Brevet FR2309513A1 — publié le 19761126

Les acides aminobenzoïques et leurs sels hydrosolubles sont des intermédiaires importants pour l'obtention de colorants, 4'antioxy dants, de développateurs, de composés pharmaceutiques et autres produits. Par exemple, divers esters d'acide p-aminobenzoRque sont par ticulièrement importants du fait de leur pouvoir anesthéJique local: par exemple les esters fournis sous les marques Anesthésine, Butésine, Nosocarne (ProcaRne) et Butyne. De nombreux procédés ont été proposés dans les techniques anté rieurs pour la préparation des acides aminobenzoques isomères et les progrès les plus récents apportés aux procédés de préparation font appel à la réduction de l'acide nitrobensorque par l'hydrogène, n présence d'un catalyseur d'hydrogénation. Bien que ces procédés constituent des perfectionnement par rapport aux procédés antérieurs on rencontre encore des difficultés lorsqu'on tente d'obtenir des rendements élevés de produits très purs. Par exemple, conne il est dit dans le brevet des E.U.A. No. 3.324.175, le procédé décrit dans un brevet des E.U.A. antérieur, k savoir le brevet des E.U.A. No. 2.947.781, faisant appel à une réduction de l'acide p-nitrobenzorque en milieu aqueux, est liiité par la quantité d'acide pouvant autre retenue en solution dans l'eau et, pour améliorer le rendement, il est nécessaire d'utiliser une suspension de l'acide nitrobensoSque. Lé brevet des E.U.A. No. 3.324.175 apporte un-terfectionnement à ce procédé et décrit l'utilisation d'un mélange de sels d'ammonium et de sodium d'acide p-nitrobenzoque pour l'hydrogénation. Toutefois, le brevet cite l'importance qu'il y a à utiliser une comme de très étroite qui s'est avérée Entre critique, comprise entre 7,0 et 7,5, le brevet indiquant qu'un pH supérieur k la limite supérieure de cet te gamme conduit à la formation, lors de la réaction d'hydrogénation, de produits aso, hydraso, azoxy et autres produits apparentés indésirables, qui non seulement abaissent le rendement en l'acide souhaité mais, en outre, provoquent également des modifications de coloration du produit et affectent aussi d'autres façons la qualité du produit. Ledit brevet indique, en outre, qu'à un pH inférieur à 7,0, l'acide p-aminobenzoRque tend à se séparer de son mélange de sels et qu'une telle séparation peut avoir pour résultat une perte de produit au cours d'un stade ultérieur de filtration nécessaire pour éliminer le catalyseur. Le brevet signale également, outre cette gamme étroite de pH, que le procédé est mis en oeuvre sous une pression d'hydrogène comprise entre 7,8 et 42 atmDsShdres et qu'd une pression inférieure à 7,8 atmosphères la réaction est lente et moins intéressante. A l'encontre de ce qui est dit dans ledit brevet, la Demande resse a maintenant découvert qu'on peut obtenir le produit souhaité avec un rendement pratiquement quantitatif, supérieur à 95%, avec une pureté élevée correspondante, en mettant le procédé en oeuvre dans des conditions doucement acides, à un pH d'environ 5 à 7 et sous une pression d'hydrogène inférieure à 7,8 atmosphères, dans une solution aqueuse d'un sel de métal alcalin de l'acide nitrobenzoSque dont le pi a été amené dans les limites de 5 à 7 précitées. L'invention vise un procédé permettant d'obtenir des rendements élevés en acides aminobenzoRques très purs. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé permettant d'obtenir des rendements élevés en acides aminobenzorques très purs, par hydrogénation de 1' acide nitrobenzotque correspondant en présence d'un catalyseur d'hydrogénation, dans certaines conditions réactionnelles décrites ciaprès. Comme précédemment indiqué, on a maintenant découvert qu'on peut obtenir des rendements élevés en acides aminobensoRques très purs en effectuant la réduction catalytique des acides nitrobenzorques correspondants, sous forme de sels de métaux alcalins, dans une solu tion aqueuse, à un pH d'environ 5 à*7. En utilisant le procédé suivant la présente invention, on évite les complications de l'utilisation de sels d'ewoniwm en mélange avec des sels de métaux alcalins ainsi que la nécessité d'effectuer la réaction dans une gamme très limitée de pH alcalin. En outre, il est également possible d'effectuer la réaction suivant la présente invention sous une