FR3075198A1 - Procede d'hydroxylation d'un compose aromatique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'hydroxylation d'un composé aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy, comprenant une étape (a) de réaction dudit composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde d'hydrogène en présence d'un catalyseur, dans un solvant comprenant de l'eau, un alcool, ou un mélange d'alcools.
Description
PROCÉDÉ D’HYDROXYLATION D’UN COMPOSÉ AROMATIQUE
La présente invention concerne un procédé d’hydroxylation d’un composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy par réaction dudit composé aromatique avec du peroxyde d’hydrogène en présence d’un catalyseur.
Les composés aromatiques hydroxylés sont importants dans le domaine de la synthèse organique. Différentes voies de synthèse de ces produits ont été développées au cours du temps, en particulier par hydroxylation du phénol en présence d’un catalyseur. Par exemple, la réaction d’hydroxylation du phénol conduit à la production de deux isomères, à savoir le 1,4-dihydroxybenzène ou hydroquinone (HQ) et le 1,2-dihydroxybenzène ou catéchol (PC), qui sont des composés ayant un fort potentiel industriel. Ces composés aromatiques hydroxylés sont utilisés dans de nombreux domaines d’applications telles que les inhibiteurs de polymérisation, les agents pharmaceutiques, les agents agrochimiques, la parfumerie ou l’industrie alimentaire.
Compte tenu de ce large domaine d’exploitation, il est nécessaire de fabriquer ces produits à l’échelle industrielle et de disposer de procédés de fabrication optimisés.
Conventionnellement, des composés aromatiques dihydroxylés sont produits par hydroxylation de phénol avec du peroxyde d’hydrogène en présence d’un catalyseur acide qui est un acide protique fort (voir FR 2 071 464) ou en présence d’un catalyseur solide présentant des propriétés acides tel que, par exemple, un catalyseur solide présentant des propriétés acides telles que, par exemple, une zéolite TS-1 (FR 2 489 816), ou une zéolite titanosilicalite MEL (EP 1 131 264), une zéolite titanosilicalite MFI (EP 1 123 159) ou une zéolite MCM-22.
Une des difficultés de ces procédés est généralement d’optimiser la productivité de la réaction pour répondre à la demande desdits composés aromatiques hydroxylés. Les paramètres optimisés peuvent comprendre les rendements de réaction, le rapport entre les isomères aromatiques hydroxylés, ou l’efficacité énergétique de la réaction.
Afin de répondre à ce problème général de productivité, de nombreux documents mentionnent des conditions de réaction spécifiques. Par exemple, la nature du solvant ou des solvants utilisés pour la réaction est décrite dans la publication scientifique de Thangaraj et al., Indian Journal ofChemistry, vol. 33A, Mars 1994, p. 255-258.
-2Dans ces circonstances, la présente invention résout le problème de fournir un procédé de production d’un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy, de préférence de production d’un composé aromatique monohydroxylé, le procédé étant hautement sélectif pour un isomère par rapport à l’autre isomère, tout en limitant la quantité de sous-produits formés et en maintenant un rendement élevé et une productivité élevée. La réaction de la présente invention peut également être ajustée afin de sélectionner l’isomère majeur. En effet, suivant l’utilisation finale du composé aromatique hydroxylé, un seul isomère peut être requis. Par exemple, pour la synthèse de guaifénésine, de vanilline ou d’éthylvanilline, le guaiacol ou le guéthol seraient nécessaires, qui sont les produits orthohydroxylés respectifs de l’anisole et du phénétol, tandis que pour des fonctionnalités d’inhibiteur de polymérisation, le para-méthoxyphénol serait utilisé, qui est un produit de para-hydroxylation de l’anisole.
La présente invention concerne un procédé d’hydroxylation d’un composé aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy, comprenant une étape (a) de réaction dudit composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde d’hydrogène en présence d’un catalyseur, dans un solvant comprenant de l’eau, un alcool, ou un mélange d’alcools.
Un autre objet de la présente invention concerne un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy pouvant être obtenu par le procédé de la présente invention.
