Brevet FR2099583A1 — publié le 19720317

La présente invention a pour objet un procédé de préparation de polysulfures organiques et des mercaptans ou thiols correspondants. Selon un procédé connu de préparation des thiols par réduction à partir de disulfures organiques, on prépare d'abord ces disulfures en faisant réagir un dérivé organique halogéné sur un sulfure alcalin, obtenu lui-m8me par l'addition d'un atome de soufre sur une molécule du monosulfure alcalin correspondant, selon une reaction du type Na2S + S 8 Na282 Les rendements de ce procédé ont toujours été relativement faibles par suite de la formation d'une proportion considérable de thioéthers qui ne pouvaient plus autre réduits ulterieurement en mercaptans correspondants0 En effet lorsqu'on condense de l'a monochlorhydrine du glycérol sur du disulfure de sodium obtenu par la réaction d'un atome de soufre sur le mono sulfure de sodium, on n'obtient guère qu'un rendement de 60 % en polysulfure de glycérol susceptible par la suite d'entre réduit en thio glycérol1 les 40 % manquants étant dus à la formation de thioéthers du glycérol. La présente invention a pour but de décrire un procédé de fabrication de polysulfures permettant d'éviter l'inconvénient précité. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation de polysulfures organiques, essentiellement caractérisé par ce fait qu'après avoir saturé en soufre une solution aqueuse d'au moins un monosulfure alcalin à une température, de préférence voisine de 200C, on fait agir sur la solution aqueuse de polysulfure obtenue, un composé organique portant un ou plus d'un atome d'halogène mobile Dans la première phase du procédé selon l'invention, la saturation en soufre d'une solution de monosulfure alcalin permet d'éviter la présence, dans la solution, de plus de 1 % à 2 % de monosulfure alcalin, la presque totalité des sulfures étant sous forme de polysulfures. Au contraire, si l'on avait utilisé une solution de monosulfure non saturée en soufre, on aurait laissé subsister, dans la solution, une quantité non négligeable de mono sulfure résiduel. Dans la deuxième phase du procédé on constate qu'il peut se produire une précipitation partielle du soufre et cela en quantité plus ou moins importante, selon la nature des radicaux porteurs de l'atome d'halogène. On a constaté de façon inattendue, que la composition statistique moyenne du polysulfure organique obtenu après- la deuxième phase du procédé selon l'invention ne correspond pas exactement à la composition statistique moyenne du polysulfure de sodium obtenu dans la première phase, après saturation en soufre. Le nombre statistique moyen d'atomes de soufre qui figure dans la molécule du polysulfure obtenu est fonction de la nature du radical organique porté par ce polysulfure, c 'est-à-dire de la nature du radical organique qui figure dans le composé organiqué halogéné utilisé Lorsque le radical organique est un radical électronégatif, on constate que plus la charge électro négative, portée par ledit radical organique est importante, plus le polysulfure organique obtenu a une teneur en soufre faible par rapport à la teneur en soufre du polysulfure de sodium de départ. Si l'on utilise donc, dans le procédé selon l'invention, des monohalohydrines d'éthyle, d'hydroxy éthyle, de di-hydroxypropyle et de carboxyméthyle, on obtient des polysulfures organiques ayant des teneurs en soufre décroissantes pour les cas ci-dessus énumérés.Au contraire, lorsque le radical organique est un radical hydrocarboné sans substitution électro négative, la composition moyenne du polysulfure organique obtenu est sensiblement la même que celle du polysulfure organique de départ. La quantité de soufre qui se trouve en excès, lors du passage de la solution de polysulfure alcalin à la so- lution de polysulfure organique, précipite en grande partie sous forme de poudre cristalline facilement filtrable et directement réutilisable pour l'exécution de la première phase du procédé, Cette caractéristique est particulièrement intéressante, au poift de vue industriel, puisqu' on récupère ainsi, dans la deuxième phase, une grande partie du soufre nécessaire à 11 exécution de la première phase.On a, par ailleurs, constaté que les meilleurs résultats étaient obtenus en