Brevet FR2318139A1 — publié le 19770211

L'invention concerne un procédé de préparation de diesters de glycol à partir de diènes conjugués, un acide carboxylique étant mis en réaction avec le diène sous l'influence d'un rayonnement ionisant. On sait que quand on fait réagir le butadiène et lloxy gène avec un acide organique en présence de sels de pal.ladlllm etc de sels de cuivre, ilse forme des diacétates de bwtène-diol dans la phase liquide (3revet allemand n 2 012 903). En présence de palladium et d'un élément du groupe formé par l1antimoine, le bismuth, le tellure et le sélénium, on obtient aussi des diacétates de butène-diol d'après le brevet allemand n0 2 217 452. L'invention concerne un procédé pour la préparation d'esters de glycols (diols) qui contiennent au moins 4 atomes de carbone, par la mise en réaction de diènes dont le squelette carboné correspond chaque fois à celui des glycols, avec un acide carboxylique, l'énergie nécessaire pour la réaction étant appliquée par traitement par un rayonnement électromagnétique pénétrant (rayons gamma). Tandis que, dane es procédés connus, l'apport d'énergie provient manifestement du fait que de l'oxygène est présent et réagit avec une partie de l'tydrogène, par exemple selon la réaction a réaction se produit dans le cas présent de telle sorte que de lthydrogène est formé comme produit de la réaction. Le procédé selon l'invention, consistant à faire réagir un diène avec un acide carboxylique en l'absence d'oxygène et sous l'influence de rayons gamma pour obtenir des diesters carboxyliques d'un diol non saturé, offre entre autres l'avantage q; le diène qui n'est pas utilisé dans la réaction n'a pas besoin d'entre sépare de l'oxygène non consommé par une opération assez coûteuse, comma cela est nécessaire dans les procédés connus. La substance de départ utilisée dans le procédé de l'in- vention est le butadiène ou un dérivé du butadiène dans lequel au moins un atome d'hydrogène du butadiène est remplacé par un groupe hydrocarboné comme l'isoprène, le 2,3-diméthylbutadiène, le pipéry lèna, etc. et qui peut être représenté par la formule générale suivante dans laquelle chacun des symboles R1 à R6 est mis pour un atome d'hydrogène QU un groupe hydrocarboné. parmi les diènes conjugués, on préfère en particulier le butadiène. te diène n'a pas besoin d'entre absolument pur : il peut contenir un gaz inerte, comme l'azote, etc. ou des hydrocarbures saturés comme le méthane, l'éthane, etc. Il est également possible d'utiliser un squelette à a4 qui contient du butadiène. L'acide carboxylique utilisé comme substance de départ peut être aliphatique, alicyclique ou aromatique. Au point de vue économique, on préfèrera l'acide formique et l'acide acétique, mais on peut aussi envisager l'emploi d'autres acides, comme l'acide prapionique, etc. En cas d'utilisation d'acide acétique comme acide carboxylique, la réaction ayec le butadiène se déroule d'après l'équation (II) Bien que la réaction se déroule déjà lorsqu'on réunit l'acide carboxylique audiène en présence de rayons gamma à la température ambiante, la vitesse de la réaction est accrue lorsqu'el-le est menee à une température plus élevée. La vitesse de la réaction peut eAtre encore augmentée considérablement par l'addition de Gwtatyseurs. En tant que catalyseurs, on peut utiliser des métaux nobles tels quele palladium, le platine, etc.; le cas échéant sur des supports. Un notre mode de réalisation avantageux de l'invention consiste à.utiliser comme catalyseur, pour des rendements particulièrement élevés en diesters de glycol finals, au moins l'un des éléments phosphore, arsenic, antimoine, bismuth, sélénium et tellure, en même temps que le palladium ou le platine. Pour la fabrication des catalyseurs sur un support, on peut appliquer les procédés usuels de préparation de catalyseurs métalliques sur des supports. On trouvera une description appropriée