Dans la présente description, et sauf indication contraire, l’expression « compris entre ... et... » inclut les limites.
Dans la présente description, et sauf indication contraire, l’expression « alkyle » désigne une chaîne hydrocarbonée linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, comprenant de 1 à 6 atomes de carbone.
Dans la présente description, et sauf indication contraire, l’expression « alcoxy » représente un groupe alkyle lié à un atome d’oxygène : R-O.
Un premier aspect de la présente invention concerne un procédé d’hydroxylation d’un composé aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy, comprenant l’étape (a) de réaction dudit composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde
-3d’hydrogène en présence d’un catalyseur, dans un solvant comprenant de l’eau, un alcool ou un mélange d’alcools.
L’étape (a) est une réaction d’hydroxylation d’un composé aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy. L’étape (a) conduit typiquement à la formation de composés aromatiques hydroxylés sous la forme d’isomères. Avantageusement, le procédé selon la présente invention permet de prévoir le rapport entre les isomères.
Le composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy selon la présente invention est un composé de formule (I) dans lequel R est un groupe alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé comprenant de 1 à 6 atomes de carbone, de préférence R est choisi dans le groupe constitué de méthyle, éthyle, isopropyle, butyle, tert-butyle, de manière préférée le groupement R est choisi dans le groupe constitué de méthyle ou éthyle.
--OR
O
Formula (I)
Dans un aspect préféré de la présente invention, le composé de formule (I) est substitué par 1 ou 2 groupes alcoxy, dans un aspect préféré, le composé de formule (I) est substitué par 1 groupe alcoxy. Par conséquent, dans un aspect préféré de la présente invention, le composé de formule (I) est choisi dans le groupe constitué de l’anisole ou du phénétol.
Lacultativement, le composé de formule (I) peut être substitué par d’autres groupes, par exemple le composé aromatique substitué comprenant au moins un groupe alcoxy peut comprendre en outre un groupe alkyle facultativement substitué par des hétéroatomes. Par exemple, le composé de formule (I) peut être substitué une, deux, trois ou quatre fois par un groupe choisi parmi méthyle, éthyle, propyle, butyle.
Lorsque le composé de formule (I) est l’anisole ou le phénétol, les réactions et produits sont décrits dans le schéma 1 :
-4Λ
Anisole
H2O2
Λ
Phenetol h2o2
+ H2O
+ h2o
Schéma 1
La réaction d’hydroxylation (étape(a)) permet, dans le cas de Γanisole, de produire un mélange de guaiacol (GA) et de para-méthoxyphénol (PMP), et dans le cas du phénétol, de produire un mélange de guétol (GE) et de para-éthoxyphénol (PEP). Plus généralement la réaction d’hydroxylation permet la production de mélange d’ortho-alcoxyphénol et de paraalcoxyphénol. Avantageusement, le procédé selon la présente invention permet de sélectionner le rapport ortho/para souhaité. De préférence, le rapport ortho/para est inférieur à 1, plus préférablement inférieur ou égal à 0,7, encore plus préférablement inférieur ou égal à 0,4, et de manière préférée entre toutes inférieur ou égal à 0,2. Dans un mode de réalisation préféré, le rapport molaire GA/PMP est inférieur à 1, plus préférablement inférieur ou égal à 0,7, encore plus préférablement inférieur ou égal à 0,4, et de manière préférée entre toutes inférieur ou égal à 0,2. Dans un autre mode de réalisation préféré, le rapport molaire GE/PEP est inférieur à 1, plus préférablement inférieur ou égal à 0,7, encore plus préférablement inférieur ou égal à 0,4, et de manière préférée entre toutes inférieur ou égal à 0,2.