pression d'hydrogène relativement basse, ladite pression étant inférieure à 7,8 atmosphères, environ.En utilisant cette basse pression d'hydrogène, il est possible d'utiliser des réacteurs moins onéreux, ce qui s'oppose aux techniques antérieures tui indiquent qu'une pression d'au moins 7,8 atmosphères est nécessaire et qu'on utilise une pression d'environ 7,8 à 42 atmosphères, l'utilise tion de ces pressions nécessitant l'utilisation d'installations sous pression plus onéreuses, comme des autoclaves, par exemple. En outre, dans les conditions suivant l'invention,on ne rencontre aucune diificulté à empêcher la perte de produit au cours de la filtration du catalyseur. En conséquence, l'invention a pour but de fournir un procédé perfectionné d'hydrogénation d'acides nitrobenzoiques en les acides aminobensoiques correspondants. Suivant un de ses aspects, l'invention a pour objet un procédé d'hydrogénation d'acide nitrobenzoEque caractérisé en ce qu'on hydro gène ledit acide nitrobensorque sous une pression d'hydrogène infé rieure à 7,8 atmosphères, environ, et à un pH d'environ 5 à 7, en présence d'un catalyseur d'hydrogénation, dans une solution essen tellement constituée par ledit acide dissous dans une solution aqueuse d'environ 0,95 à 1,0 équivalent d'un hydroxyde, carbonate ou bicarbonate de métal alcalin. Suivant un mode de mise en oeuvre particulier, l'invention vise un procédé d'hydrogénation d'acide p-nitrobenzoique suivant lequel on hydrogène ledit acide p-nitrobenzoique sous une pression d 'hydrogène d'environ 3 à 4,4 atmosphères et à un pH d'environ 5,7, en présence d'un catalyseur d'hydrogénation comprenant un produit composite à base de charbon palladié, la réaction étant effectuée dans une solution essentiellement constituée par ledit acide p-nitrobenzoique dissous dans une solution aqueuse d'environ 0,97 équivalent d'hydroxyde de sodium. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparattront dans la description qui va suivre. Comme précédemment indiqué, la présente invention est relative à un procédé perfectionné d'hydrogénation d'acides nitrobenzoiques en les acides aminobenzoiques correspondants, ledit procédé étant mis en oeuvre d'une façon plus appropriée que celle décrite dans les techniques antérieufes, comme on le décrira ci-après. Tout acide nitrobenzoique approprié peut être hydrogéné suivant la présente in invention et, à titre d'exemples d'acides utilisables, on citera: 1' acide o-nitrobenzorque, l'acide m-nitrobenzoSque et, particulièrement, l'acide p-nitrobenzoique, ainsi que des acides nitrobenzoiques substitués. Comme précédemment indiqué, l'hydrogénation est effectuée en solution aqueuse, à un pH de nature acide, d'environ 5 à 7 L'acide nitrobenzoique est en solution pratiquement entièrement sous forme d'un sel de métal alcalin, bien-que dans la gamme de pH opératoire souhaitée, d'environ 5 k 7, il y ait présence d'environ 1 à 554 de 1' acide 'libre. On doit utiliser une quantité d'eau suffisante pour complètement dissoudre le sel de métal alcalin plus l'acide libre, par exemple une solution aqueuse contenant, en poids, d'environ 10 à 50 et, de préférence, d'environ 25 à 35%' du sel de métal alcalin d' acide nitrobenzofque. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l' invention, l'acide nitrobenzoïque est présent dans la solution aqueuse pratiquement entièrement sous forme de sel de sodium. Comme autres sels de métaux alcalins utilisables on citera, par exemple, les sels de potassium, de lithium, de rubidium, de césium, etc.. mais ils ne semblent pas être plus avantageux à utiliser que le sel de sodium. On peut préparer le sel de toute manière appropriée, et, de préférence, en faisant réagir l'acide, in situ, avec une solution aqueuse d' un hydroxyde de métal alcalin. Suivant un autre mode de mise en oeu vre, on peut utiliserle carbonate ou bicarbonate de métal alcalin correspondant, par exemple le carbonate de sodium le bicarbonate de sodium, le carbonate de potassium, le bicarbonate de potassium, le carbonate de lithium, le bicarbonate de lithium, etc.. On peut amener le pH dans les limites souhaitées, en ajoutant un acide minéral ou organique comme l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide acétique, etc.. ou, éventuellement, en utilisant une quantité