effectuant la saturation en soufre de la solution de mono sulfure alcalin aux environs de 200C et en condensant ultérieurement l'halogénure organique à une température comprise entre 50C et 800C, le milieu réactionnel étant protégé de toute oxydation jusqu'à la fin de la réaction. A titre illustratif, pour montrer l'importance de la saturation en soufre de la solution de mono sulfure alcalin de départ, on peut préciser, dans le cas où la monohalohydrine utilisée est la monochlorhydrine du glycérol, que si l'on utilise une solution de départ contenant 2 atomes-grammes de soufre pour une molécule-gramme de monosulfure-soufre, le produit de réaction final contient 14 % de monothiodiglycérol; avec une solution de départ contenant 3 atome-grammes de soufre pour une molécule-gramme de monosulfure de soude, le produit final de la réaction contient encore 6 à 8 % de monothio-diglycé rol ; au contraire si l'on sature en soufre la solution de monosulfure de soude à 200C, ce qui correspond à la fixation de 3,66 atome-grammes de soufre pour une molécule-gramme de monosulfure de soude, on obtient moins de 1% de monothio-diglycérol. La saturation en soufre à 200C est obtenue en introduisant dans la solution de mono sulfure un excès de soufre (5 atome-grammes de soufre par molécule-gramme de monosulfurede soufre), le polysulfure alcalin obtenu ayant alors une formule statistique moyenne représentée par SxNa2 , x étant égal à 4,66 environ. Dans le cas où l'on fait agir, sur cette solution de polysulfure de soude saturée en soufre, la monochlorhydrine du glycérol, on constate que 2,3 atome-grammes de soufre par molécule-gramme de mono sulfure de soude initial précipitent au cours de la réaction, de sorte que, statistiquement, le polythiodiglycérol obtenu correspond à la formule SX(CH2- CH OH - CH20H)2 , x ayant une valeur statistique moyenne de 2,36. On a pu vérifier que cette formule correspondait essentiellement à un mélange de dithio-diglycéro et de trithiodiglycérol. Les polysulfures organiques ainsi obtenus, peuvent être utilisés selon deux types d'application 1) ils peuvent servir à la préparation de disulfur organiques, et cela dans les cas les plus favorables par simple réduction partielle de l'excès de polysulfure contenu dans le mélange réactionnel 2) ils peuvent également servir à la préparation des thiols correspondants, par réduction complète. Dans le cas de la préparation de disulfures, la réduction partielle peut ttre effectuée en utilisant, comme agents réducteurs, des composés tels que le sulfite de soude, le monosulfure de soude, l'hydrazine, les mercaptans ou encore des métaux divises. Lorsqu'on effectue la réduction par le sulfite de soude, la réaction principale de formation du disulfure est accompagnée d'une réaction secondaire d'importance moindre au cours de laquelle se forme un alcoyl-thiosulfate ; cet alcoylthiosulfate indésirable peut d'ailleurs & re retransformé en disulfure organique par une réaction sur un mercaptan. Dans le cas de la préparation des thiols, la réduction complète peut être effectuée Drincipalement à l'aide de métaux divisés. On obtient alors les thiols avec un rendement presque quantitatif car la solution de condensation ne contient pratiquement pas de mono-thioéthers. On peut préparer avantageusement conformément au procédé de l'invention, des disulfures comme le dithiodiglycérol, l'acide dithiodiglycolique, etc., et des thiols comme le thioglycérol, l'acide thioglycolique, le pyridine thiol-2, le benzylmercaptan, etc. Les exemples non limitatifs suivants sont indiqués à titre d'illustration de la présente invention, les % étant exprimés en poids. A - Exemples illustrant les différentes teneurs en S des polysulfures organiques en fonction de la nature des radicaux porteurs d'atomes d'halogène mobile. EXEMPLE 1 Préparation d'une solution de Polysulfure de glycérol Dans un ballon de 500 ml on dissout, sous atmosphère de gaz inerte, 120 g (c'est-à-dire 0,5 mole) de Na2S dans 170 ml d'eau, en ne dépassant pas la température de 200C. Après dissolution totale, on ajoute 2,5 atome-grammes de soufre sous la forme de fleur de soufre et on agite le tout pendant 2 à 3 heures. La dissolution est légèrement exothermique et on maintient la température à 200C - 220C. On ajoute ensuite 