La présente invention peut être conduite par l’un quelconque parmi un procédé discontinu, un procédé semi-discontinu et un procédé à flux continu. Différents types de réacteur peuvent être utilisé pour conduire le procédé selon l’invention. Avantageusement, le procédé selon l’invention est conduit dans un réacteur agité ou une cascade de réacteurs agités ou, en variante, dans un réacteur à écoulement piston, par exemple un réacteur tubulaire placé horizontalement, verticalement ou incliné. De préférence, le catalyseur de la présente invention est un catalyseur hétérogène, de préférence une zéolite comprenant du titane et, plus préférablement, une zéolite titanosilicate, de préférence choisie dans le groupe constitué de MFI, MEL, TS-1, TS-2, Ti-MWW, T1-MCM68, et encore plus préférablement TS-1. De préférence, la zéolite a un rapport molaire Ti/(Ti+Si) de 0,0001 à 0,10 et de
-5préférence de 0,0001 à 0,05, par exemple de 0,005 à 0,04. Le titanosilicalite peut être préparé par un procédé publiquement connu quelconque. Bien que le catalyseur au titanosilicate puisse être utilisé tel quel, celui-ci peut être utilisé après avoir été moulé. En tant que procédé pour mouler le catalyseur, le moulage par extrusion, la fabrication de comprimés, la granulation par culbutage, la granulation par pulvérisation ou similaire est généralement utilisé. Lorsque le catalyseur est utilisé dans le procédé à lit fixe, le moulage par extrusion ou la fabrication de comprimés est préférable. Dans le cas du procédé à lit en suspension, la granulation par pulvérisation est préférable et, comme décrit dans, par exemple, US 4 701 428, un procédé comprenant le mélange d’une suspension de titanosilicate préparée à l’avance avec un liant, par exemple la silice ou l’alumine et la conduite d’une granulation par pulvérisation en utilisant un séchoir à pulvérisation est un procédé général.
Avantageusement, si la réaction est conduite en suspension concentrée, la quantité du catalyseur au titanosilicate utilisé est de préférence dans la plage de 0,1 à 30 % en masse, plus préférablement 0,5 à 20 % en masse, et de manière préférée entre toutes 1 to 20 % en masse en termes de rapport externe sur la base de la masse totale du milieu de réaction. Lorsque la quantité du catalyseur n’est pas inférieure à 0,1 % en masse, de préférence pas inférieure à 0,5 % en masse, plus préférablement pas inférieure à 1 % en masse, la réaction est complète dans un temps court et la productivité est augmentée, de sorte qu’une telle quantité est préférable. Lorsque la quantité de celui-ci n’est pas supérieure à 30 % en masse, de préférence pas supérieure à 20 % en masse, la quantité du catalyseur devant être séparée et récupérée est faible, de sorte qu’une telle quantité est préférable.
De préférence, l’agent oxydant est utilisé dans un rapport molaire par rapport au composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy, de de 0,005 à 0,60, de préférence de 0,05 à 0,50 et encore plus préférablement de 0,15 à 0,35. Bien que la concentration de peroxyde d’hydrogène utilisée ne soit pas spécifiquement restreinte, une solution aqueuse usuelle ayant une concentration de 30 % peut être utilisée, ou une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène d’une concentration supérieure peut être utilisée telle quelle ou peut être utilisée après avoir été diluée avec un solvant qui est inerte dans le système de réaction. Des exemples du solvant utilisé pour la dilution comprennent un alcool, de préférence choisi dans le groupe constitué du méthanol, de l’éthanol, de l’isopropanol, du n-butanol ou du tert-butanol et de l’eau. Suivant le choix du mode de réaction, le peroxyde d’hydrogène peut être ajouté en une fois ou peut être ajouté petit à petit sur une longue durée.
Avantageusement, le procédé de la présente invention est conduit dans un solvant comprenant de l’eau, un alcool ou un mélange d’alcools. De préférence, l’alcool est choisi
-6parmi des alcools ayant 1 à 6 atomes de carbone, de préférence des alcools comprenant un atome de carbone tertiaire ou quaternaire. Des exemples d’alcools comprenant un atome de carbone tertiaire ou quaternaire comprennent le tert-butanol, le 2-méthyl-l-propanol, le 2méthyl-l-butanol, le 3-méthyl-l-butanol, le 2,2-diméthylpropanol, le 2-méthyl-2-butanol et le 3-méthyl-2-butanol. Parmi ceux-ci, le tert-butanol, le 2,2-diméthyl-l-propanol et l’isopropanol sont préférables. Le solvant peut être utilisé seul ou en présence d’un co-solvant. Le co-solvant peut être choisi parmi l’eau, l’acétone, l’acétonitrile, le 1,4-dioxane ou un autre alcool, de préférence choisi dans le groupe constitué du méthanol, de l’éthanol, de l’isopropanol, du n-propanol, du n-butanol ou du tert-butanol. Avantageusement, le rapport en masse entre le solvant et le co-solvant utilisé dans la réaction est comprise entre 1:99 et 99:1, de préférence entre 10:90 et 90:10. La quantité de l’alcool ou mélange d’alcools utilisée est de préférence dans la plage de 1 à 90 % en masse, plus préférablement 3 à 50 % en masse, sur la base de la masse totale du liquide de réaction.