insuffisante de l'hydroxyde ou du carbonate ou bicarbonate de métal alcalin.Il est bien entendu que le sel de métal alcalin préféré, de 1' acide nitrobenzolque, peut également être dissous dans une solution aqueuse et le pH ajusté à la valeur souhaitée. Lorsque c'est souhaitable, et particulièrement lorsque la charge d'acide nitrobenzofque est impure, on peut inclure du charbon, ou autre agent décolorant, dans le mélange réactionnel. D'une façon générale, la quantité de charbon ou autre agent décolorant représente d'environ 1 à 5, ou plus, du poids de l'acide nitrobenzorque; plus le degré d'impureté de la charge est élevé, plus la quantité d'agent décolorant présente est élevée. L'hydrogénation de l'acide nitrobenzoRque s'effectue, et se poursuit rapidement, sous une faible pression d'hydrogène d'environ 1,3 à 7,8 atmosphères et, de préférence, d'environ 1,7 à 4,4 atmosphères qui, comme précédemment indiqué, diffère des pressions utilisées suivant les techniques antérieures et qui offre également d'importants avantages par rapport à l'utilisation d'une pression plus élevée. Par exemple, la nécessité d'avoir à utiliser des installa- tions haute pression est éliminée et, en outre, on a découvert que la réaction s'effectue rapidement, contrairement à ce qui est dit dans les techniques antérieures, à savoir: que le procédé est lent lorsqu'on opère sous une pression inférieure à 7,8 atmosphères.Toutefois, il est bien entendu que, si cela présente des avantages, on peut opérer à pression plus élevée, par exemple jusqu'à une pression de 35 atmosphères ou plus, mais il n'est généralement pas avantageux d'utiliser ces pressions plus élevées qui, en conséquence, ne sont pas préférables. L'hydrogénation s'effectue de manière satisfaisante à une température d'environ 50 à 1000C, bien qu'on puisse éventuellement opé rer à température plus élevée. La température préférée est comprise entre 70 et 1000C, environ, et, généralement, il n'est pas avantageux d'opérer k température plus élevée qui nécessiterait des dépenses supplémentaires de chauffage et d'installations de refroidissement. On poursuit l'hydrogénation jusqu'à obtention de la consommation d' hydrogène souhaitée, opération qui prend habituellement d'environ 2 à 10 et, plus particulièrement, d'environ 2 à 5 heures. On peut utiliser tout catalyseur d'hydrogénation approprié, de préférence un catalyseur à base de métal noble comme le palladium, le platine, le rhodium, le ruthénium, etc.. ainsi que leurs oxydes ou leurs mélanges. Il est préférable que le catalyseur à base de métal noble soit préparé sur un support approprié tèl que du carbone, lalumine, la silice, etc.. ou leurs mélanges, Le produit composite peut contenir le catalyseur actif en une concentrationpondérale d' environ 0,5 à 25% et, de préférence, d'environ 1 à 5%.Un autre avan targe du procédé suivant la présente invention est qu'on utilise une quantité très faible de catalyseur, comme on le verra dans les exemples ci-après, où on\décrit l'utilisation d'aussi peu que 0,05 g d' un catalyseur à base de charbon palladié à 5% pour 50 g d'acide p nitrobenzofque. D'une façon générale, la quantité de catalyseur représente d'environ 0,05k 5% et, de préférence, d'environ 0,1 à 1% du poids de la charge d'acide nitrobenzorque. Toutefois, il est bien entendu qu'on doit utiliser une quantité suffisante de catalyseur pour obtenir l'hydrogénation souhaitée. On effectue l'hydrogénation de l'acide nitrobenzoique de toute manière appropriée, en discontinu ou en continu. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, on effectue la réaction dans un réacteur basse pression, capable de fonctionner à une pression pouvant atteindre 7,8 atmosphères environ, éventuellement muni de dispositifs d'agitation et de chauffage appropriés et de dispositifs d'entrée et de sortie appropriés.Suivant ce procédé, on charge la solution aqueuse du sel d'acide nitrobenzorque plus le catalyseur dans le réacteur qu'on met ensuite sous la pression d'hydrogène souhaitée, comprise dans les limites précitées, c'esg-dire inférieure à 7,8 atmosphères et de préférence d'environ 1,7 k 4,4 atmosphères, puis on chauffe la charge jusqu'à la température opératoire souhaitée. Lorsqu'on opère en continu, on peut disposer le catalyseur sous forme de lit