1,02 mole de monochlorhydrine du glycérol (c'est-à-dire 112 g) : la réaction est exothermique ; on maintient la température entre 380C et 40 C. Quand la réaction est terminée, le pH est descendu à une valeur comprise entre 6,5 et 7. On filtre 58,7 g de soufre qui a précipité sous forme cristallisée. lie produit obtenu correspond à la formule statistique moyenne (CH2-CH OH - CH20lI)2 - 2 ,4 environ. Cette formule est déterminée par le calcul , à partir de la connaissance de la quantité de soufre filtré qui permet de mesurer la quantité de soufre fixé maintenu en so-lution. EXEMPLE 2 Préparation d'une solution de polysulfure de carbox;yméthyle On dissout 60 g du produit cristallisé correspondant à la formule (Na2S, 9H2O) dans 85 g d'eau à 200C ; on ajoute, à cette température, 40 g de fleur de soufre et on agite le tout pendant 3 heures en maintenant la température entre 20 et 250C, A ce mélange on ajoute, tout en refroidissant pour maintenir la température entre 20 et 250C, 148 g d'une solution aqueuse contenant 61 g de chloracétate de soude.Le produit obtenu correspond à la formule statistique moyenne (CH2 - COOL)2 ~ S2,2 EXEMPLE 3 Préparation d'une solution de polysulfure dthydroxyéthyle On prépare, comme dans les exemples 1 et 2,une solution de polysulfure de sodium saturée en soufre à 20-220C. En maintenant la température entre 20 et 30 C, on ajoute à 185 g de cette solution, 41 g de monochlorhydrine du glycol. lie produit obtenu correspond à la formule statistique moyenne (CH2 - CH20H)2 - S3,4 EXEDIPliE 4 Préparation d'une solution de polysulfure d'éthyle On prépare, comme indiqué dans les exemples 1 et 2, une solution de polysulfure de soude saturée en soufre à 20 - 220C. On fait agir sur 185 g de cette solution 56 g de bromure d'éthyle en maintenant la température entre 20 et 4000. On constate, contrairement à ce qui avait eu lieu au cours des préparations décrites aux exemples 1, 2 et 3 ci-dessus, qu'il n'y a aucune précipitation de soufre au cours de la condensation du bromure d'éthyle. Le produit obtenu correspond à la formule statistique moyenne (CH3 - CH2)2 - 3. B. Exemples de préparation par: reduction partielle. ExEliE 5 Préparation d'une solution aqueuse de di-thiodiglycérol On ajoute, à la solution obtenue dans la première phase, 23 g de SO3Na2 anhydre et on chauffe pendant 45 minutes à une température comprise entre 450 et 500C ; on a Joute ensuite 5 g de carbone actif ; on filtre. La solution incolore obtenue après filtration est évaporée à sec sous vide. Les sels sont séparés par dissolution et filtration ultérieure on obtient ainsi un produit incolore très visqueux qui cristallise lentement. Le rendement de la préparation de disulfure est compris entre 90 et 95 %. EXEMPLE 6 Préparation du dithiodiglycérol par réduction partielle Par un métal divisé. Dans un ballon de 1000 ml on introduit 220 g de Na2S, 9 1120 (0,916 mole) et 340 g d'eau. On effectue la dissolution à 200, puis on ajoute après avoir refroidi à 10 - 15 C 160 g de fleur de soufre. On agite le tout pendant 3 - 4 heures et l'on ajoute ensuite à cette température 205,5 g (1,868 mole) de monochlorhydrine du glycérol rectifiée. La température augmente peu à peu et on la maintient au-dessous de 4000. La réaction s'effectue en 1 heure environ, la température étant ensuite maintenue à 40 C pendant encore 2 heures. Le pH de la solution à la fin de la réaction est de 7,8. On sépare par filtration le soufre déposé et on le lave avec 130 ml d'eau distillée. On obtient 118 g de soufre sec. I1 reste donc 12,7 g de soufre en excès dans la solution, ce qui correspond à un produit ayant la formule moyenne S2 4R2 dans laquelle R désigne de façon générale le radical organique du composé utilisé. On ajoute à la solution 86 g d'acide oxalique, 2H20 (0,68 mole). On chauffe le tout à 45 C pour obtenir la dissolution totale de l'acide oxalique puis on introduit par portions 44,2 g de Zn en poudre (0,68 atome-gramme). Une réaction exothermique avec dégagement de H2S se produit à chaque introduction, H S étant recueilli dans une solution de NaOH 10 %. 