La quantité d’eau utilisée dans la présente invention peut être l’eau contenue dans la solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène. La quantité d’eau est, de préférence, dans la plage de 5 à 90 % en masse, plus préférablement dans la plage de 8 à 90 % en masse, encore plus préférablement dans la plage de 8 à 85 % en masse sur la base de la masse totale du liquide de réaction.
La température de la réaction peut être supérieure ou égale à 30 °C, de préférence supérieure ou égale à 40 °C. La température de la réaction peut être inférieure ou égale à 130 °C, de préférence inférieure ou égale à 100 °C. La réaction peut être conduite sous pression atmosphérique. La réaction peut être conduite à une pression égale ou inférieure à 10 bar, de préférence égale ou inférieure à 6 bar.
La présente réaction peut être conduite de façon discontinue, ou peut être conduite de façon semi-discontinue, ou peut être conduite en continu, par exemple dans un modèle de réacteur à écoulement piston de type à écoulement à lit fixe. De plus, une pluralité de réacteurs peuvent être raccordés en série et/ou en parallèle. Le nombre de réacteurs est, de préférence, de 1 à 4 du point de vue du coût d’équipement. Lorsqu’une pluralité de réacteurs sont utilisés, le peroxyde d’hydrogène peut être placé de façon divisée dans ceux-ci.
Lorsque la présente réaction est conduite dans un mode en suspension concentrée, il est préférable qu’une étape de séparation du catalyseur à partir du liquide de réaction soit incluse. Pour la séparation du catalyseur, une séparation par précipitation, un filtre centrifuge, un filtre à bande sous vide, un filtre à pression, un filtre-presse, un filtre à toile, un filtre rotatif ou similaire est utilisé, que ce soit dans la configuration horizontale ou verticale. Dans
-7le cas d’un filtre continu tel qu’un filtre rotatif, une suspension concentrée de catalyseur, qui est celle obtenue après qu’une phase liquide ait été prélevée à partir du liquide de réaction contenant le catalyseur, peut être utilisé pour la réaction à nouveau. Lorsque la réaction est conduite en continu, la phase liquide est prélevée en continu. Lorsque le catalyseur est séparé non sous la forme d’une suspension, mais sous la forme d’un gâteau, il peut être utilisé pour la réaction à nouveau tel quel, ou bien il peut être utilisé pour la réaction à nouveau après avoir été soumis à un traitement de régénération. Le traitement de régénération comprend des étapes multiples de lavage du catalyseur, d’inertisation, d’évaporation du solvant, d’oxydation de dépôt organique contrôlée. Pour le traitement de régénération, un séchoir à plateaux, un séchoir à bande, un séchoir rotatif, un séchoir à pulvérisation, un séchoir instantané ou similaire est utilisé. Le traitement de régénération peut être conduit dans une atmosphère d’un gaz inerte tel que l’azote, une atmosphère d’air, une atmosphère d’air dilué avec un gaz inerte, de préférence la quantité d’oxygène pendant le traitement de régénération est contrôlée, la quantité d’oxygène est généralement inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 8 %, de manière préférée entre toutes inférieure à 5 %, une atmosphère de vapeur d’eau, une atmosphère de vapeur d’eau diluée avec un gaz inerte, ou similaire. La température de séchage est, de préférence, de 60 à 800 °C, de façon particulièrement préférable de 100 à 700 °C, de manière préférée entre toutes de 150 °C à 650 °C. Lorsque la température de régénération est cette température, les substances organiques ayant adhéré peuvent être éliminées sans dégradation significative des performances du catalyseur. Le traitement de régénération peut également être conduit par combinaison d’une pluralité de régions de température différentes. La régénération peut être effectuée à une fréquence donnée sur la charge catalytique totale ou uniquement sur une partie de celui-ci après une séparation du milieu de filtration. La partie peut être dans la plage de 1 à 50 % de la charge catalytique, de préférence de 2 à 40 %, plus préférablement de 5 à 20 % de la charge catalytique. Afin de compenser la désactivation irréversible au cours du temps du catalyseur, du catalyseur frais peut être introduit pour maintenir les performances. La quantité de catalyseur frais est dans la plage de 0 à 20 %, telle qu’exprimée en fonction de la quantité totale de catalyseur, plus préférablement de 0,2 à 10 %, encore plus préférablement de 0,5 à 2%.
