Brevet FR2189385A1 — publié le 19740125

La presente invention concerne des nitriles acycliques et carboxyliques ainsi qu'on procédé pour leur préparation et, plus particulièrement, un procédé de préparation d'hydroxy-2 éthylimidiacétonitrile et d hydroxy-2 éthyliminodiacétates L'acide hydroxy 2 éthyliminodiacétique et ses sels de métaux alcalins, tel que l'hydroxy-2 éthyliminodiacétate de sodium se sont révélés posséder des propriétés qui les rendent utiles comme adjuvants des détersifs. Cependant, on ne connaît pas de procédé économique de prépa- ration de ces composés et par conséquent, leur utilisatton comme substituants d'un phosphate dans les détergents n'a pas eté mise en pratique. On connait des procédés dans l'art datérieur pour préparer l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique, qui ta séquence reactionnelle ci-dessus constitue, non seulement un procédé inacceptable du point de vue économique, mais également conduit à un produit final souillé par de l'acide nitrilotriacétique qui est forme dans une réaction concurrente correspondant aux équations La demanderesse a découvert un nouveau procédé de préparation d'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique et de ses sels de métaux alcalins utilisant des matières de départ inconnues à ce jour et qui, de plus, produit un nouveau composé.Dans le procédé de l'invention, on fait réagir l'iminodiacétonitrile avec l'oxyde d'éthylène pour produire lthydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile qui est un produit nouveau. On hydrolyse ensuite ce nitrile avec un hydroxyde de métal alcalin, pour former le sel de l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique ou on le traite avec un acide minéral fort pour former l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique.L'équation de l'éthoxylation de l'lmlnodiacétonitrile avec l'oxyde d'éthylène est la suivante L'hydrolyse avec l'hydroxyde de sodium forme l'hydroxy-2 éthyliminodiacétate de sodium selon l'équation ou, sinon, l'hydrolyse par l'acide chlorhydrique fournit l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique selon l'équation L'invention est illustrée par les exemples suivants EXEMPLE 1 On ajuste à un pH figurant dans le tableau I ci-après une suspension de 47,5 g (0,5 mole)d'iminodiacétonitrile (désigneeci-après par l'abréviation IDAN) dans 50 ml d'eau, on chauffe à une température réactionnelle d'environ 75dC et on éthoxyle avec 22,0 g (0,5 mole) d'oxyde d'éthylène gazeux à un débit de 110 cm3/mn.Lorsque l'addition est achevée, on poursuit le chauffage à environ 75"C pendant 2 h. On refroidit alors le mélange réactionnel à 5 C, on recueille par filtration 1'IDAN n'ayant pas réagi et on traite le filtrat par 80 g (1,0 mole) d'une solution aqueuse à 50% en poids d'hydroxyde de sodium et 200 ml d'eau. On chauffe le mélange à reflux jusqutå ce qu'il n'y ait plus de libération d'ammoniac et on acidifie avec de l'acide chlorhydrique concentré à un pH d'environ 1,5. On refroidit alors à nouveau le mélange réactionnel à 5"C et on recueille par filtration l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique. Dans les tableaux I à IV ci-après, les valeurs figurent dans les colonnes comportant divers titres. Dans ces titres, le pH correspond au pH auquel on maintient le mélange réactionnel pendant la réaction, après le pH, figurent, entre parenthèses, l'acide ou la base particuliers utilisés pour obtenir le pH indiqué. La récupération de 1'IDAN indique la quantité en grames de matière de départ n'ayant pas réagi récupérée. Le produit indique le nombre de grammes d'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique. Le rendement en pourcentage correspond au rapport moles de produit x 100 qui moles d'IDAN est déterminé à partir de 1'IDAN non récupéré. La température réactionnelle est la température de la réaction d'éthoxylation. L'eau indique la quantité d'eau de dilution exprimée en ml.La durée de chauffage après achèvement de l'addition est la durée exprimée en heures suivant l'achèvement de l'addition de l'oxyde d'éthylène pendant laquelle on maintient la température réactionnelle. TABLEAU I pH IDAN récupéré (g) Produit (g) Rendement (%) 1,7 (H2s04) 11,6 8,5 13 4,3 (H2S04) 8,8 34,6 50 8,7 (NaOH) 0,0 0,0 0 Le tableau I mentre que les autres facteurs demeurant constants un pH acide est préférable. EXEMPLE 2 On conduit la réaction comme dans l'exemple 1, en modifiant a température et le pfl de la réaction selon les valeurs figurant dans le tableau II suivant. TABLEAU II Température de réaction ( C) pH IDAN récupéré (g) Produit (g) Rendement (%) 6 2,2 37,0 0,0 O 60 4,3 15,5 22,5 40 73 4,3 8,8 34,6 50 84 4,0 7,4 40,3 55 92 4,0 1,0 28,8 32 100 4,0 5,0 14,2 18 Le tableau II montre que. les autres lit a es demeurant constants, l'éthoxylation est indépendante de la température, à condition qu'or utilise une température suffisamment élevée pour solutiliser l'TDAN dans le solvant et inférieure à la température à laquelle I DAN commence à se décomposer (environ 90 C). EXEMPLE 3 On conduit la réaction comme dans l'exemple l, en utilisant une température de 84 C, si ce n'est que l'on modifie l'eau de dilution de 1'IDAN dans le stade d'éthoxylation, comme l'indique le tableau III. TABLEAU III Eau (ml) pH IDAN récupéré (g) Produit (g) Rendement (%) 50 7,0 9,0 39,0 56 100 6.0 10,6 42,7 64 400 5,0 0,0 42,0 48 Le tableau 111 montre que,les autres facteurs demeurant constants, la dilution n'a pas d'effet sur la réaction d'éthoxylation. EXEMPLE 4 On conduit la réaction d'éthoxylation comme dans l'exemple 1, si ce n'est que la température reactionnelle est d'environ 60 C et qu'on utilise les durées de chauffage