fixe dans la zone de réaction et faire passer la solution aqueuse d'acide nitrobenzoique et l'hydrogène dans ladite zone, en écoulement ascendant ou descendant, en contact avec le catalyseur. Lorsqu'on opère en discontinu, une fois l'hydrogénation menée à bonne fin, on recueille le mélange réactionnel et on le filtre, afin de séparer le catalyseur, ladite opération de filtration étant de préférence effectuée à une température d'au moins 500C et généralement non supérieure à 100 C, environ. Dann ces conditions, il n'y a pas de séparation de produit au cours de la filtration. Le procédé suivant la présente invention a pour autre avantage qu'on peut réutiliser le catalyseur de façon répétée, pour l'hydrogénation d'autres charges d'acide nitrobenzoique, en n'ajoutant, par incréments, que des quantités relativement faibles de catalyseur frais. Comme le produit est sensible & kJ'oxydation par l'air, il est préférable d'ajouter au filtrat un agent protecteur approprié, par exemple de 1' hydrosulfite de sodium. Il n'est nécessaire d'utiliser qu'une quantité relativement faible d' hydrosulfite de so- dium. Suivant un autre mode opératoire, on peut exclure l'airven effectuant la filtration et la précipitation sous atmosphère non oxydante, par exemple sous azote, etc.. Après séparation du catalyseur, on précipite l'acide aminobenzofque par addition d'acide minéral, jusqu'à un pH de 4 environ, et on refroidit å température ambiante. On peut utiliser tout acide minéral approprié, par exemple l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, etcO On sépare le produit précipité, par filtration, du solvant aqueux et, de préférence, on le lave à l'eau afin d'éliminer les sels minéraux, après quoi on peut le sécher de toute manière appropriée, par exemple en chauffant dans une étuve sous vide. On obtient l'acide aminobenzo tique avec un rendement d'environ 95% ou plus, et à un état de pureté très élevé. Comme précédemment indiqué, on mélange l'acide nitrobenzoique avec une solution aqueuse d'un sel de métal alcalin, uniquement afin d'obtenir le sel de métal alcalin de l'acide nitrobenzoque, la solution résultante ne contenant pas de sel d'ammonium. Cela diffère du système catalytique suivant les techniques antérieures dans lequel la solution est un mélange de sels d'ammonium et de métal alcalin. En conséquence, on ne s'attendait pas à pouvoir obtenir des rendements élevés en produit très pur en n'utilisant pas ce qu'on considérait antérieurement comme un élément essentiel du système catalytique, comme le mettront en évidence les exemples ci-après. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. EXEMPLE I La charge, dans cet exemple, comprend 23 g de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50%0 (0,29 mole), 50 g d'acide p-nitrobenzoique (0,30 mole) et 85 g d'eau. On chauffe le mélange jusqu'à 750C environ, jusqu'à dissolution complète de l'acide. Le pH de la solution est de 5,7 environ . On ajoute, à cette solution, 0,05 g de catalyseur à base de charbon palladié à 5% ainsi que 1,0 g de charbon décolorant. On réduit ensuite le mélange, dans un appareil d'hydrogénation Parr, à une température d'environ 75 à 900C et sous une pression d' hydrogène d'environ 3 à 4,4 atmosphères, jusqu'à ce que l'absorption d'hydrogène cesse. Il faut environ 2,5 heures pour mener la réaction à bonne fin, après quoi on filtre le catalyseur à 650C, environ.On ajoute une pincée d' hydrosulfite de sodium au filtrat pratiquement incolore, afin de l'empêcher d'être oxydé par l'air et d'empêcher 1' apparition ultérieurs d'une coloration jaune. On précipite l'acide p-aminobenzoique en ajoutant progressivement, tout en agitant fortement, environ 39,4 g d'acide sulfurique à 500/o, jusqu'à obtention d'un pli de 3,8, environ. Un produit solide granulaire blanc se sépare et, après refroidissement à 150C environ, on filtre le produit, on lave à l'eau (100 ml) afin d'éliminer les sels minéraux et on sèche sous vide à 750C environ, obtenant ainsi 39,3 g d'acide p-aminobenzoique (rendement de 96%)c L'analyse du produit confirme sa grande pureté.Le produit est un solide granulaire blanc, ayant un point de fusion de 187,8-188,5 C qui, pr ailleurs, présente les caractéristiques normales EXEMPLE II On effectue un autre essai, pratiquement comme décrit