Afin d’obtenir un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy à partir du liquide de réaction, un traitement de purification tel que la séparation des composants n’ayant pas réagi et des sous-produits peut être conduit sur le liquide de réaction ou un liquide séparé contenant un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un
-8groupe alcoxy, ledit liquide séparé étant celui après séparation du catalyseur. Le procédé selon la présente invention peut comprendre en outre une étape (b) de purification de la composition obtenue après l’étape (a). Le traitement de purification peut être conduit plus préférablement sur le liquide séparé contenant un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy, ledit liquide séparé étant celui après séparation du catalyseur. Le procédé pour le traitement de purification n’est pas spécifiquement limité, et des exemples spécifiques des procédés comprennent la décantation, l’extraction, la distillation, la cristallisation et des combinaisons de ces procédés. Le procédé, la procédure du traitement de purification ne sont pas spécifiquement limités, mais par exemple, le procédé suivant permet de purifier le liquide de réaction et le liquide séparé contenant un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy, ledit liquide séparé étant obtenu après séparation du catalyseur.
Le procédé selon la présente invention peut comprendre en outre une étape (c) de façonnage de la composition obtenue après l’étape (a) ou (b) sous la forme d’une poudre amorphe ou cristallisée, de billes, de perles, de pastilles, de granules ou de flocons.
Un autre objet de la présente invention concerne un composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy obtenu par le procédé de la présente invention. Le composé aromatique hydroxylé obtenu par le procédé de la présente invention contient certaines impuretés qui sont dérivées du procédé décrit dans la présente invention et, en particulier, dérivées de l’utilisation d’un solvant spécifique.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé d’hydroxylation d’un composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy comprenant une étape (a) de réaction dudit composé aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde d’hydrogène en présence d’un catalyseur, dans un solvant comprenant de l’eau, un alcool ou un mélange d’alcools.
- 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le catalyseur est un catalyseur hétérogène, de préférence une zéolite comprenant du titane, et plus préférablement TS-1, TS-2, Ti-MWW, T1-MCM68, et encore plus préférablement TS-1.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le solvant est choisi parmi des alcools ayant 1 à 6 atomes de carbone, de préférence des alcools comprenant un atome de carbone tertiaire ou quaternaire, plus préférablement l’isopropanol, le 2,2diméthylpropanol ou le tert-butanol.
- 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le solvant comprend un co-solvant choisi dans le groupe constitué de l’eau, l’acétone, l’acétonitrile, le 1,4-dioxane ou un autre alcool, de préférence choisi parmi l’eau, le méthanol, l’éthanol, l’isopropanol, le n-propanol, le n-butanol ou le tert-butanol.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant une étape additionnelle (b) de purification de la composition obtenue après l’étape (a).
- 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant une étape (c) de façonnage de la composition obtenue après l’étape (a) ou (b) sous la forme d’une poudre amorphe ou cristallisée, de billes, de perles, de pastilles, de granules ou de flocons.
- 7. Composé aromatique hydroxylé comprenant au moins un groupe alcoxy obtenu par le procédé défini dans les revendications 1 à 6.
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