2 A la fin de l'introduction on chauffe le mélange à 100-1020C et on le maintient pendant 1 h 30 à cette température. Le dégagement d'H2S diminue puis s'arrête pratiquement et on chasse le H2S restant dans l'appareil par un courant d'azote. On refroidit le mélange jusqu'à 10 C et on laisse déposer l'oxalate de Zn.On filtre et on lave facilement avec 125 g d'eau distillée. Obtenu 126 g d'oxalate de Zn sec (quantité théorique lc9 g). Les Jus filtrés sont parfaitement incolores et très légèrement troubles. Obtenu 1068 g de Jus filtré. L'analyse de ce Jus indique un pouvoir réduc- teur (ou p.red.) existant correspondant à 33,4 g de thioglycérol et un p. red. après réduction correspondant à 96 % de la théorie. lie dosage du H2S dégagé indique 12,2 g de soufre. Vérification de la présence de Zn = nulle Vérification de la présence de KCOOH = présence nette. On neutralise HCOOX libre par 1 g à 1,5 environ de NaOH et on aJuste le pH à 7. On ajoute 1,5 ml d'une solution de NH4OH à 20%, on refroidit le tout åusqutà OOC et on ajoute goutte à goutte, tout en maintenant la température entre 0 et 50C 15,25 g d'eau oxygénée à 130 volumes. lie dosage du pouvoir réducteur après oxydation correspond à 1 g de thioglycérol dans la masse. La solution ainsi obtenue est évaporée sous vide à 400C environ après avoir rajusté le pH à 6 - 6,5 et on augmente la température jusqu'à 950 sous 15 mm Hg, la durée de l'é- vaporation étant de 3 à 4 heures. Le mélange de dithiodiglycérol et de sels se présente sous forme d'une masse légèrement Jaune. On refroidit cette masse jusqu'à 500C puis on lui ajoute 1000 g d'acétone anhydre. On chauffe au reflux 15 - 20 minutes. Le produit obtenu se délite très bien. On filtre facilement à chaud et on lave les sels obtenus avec 200 g d'acétone anhydre. La solution acétonique refroidie à 300C laisse déposer des gouttelettes huileuses de thiodiglycérol. On ajoute 20 g d'acticarbone, on sépare par filtration et lave l'acticarbone avec 200 g d'acétone anhydre. La solution acétonique de dithiodiglycérol est très légèrement trouble. Gn amorce la cristallisation et on laisse cristalliser pendant une nuit à 20 - 250C. Le lendemain matin, on refroidit Jusqu a 5 C pendant 2 heures, puis on sépare les cristaux par essorage et on les lave avec 250 g d'acétone à 50C. Poids humide obtenu 405 g Poids sec obtenu 147,5 g Point de fusion 69-70 C Analyse : teneur en dithiodiglycérol déterminée par réduction : 97 %. On distille le filtrat acétonique (1 k 280) à pression ordinaire et on récupère 800 g d'acétone.On ajoute 10 g d'acticarbone, filtre et amorce la cristallisation. On refroidit Jusqu'à 50C pendant 2 heures, essore et lave avec 40g d'acétone refroidie à 50C. Poids humide obtenu 20 g Poids sec 8,5 g L'acétone évaporée à sec laisse un résidu de 31 g (15,8 %) titrant encore 78,5 % de produits réducteurs après réduction. Rendement (ler + 2ème) jets 79/o 156 g Quantité théorique 0,916 mole 196 g EXEMPLE 7 Préparation du dithiodiglycolate monosodique par réduction parb par un mercaptan. Dans un ballon de 1500 ml on introduit 246 g de Na2S, 9 1120 ( 1,025 mole) , 340 g d'eau et l'on effectue la dissolution à 20 C. On refroidit jusqu'à 10 - 15 C, on ajoute 160 g de fleur de soufre et on agite le tout à 10-15 C pendant 3 heures. On ajoute ensuite au mélange ainsi obtenu et rajusté à pH 8 une solution contenant 198 g d'acide monochloracétique (2,09 moles), 200 g d'eau, 178 g de NaOH 48 % et 25 g d'eau. Cette addition s' effectue à 20 - 250C en un laps de temps de 30 - 40 minutes, la réaction étant exothermique. On continue l'agitation pendant 3 heures à 20 - 250C, le pH à la fin de l'introduction étant de 7,8. On sépare par filtration le soufre, on le lave avec 130 ml d'eau et on obtient après séchage 120 g de S. I1 reste donc 7,2 g de S en excès dans la solution, ce qui correspond à un produit de composition moyenne S2,22 R2 R ayant la signification indiquée dans l'exemple 6. L'analyse indique un p. red., après réduction, de 92,5 * par rapport à la théorie. On recueille 1258 g de filtrat de densité 1,18, et l'on ajoute à cette solution 42 g d'acide thioglycolique 100 % (0,45 mole). On chauffe le tout pendant 1 h - 1 h 30 à 100 - 1020C Jusqu'à disparition du dégagement gazeux. On ajoute alors à la solution non refroidie, 150 g de NaCl et 69 g de HC1 à 31,5 % (0,6 mole). On refroidit le tout à -5 C pendant 1 heure et le dithiodiglycolate monosodique cristallise par relargage. On obtient après