Brevet FR2220301A1 — publié le 19741004

L'invention se rapporte à un procédé de récupération de catalyseurs complexes rhodium-phosphine tertiaire dissous de manière homogène. Les catalyseurs rhodium-phosphine tertiaire sont avantageuse-ment utilisés dans de nombreuses synthèses avec l'oxyde de carbone, par exemple dans la synthèse d'aldéhydes ou d'alcools primaires par réaction d'oléfines avec le gaz à l'eau ("hydroformylation") ou dans la synthèse d'acides carboxyliques à partir d'oléfines ou dialcools avec de l'oxyde de carbone et de l'eau ( "hydroca rboxylation" ) , (J. Falbe, Carbon Monoxide in Organic Synthesis, 1ère édition, p. 3-123, New-York (197U)). Les catalyseurs rhodium-phosphine tertiaire peuvent en outre trouver un emploi également dans des réactions d'hydrogénation dtiso irisation de doubles liaisons, de di- et d'oligomérisation (C;W B.rd, Transition Metal Intermediates in Organic Synthesis, 1ère éd. p 3ù, p.69, p.2487 Londres, 1967). Le complexe catalyseur reste dissous de manière homogène après la réaction dans le produit de réaction et il doit, avant le traite- ment des produits, être séparé le plus possible quantitativement et réintégré sans pertes dans le procédé. En général, les produits de réaction dans de telles réactions, sont séparés à partir du mélange de réaction par distillation. Le catalyseur complexe de rhodium reste ainsi dans le résidu de distil- latin avec des produits de polymérisation t de polycondensation à point d'ébullition élevés. or la récupération des catalyseurs complexes de rhodium on a déjà propose divers procédés. Par exemple, d'après le brevet allemand n 953.605, on peut décomposer le catalyseur de rhodium complexe, dissous de manière homogène, en rhodium métallique qui, par filtration, peut être récupé- ré En l'occurrence, le rendement en rhodium récupéré s'élève au plus à environ 90%. A cause des pertes élevées de rhodium et-aussi à cause ce la nécessité de préparer à partir du rhodium de manière coûteuse j C catalyseur r.hodium.-phosphine tertiaire, le procédé ne s'est pas montré économique. En outre, d'après le brevet. américain n 3.539.634 on a pro posé pour la séparation de complexes catalyseurs de métaux du VIIIèr..e sous-groupe avec des ligands phospine ter aire ou amine tertiaire, d'avec les sous-produits goudronneux à point d'ébullition élevés de l'hydroformylation, d'adsorber sélectivement le résidu de distillation goudronneux à point d'ébullition élevé à partir du mélange et de récupérer ainsi le catalyseur.Cette séparation n'est pas non plus complète et elle est associée au contraire à des pertes importantes de catalyseur? d'où le procédé se révèle inéconomique On vient présentement de découvrir un procédé de séparation complète de catalyseurs complexes rhodium-phosphine tertaire d'ovc les résidus de distillation à points d'ébullition élevés ou goudron neux de produits de réaction organiques, qui se caractérise en ce que a) on met en contact un mélange constitué par les catalyseurs complexes rhodium-phosphine tertiaire et par le résidu de distillation organique à point d'ébullition élevé avec une matière adsorbante sélective qui adsorbe sélectivement le catalyseur complexe rhodiumphosphine tertiaire, b) on élimine complètement par lavage le résidu de distillation à point d'ébullition élevé avec un hydrocarbure aro-matique et c) on extrait par dissolution avec un solvant polaire, .on- tenant de petites quantités d'une amine tertiaire, le catalyseur complexe rhodium-phosphine tertiaire à partir de la matière adsorbante. Les catalyseurs rhodium-phosphine tertiaire que l'on peut récupérer par le procédé conforme à l'invention sont des composés complexes dans lesquels le rhodium se présente comme atome central, tandis que les phosphines tertiaires, qui possèdent comme radicaux organiques des radicaux aliphatiques inférieurs et/ou aromatiques, de préférence benzéniques, se présentenJG comme ligands. B-zidemmentj dans les phosphines envisagées comme ligands, le phosphore peut faire partie d'un système nucléaire hétérocyclique, comme par exemple des phosphols P-alcoyl- ou P-aryl-substitués, des phospholines, des phos- pholanes, des phosphorinanes, des