sulfurique ou 0,3 mol/L d'oxalate d'ammonium.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel la solution aqueuse de carbonate(s) de l'étape c) comprend de 0,1 mol/L à 1 mol/L de carbonate(s).
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