séparation par essorage et séchage 230 g de produit sec. Analyse - NaCl 7 % Teneur en dithiodiglycolate monosodique déterminée par - Acidimétrie 91 % - Réduction 87,5 * --Rendement 83 % C. Exemple de préparation par réduction totale. EXEMPLE 8 Préparation du thioglycérol par réduction totale par un métal divisé. Dans un ballon de 1000 ml, on introduit à la température ambiante, 240 g de Na2S, 9 1120 (1 mole) et 340 g Q'eau distillée. Après dissolution et refroidissement à 10 on ajoute 160 g (5 atome-grammes) de fleur de soufre et on agite le tout à 10 - 1500 pendant 3 - 4 heures. On ajoute ensuite au mélange à cette température, 232 g (2,05 moles) de monochlorhydrine du glycérol à 98 %. La température augmente peu à peu jusqu'à 400C, cette température ne devant pasêtre être dépassée. Lorsque le dégagement de chaleur est terminé on maintient le mélange réactionnel pendant 2 heures à 40 - 420C, le pH mesuré étant 6 - 6,5 On sépare S par filtration et on le lave avec 130 ml d'eau. Après séchage on obtient 114 g de S sec. La composition moyenne du produit obtenu cor respond à la formule : 2,43 R2 Note : La liqueur filtrée laisse déposer, après dilution avec 800 à 1000 ml seau, et un repos de 48 heures, une quantité de 2 g de S, ce qui donne un produit dont la composition moyenne correspond à la formule : S2 37 R2 . Il reste dans le mélange réactionnel 13 g de S à réduire, soit 0,406 atome-gramme. On ajoute alors à la liqueur filtrée 117 g (1,8 atome-gr?mme) de Zn en poudre, soit un excès de 30 %. On augmente la température Jusqu'à 70 - 800C tout en agitant et on introduit ensuite en un laps de temps de 40 - 50 minutes 228 g d'acide oxalique, 2 H20 (1,8 mole).A la fin de l'introduction on chauffe le tout pendant 1 h 30 à 95 - 10000, le gaz H2S dégagé au cours de la réduction étant reçu dans un excès de NaOH à 25 - 30 %. Na2S cristallise par refroidissement. (L'analyse de la liqueur réduite après filtration indique un pouvoir réducteur correspondant à 94 - 95 % de la théorie). On sépare par filtration en atmosphère d'azote l'oxalate de Zn et on le lave avec 400 ml d'eau distillée. On ajuste le filtrat à pH 6,5, puis on l'évapore à sec sous 15 mm Hg Jusqu a 950C mesurée dans la masse. On reprend le résidu, composé de thioglycérol + NaCl, par 200 ml d'isopropanol . On sépare par essorage les sels formés et on les lave avec 100 ml d'isopropanol. On évapore l'ïsopropanol sous vide jusqu'à 95 C et 15 mm Hg puis on distille le produit sous une pression de 1 mm Rg : St. 100 - 1010C/0,7 mm Hg. Le produit distille de façon constante à cette température. Obtenu : 201,5 de produit à 97 * de pureté avec un rendement de 91 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de polysulfuresaliphatiques, caractérisé par la fait qu'après avoir saturé en soufre une solution aqueuse contenant au moins un mono sulfure alcalin, à la température ambiante, on fait réagir sur la solution aqueuse de polysulfures ainsi obtenue un composé organique monohalogéné dont l'atome d'halogène est mobile. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on effectue la réaction de condensation du composé organique halogéné, à une température comprise entre 50 et 800C. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on effectue la réaction de condensation à la température de 300C. 4. Procédé de préparation selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'on utilise comme composé organique halogéné, un monohalohydrine d'éthyle, d'hydroxy-éthyle, de di-hydroxypropyle ou de carboxyméthyle. 5. Procédé de préparation de disulfures organiques, caractérisé par le fait qu'on effectue un traitement de réduction sur une solution contenant des polysulfures organiques obtenus par le procédé de la revendication 1. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on effectue une réduction partielle de la solution de polysulfures au moyen de sulfite de soude, de monosulfure de soude, d'hydrazine, ou de métaux divisés. 7. Procédé de préparation de thiols caractérisé par le fait qu'on effectue un traitement de réduction complète sur une solution contenant des polysulfures organiques obtenus par le procédé de la revendication 1. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on effectue la réduction complète au moyen de métaux divisés.