phosphindols, des phosphindolines7 des tétrahydrophophinolines5 de disphosphacyclohexanes. En outre, les composés complexes de rhodium peuvent contenir aussi comme li- gands des di-, tri-- et poly-t-phosphines. Les complexes, en dehors des phosphines, peuvent aussi conte-- nir d'autres ligands comme par exemple des atomes d'hydrogène, des radicaux carbonyle, des atomes d'halogène, des groupes carbbxylate, des groupes acétylacétonate ou des radicaux cyclopentadiényle. Comme temples de catalyseurs complexes rhodium-phosphine ter tiaire, on citera : hydridocarbonyl-trisQtriphénylphosphinerhodium(I), chlorocarbonylbis-(triphénylphosphine)rhodium(I), carbonyl-(tributylphosphine )- acétylacétonato-rhodium(I), carbonyl(triphénylphosphine)-3-éthylacé- tylacétonato-rhodium(I)O Les résidus de distillation à point d'ébullition élevés des quels on peut séparer le catalyseur au rhodium par le procédé selon l'invention sont en général des produits de polymérisation et de polycondensation qui se forment par exemple dans les réactions dthy droformylation ou d'hydrocarboxylation. Comme matières adsorbantes qui fixent sélectivement les catalyseurs rhodium-phosphine tertiaire, on citera par exemple les oxydes et carbonates des éléments des IIème et 111ème groupes principaux du système périodique ainsi que les silicates des métaux alcalinoterreux. Comme éléments des IIème et IIIème groupes principaux du système périodique, on citera par exemple le magnésium, calcium, strontium, baryum ou aluminium, de préférence ie magnésium et l'alu- minium. Comme matières adsorbantes sont utilisés tout particulièrement les silicates des métaux alcalino-terreux, en particulier le silicate de magnésium* La surface interne de la matière adsorbante doit généralement s'élever à environ 100 à 1000 m2/g., de préférence, à environ 250 à 800 g/m2* On a obtenu des résultats particulièrement bons lorsque la matière adsorbante a une réaction neutre ou faiblement basique. Au cas où l'activité de l'agent d'adsorption est trop élevée, dSoù on en arriverait à une fixation trop forte des complexes de rhodium sur la matière adsorbante, il convient, par un chargement uniforme et contrôlé de la matière adsorbante avec de beauf de réduire l'activ* té de la matière adsorbante à une valour moyenne. Comme solvants pour le lavage extractif des résidus de dis tillation goudronneux à points d'ébullition élevés à partir de la matière adsorbante conviennent les hydrocarbures aromatiques, par exemple le benzène, le toluène, l'éthylbenzène, les xylènes, le cumène, les triméthylbenzènes, les diéthylbenzènes, les méthyléthylbenzènes ou les diisopropylbenzènes. De préférence, on utilise du benzène, du toluène ou des xylènes ou, également, des mélanges de ceux-ci. Comme solvant polaire.pour la désorption du catalyseur complexe au rhodium a partir de la matière adsorbante, on peut employer par exemple des alcools, des éthers, des cétones ou des esters. On eitera par exemple comme solvants polaires le méthanol, ltéthanol, l'isopropanol, le diéthyl-éther, le diisopropyl-éther, le tétrahydrofurane, le 1,3-dioxane, le 1,4-dioxane, l'acétone, la diéthylcétone, la méthyléthylcétone, l'acétate d'éthyle, l'acétate de butyle ou l'acétate d t isoamyle. L'utilisation de tétrahydrofurane s'est avérée particulièrement avantageuse. Comme amine tertiaire que l'pn ajoute conformément au procédé de l'invention au solvant polaire, on utilisep.êa. des amines tertiaires aliphatiques ou arcmatico-allPhatlques mixtes, iont les radicaux or ganiques sont de préférence des hydrocarbures aliphatiques inférieurs ou benzéniques. On citera par exemple : triméthylamine, triéthylamine, tributylamine, N-méthylpyrrolidine, N-méthylpipéridine, diisopropyléthylamine, dicyclohexyléthylamine, N,1vT,N',N'-tétraméthyléthylène diamine, diméthylaniline ou diéthylaniline. L'amine tertiaire peut autre ajoutée au solvant polaire par exemple à une concentration d7environ U,C5 à 0,5 mole/litre, de pré- férence d'environ 0,2 mole/litreO Le procédé conforme à l'invention peut autre exécuté par exemple en remplissant l'agent d'adsorption sous forme d'empilement à lit fixe dans un tube vertical dont le