après l'achèvement de l'addition de l'oxyde d'éthylène figurant dans le tableau IV TABLEAU IV Durée de chauffage après achèvement de l'addition (h) pH IDAN récupéré (g) Produit (g) Rendement (%) 1 3,6 17,5 14,0 27 4,3 15,5 22.5 40 3 4,6 13,2 36,4 60 4 4,8 9,5 32,2 47 Le tableau IV indique qu'il existe une durée réactionnelle minimale, après que l'addition est achevée, pour qu'on obtienne un rendement maximal. Cette durée réactionnelle peut varier avec la température et la pression. EXEMPLE 5 On introduit dans un réacteur sous pression, 95 g (1,0 mole) d'IDAN, 200 ml d'eau et 0,5 ml d'acide sulfurique concentré. On ferme le réacteur, on chauffe à 400C et on traite avec 44 g (1,0 mole) d'oxyde d'éthylène pendant 45 mn pendant lesquelles la pression est à une valeur élevée d'environ 1 bar. On refroidit alors le système à la température ordinaire et on recueille par filtration 30 g d'IDAN n'ayant pas réagi. On traite le filtrat avec 113 ml d'acide chlorhydrique concentré (à 377 en poids d'acide chlorhydrique) et on chauffe à reflux,pendant 3 h,la solution obtenue.On refroidit le mélange, on ajuste le pH à 1,5 avec une solution d'hydroxyde d'ammonium et on refroidit à nouveau à 5 C. On recueille par filtration 99 g du produit obtenu (83% par rapport à l'IDAN non récupéré). Le rendement par rapport à l'oxyde d'éthylène introduit est de 57. On peut conduire la réaction de 1'IDAN et de l'oxyde d'éthylène (équation 5) dans une gamme de températures étendue. I1 semble que l'effet de la température soit lié à la solubilité des composés réagissants. Donc, tout phénomène, y compris la température et la pression, augmentant la solubilité des composés réagissants dans le solvant tend à accrottre le rendement. Le solvant préféré de la réaction d'éthoxylation (équation 5) est l'eau. Cependant, on peut, dans l'invention, utiliser d'autres solvants dans lesquels les composés réagissants sont solubles tels que par exemple des alcools alkyliques. Le pH de la réaction d'éthoxylation est un élément essentiel de l'obtention de bons rendements. Un pH inférieur à 8 environ est indispensable pour obtenir des rendements importants. Cependant, à un pH supérieur à environ 8, on peut obtenir une certaine quantité de produit avec des températures d'environ 60 3c ou moins. be façon générale, plus le pH est bas, meilleur est le rendement. Dans hydrolyse acide (équation 1), on peut utiliser de façon satisfaisante un acide minéral tort quelconque bien connu dans l'art, mais on préfère l'acide chlorhydrique. Dans l'hydrolyse basique (équation 6), on utilise, de façon satisfaisante, un hydroxyde métallique tel que l'hydroxyde de sodium ou de potassium. Pour obtenir un rendement maximal en acide hydroxy-2 éthyl iminodiacétique, on préfère un pH final d'environ 1,5, qu'il s'agisse d'une hydrolyse basique ou acide. On entend par pH, le logarithme de l'inverse de la concentration en ions hydrogène en équivalent-grammes par litre de solution. On mesure couramment cette valeur avec un pH-mètre du commerce sous forme d'un potentiel électrique E en utilisant l'équation (8) pH = ######## où Eo est une constante dépendant de la nature de l'électrode de référence, comme il est bien conn dans l'art et R, T et F représentent respectivement la constante universelle des gaz, la température absolue et le faraday. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux disposftifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'hydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile, caractérisé en ce qu'on fait réagir l'oxyde d'éthylène avec l'iminodiacétonitrile. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pH réactionnel est inférieur à 8 environ. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la température réactionnelle est comprise entre environ 400C et environ 900C. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pH réactionnel est compris entre environ 3,0 et environ 7,0. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composés réagissants sont présents dans des quantités molaires approximativement égales. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on conduit la réaction sous une pression comprise entre environ la pression atmosphérique et environ 1 bar manométrique. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on hydrolyse 1'hydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile dans une solution aqueuse d'un acide minéral fort pour former l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on fait réagir 1'hydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile avec un hydroxyde de métal alcalin pour former un sel alcalin d'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pH réactionnel est compris entre environ 3,0 et environ 7,0, la température réactionnelle est comprise entre environ 400C et environ 90au, on conduit la réaction sous une pression comprise entre la pression atmosphérique et environ 1 bar manométrique et les composés réagissants sont présents en quantités molaires approximativement égales. 10 - Nouveau composé caractérisé en ce qu'il consiste en 1 'hydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile. 11 - Procédé de préparation d'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique, caractérisé en ce qu'on fait réagir l'oxyde d'éthylène avec une solution aqueuse d'iminodiacétonitrile à un pH d'environ 5,0 à environ 7,0, à une température d'environ 40 C à environ 90 C pour former l'hydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile, on fait réagir l'hydroxy-2 éthyliminodiacétonitrile avec un acide minéral fort et on ajuste le pH du mélange réactionnel à environ 1,5 pour précipiter l'acide hydroxy-2 éthyliminodiacétique.