à l'exemple I, mais sans utiliser de charbon. La charge comprend 50 g d'acide p-nitrobenzoSque, 24 g de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 50, 100 g dreau et 0,5 g de charbon palladié comme catalyseur. On effectue la réaction à un pli de 6,3 et sous une pression d'hydrogène de 3 à 4,4 atmosphères pendant 4,5 heures. On obtient, avec un rendement pondéral de 97 , un produit solide blanc ayant un point de fusion de 188-1900C. EXEMPLE III On effectue un autre essai, pratiquement comme décrit à l'exem- ple I, mais en utilisant de l'hydroxyde de potassium au lieu de 1' hydroxyde de sodium et l'acide p-nitrobenzoRque étantl3ratiquement complètement converti en son sel de potassium. On effectue la réac tion à un pH de 6,8 environ, pendant 2,75 heures. On obtient, avec un rendement de 97, un produit solide granulaire blanc ayant un point de fusion de 1900C. EXEMPLE IV On effectue un essai en opérant pratiquement comme décrit à 1' exemple I, mais en utilisant 0,1 g de charbon contenant 5% de platine, comme catalyseur, au lieu du charbon palladié. On effectue le réaction à un pH de 6,0, environ, pendant 3 heures. On obtent, avec un rendement de 96%, un produit granulaire blanc ayant un point de fusion de 1900C. EXEMPLE V Dans cet exemple, on opère iratiquement suivant le protocole opératoire décrit à l'exemple I, cette exception près que la charge comprend de l'acide o-nitrobenzoSque à la place de l'acide p-nitro benzoRque de l'exemple I. On prépare la charge en mélangeant 23 g de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 5079 avec 50 g d'acide o nitrobenzoique et 85 g d'eau. On chauffe le mélange jusqu'à dissolution complète, puis on l'additionne de 0,5 g d'un catalyseur comprenant un produit composite charbon-palladium (5%). On réduit ensuite le mélange sous une pression d'hydrogène de 4,4 atmosphères, jusqu' ce que l'absorption d'hydrogène cesse. On recueille le mélange réactionnel, on le filtre, on l'additionne d'hydrosulfite de sodium et, enfin, on précipite par addition d'acide sulfurique. On sépare le solide cristallin qu'on filtre, lave et sèche, obtenant ainsi le produit cherché, l'acide o-aminobenzoRque. EXEMPLE VI Dans cet exemple, on opère sensiblement comme décrit à l'exem- ple I, mais en utilisant une solution aqueuse de 0,29 équivalent de carbonate de sodium à la place de lthydroxyde de sodium pour dissoudre l'acide nitrobenzoRque et obtenir son sel de sodium. REVENDICATIONS 1. Procédé d'hydrogénation d'un acide nitrobenzoRque, caractérisé en ce qu'on hydrogène l'acide nitrobenzoSque sous une pression d'hydrogène inférieure à 7,8 atmosphères, environ, et à un pH d'environ 5 à 7, en présence d'u catalyseur d'hydrogénation dans une solution aqueuse d'environ 0,95 à 1,0 équivalent d'un hydroxyde, carbonate ou bicarbonate de métal alcalin. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on opère à une température de réaction d'environ 50 à 100 C. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur d'hydrogénation est un catalyseur à base de métal noble mis sous forme de produit composite avec un support. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur d'hydrogénation est constitué par du palladium ou du pla- tine mis sous forme de produit composite avec du charbon. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on obtient un sel de métal alcalin dudit acide nitrobenzorque en faisant réagir ledit acide avec une solution aqueuse d'un hydroxyde, carbonate ou bicarbonate de métal alcalin afin d'obtenir ledit sel de métal alcalin dudit acide nitrobenzoRque, on amène le pH de la solution à une valeur d'environ 5 à 7, puis on soumet la solution à une hydrogénation. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1' acide nitrobenzoRque est l'acide o-, m- ou p-nitrobenzoRque. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1' hydroxyde de métal alcalin est l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carbonate de métal alcalin est le carbonate de sodium ou le charbon nate de potassium. 9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bicarbonate de métal alcalin est le bicarbonate de sodium ou le bicarbonate de potassium. 10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que du charbon est inclus dans le mélange réactionnel à titre de décolorant.