rapport longueur/diamètre est avantageusement de 8 : 1 à 100 : 1, de préférence de 10 : 1 à 30 : 1. De plus, il s'est avéré avantageux que la granulométrie de l'agent d'adsorption soit comprise entre environ 15 et 200 mesh, de préférence entre environ 25 à 7 mesh Le mélange à purifier contenant le catalyseur au rhodium est mis en contact avec l'agent d'adsorption ainsi préparé et par la suite celui-ci, conformenient eu procédé de l'invention, est élué succes slvement avec l'hydrocarbure aromatique et le système solvant polaire re La circulation des solutions ou agents d'élution à travers l'empilement d'agent d'adsorption peut se faire de haut en bas, tout comme aussi, pour une meilleure exploitation de l'agent d'adsorption, par exemple pour éviter la formation de canaux dans l'empilement, de bas en haut en sens contraire de la pesanteur. Un avantage du procédé de l'invention est que le catalyseur complexe rhodium-phosphine tertiaire dissous de manière homogène, lors de sa séparation d'avec les substances organiques d'accompagne- ment à points d'ébullition élevés, ne doit pas etre soumis à une réaction chimique, ce qui inévitablement est associé à une consommation de produit-s chimiques et aussi à des pertes de rhodium, et qu'au contraire, la séparation se fait purement par voie physique avec emploi de solvants et d'adsorbants aisément régénérables.Le catalyseur complexe rhodium-phosphine tertiaire sort pratiquement sans perte d'ac- tivité du processus de séparation et il peut, sans autres mesures de réactivation, etre directement réutilisé On peut qualifier de surprenant le fait que le catalyseur complexe rhodium-phosphine tertiaire peut être 5 éparé par un simple pré dé de percolation d'avec des composés organiques à points dé- bullition élevés En l'occurrence, sont fixés sur l'adsorbant à partir de la solution, non pas comme on devrait sly attendre les produits de réaction organiques se présentant en de grandes quantités, mais les composés complexes rhodium-phosphtne tertiaire dissous à une concentration relativsment faible. Il est surprenant aussi que le catalyseur complexe rhodium-phosphine tertiaire, sans perte appréciable d'activité catalytiae, soit de nouveau totalement désorbé et qu'il puisse entre utilisé sans autre traitement de nouveau dans 3.es réac tions Exemple 1 Comme matière utilise en rue de la récupération d'un cataly seur dissous rhodium-phosphine tertiaire , on utilise le résidu d'un réaction d1hydroformylation contenant le catalyseur.En l'occurrence, on dissout 50 g d'un mélange isomère de n-butènes dans 100 ml de toluène et on le fait réagir à 120 C sous 100 atmosphères avec un mélange oxyde de carbone/hydrogène (rapport 1 O 1) en présence de 0,266 gramme d'hydridocarbonyl-tris(triphénylphosphine)rhodium(II), (HRhCO[P(C6H5)3/3) comme catalyseur, et de 0,532 g de triphénylphos peine. A partir du produit de réaction on sépare par distillation sous pression réduite les aldéhydes en C5 formées ainsi que les fractions à bas points d'ebullition. I1 reste environ 1,1 g de résidu de distillation qui contient pratiquement quantitativement le catalysez au rhodium. On dissout le résidu dans du benzène (la solution contient 0,129 mg de Rh/litre de benzène) et on le place sur une colonne de sorption contenant 50 g de silicate de magnésium (60/100 mesh). Les Les composés/contenus dans le résidu de distillation ainsi que la triphényl-phosphine en excès sont alors élués avec du benzène à partir de la colonne de sorption* L'éluat est exempt de rhodium. Par la suite a lieu l'extraction par dissolution du catalyseur au rhodium au moyen de 250 ml de tétrahydrofurane qui contient 0,05 mole de triéthylamine. Le catalyseur au rhodium mis en jeu est récupéré de manière pratiquement quantitative sans perte d'activité (rendement de 99,5 % par rapport au catalyseur mis en jeu). Exemple 23 Comme matière de départ pour le procédé conforme à l'invention on se sert du résidu qui est obtenu lors d;une hydroformylation dans un autoclave à fonctionnement continu. En l'occurrence, on hydroformyle 230 g dîoléfines en C4 dissoutes dans 520 ml de toluène à une concentration de catalyseur de 0,046 mole dthydridocarbonyl-tris- (triphénylphosphine)-rhodium(I) en présence de u,35 mole de triphénylphosphine pour obtenir des aldéhydes en C5. Après une distillation pt3ur séparer le produit dthydroformylationl on dissout le résidu de disoillation obtenu dans 15 tiff de benzène (teneur en rhodium de la solution ,57 mg par 5 ml) ec on le place . r une colonne de sorption (longueur de 35 cm diamètre intérieur 2 cm), charge avec 50 g de silicate de magnésium (3u/6o mesh). Pour la séparation des fractiars à points d'ébullition élevés du résidu de distillation, exemptes de rhodium, on élue la colonne avec 170 ml de benzène. L'éluat est exempt de rhodium. Par la suite, a lieu l'extraction du rhodium à partir de la colonne de sorption par élution avec 100 ml de tétrahydrofurane qui contient 0.,u2 mole de triéhylamine. Dans l'éluat l'analyse indique 19,6 mg de rhodium, qui se présente sous forme du complexe de triphénylphosphine mis en jeu, ce qui correspond à un rendement supérieur à 99,5%. Exemple 3. On fait gonfler 20 g d'un silicate de magnésium du commerce, à 60/100 mesh, dans du benzène et on l'introduit dans une colonne de sorption de dimensions appropriées Sur cette colonne, on applique 190,5 mg de chlorure de bis (triphénylphosphine)carbonyle-rhodium(I), (CIRh(CO)[P(C6H5)3/2), en solution dans 5 ml-de benzène. On épuise par lavage la matière adsorbante avec 50 ml de benzène. On ne constate pas de rhodium dans l'éluat en l'occurrence. Par la suit a on élue avec 65 ml de tétrahydrofurane qui contient 0,02 mole de triéthylamîne, en récupérant ainsi 190,0 mg de (CJlh(CO)IP(C6H,)? (rendement de 996/0 par rapport au catalyseur mis en jeu). Bien entendu diverses modifications peuvent titre apportées par l'homme de l'art aux. procédés eL/ou åisposi.ifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples illustratifs sans sortir du cadre de l'invention R E V S N D I C A T I O IG S 1 Procédé de séparation complète de catalyseurs complexes rhodium-phosphine tertiaire d'avec des résidus de distillation à points d'ébullition élevés ou goudronneux de produits de réaction organiques, caractérisé en ce que a) on met en contact un mélange constitué par les catalyseurs complexes rhodium-phosphine tertiaire et par le résidu de distillation organique à point d'ébullition élevé avec une matière adsorbante sélective qui adsorbe sélectivement le catalyseur complexe rhodium-phosphine tertiaire, b) on élimine complètement par lavage le résidu de distillation à point d'ébulliticn élevé avec un hydrocarbure aromatique et c) on extrait par dissolution à partir de la matière adsorbante le catalyseur complexe rhodiumphosphine tertiaire au moyen d'un solvant polaire contenant de faibles quantités d'une anine tertiaire. 2o Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme catalyseur rhodium-phosphine tertiaire des composés complexes dans lesquels le rhodium se présente comme atome central, tandis que les phosphines tertiaires, qui contiennent comme radicaux organiques des radicaux hydrocarbonés aliphatiques inférieurs et/ou aromatiques, se présentent comme ligands. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme matière adsorbante sélective des oxydes et carbonates des éléments des IIème et IIIème groupes principaux du système périodique ainsi que des silicates des métaux alcalino-terreux. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise comme matière adsorbante sélective du silicate de magnésium. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière adsorbante sélective présente une surface interne environ 100 à 1000 m2/g. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme hydrocarbures aromatiques, pour le lavage extractif des résidus de distillation à points d'ébullition élevés, du benzène, du toluène. et des xylènes 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en utilise comme solvants polaires des alcools, des éthers, des cétones ou des esters 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'en utilise comme solvant polaire du tétrahydro furanne. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en ajoute au solvant polaire une amine tertiaire en des quantités d'environ 0,05 à -0,5 mole par litre