de la préparation de ces catalyseurs dans le Brevet allemand nO 2.217.452, à laquelle on se réferera à ce sujet. Le catalyseur peut êtle par exemple préparé en introduisant un support dans une solution qui a été obtenue par dissolution d'un composé du palladium ou du platine et d'un ou de plusieurs composés du phosphore, de l'arsenic, de l'antimoine, du bismuth, du tellure et du sélénium dans un solvant approprié; puis le solvant est éliminé par distillation en vue du dépit des éléments cités cidessus sur le support, après quoi on les réduit dans un courant ga zeux d'hydrogène ou d'un composé réducteur, ou au moyen d'agents réducteurs connus, comme l'hydrazine ou la formaline.On peut aussi préparer le catalyseur en introduisant le support dans une solution d'un sel de palladium et d'un ou de plusieurs sels choisis dans le groupe des sels de phosphore, d'arsenic, d'antimoine, de bismuth, de tellure et de sélénium, puis on ajoute un agent de précipitation, une substance alcaline, comme par exemple un métal alcalin, en vue de la précipitation de ces éléments sur le support, et on réduit ensuite selon le procédé indiqué ci-dessus. Le palladium d'une part et, d'autre part, l'antimoine, le phosphore, l'arsenic, le bismuth, le tellure et le sélénium peuvent être déposés en même temps ou successivement sur le support. On peut appliquer tout procédé de réduction par lequel le palladium d'une partet, d'autre part, l'arsenic, l'antimoine, le bismuth, le tellure et le sélénium sont réduits à l'état métallique. Le composé de palladium utilisé pour la préparation du catalyseur nta pas une importance décisive, bien qu'un composé halogéné du palladium, comme le chlorure de palladium, un sel d'acide organique, comme îtaCtate de palladium,le nitrate de palladium, l'oxydede.palladium, etc. soient à conseiller pour des raisons économiques. Mais il va de soi qu'on peut aussi utiliser d'autres composés du palladium, comme le chlorure de palladium sodique, le sulfate de palladium sodique, etc. Ordinairement, la concentration de palladium sur le support est comprise entre 0,1 et 20% en poids, bien que des concentrations plus fortes et plus faibles soient possibles. De même, il n'y a pas de limitations particulières quant aux composés de l'arsenic, de l'antimoine, du bismuth, du tellure et du sélénium qui sont utilisés comme autres éléments pour la préparation du catalyseur; on peut employer des halogénures, des nitrates, des suflates, des oxydes et d'autres composés de ce genre. En tant que composé phosphoré conviennent entre autres les acides o- et n-phosphoriques, des phosphates de métaux alcalins et alcalinoterreux, etc. Bien que les quantités de composés du phosphore, de l'arsenic, de l'antimoine, du bismuth, du tellure et du sélénium qui sont déposées sur les supports soient actives dans une large gamme, il convient en général de choisir des proportions comprises entre 0,05 et 30% en poids. Pour la fabrication du catalyseur, on peut utiliser des supports tels que le charbon activé, le silica-gel, l'acide silicique, l'alumine, l'argile, la bauxite, la magnésie, la terre dtinfu- soires, la pierre ponce, etc.Les supports peuvent être activés par des méthodes usuelles, comme par exemple par traitement par des acide des. Le procédé peut se dérouler en continu ou en discontinu et le catalyseur peut être.disposé en lit fixe, en lit fluidisé, en lit fluidisé à trois phases ou sous forme de catalyseur en suspension. La température de la réaction est ordinairement supérieu, re à 200C, généralement comprise entre 400C et 1800C, de préférence entre 600C et 1600C. Toutefois, en cas d'utilisation d'acide formique comme-élément acide, on peut déjà observer à 200C une vitesse suffisamment élevée de la réaction. La pression de la réaction est dé-trminé-e peut le mode operatoire et elle se situe de façon générale entre la pression atmosphérique et 100 atm. environ. En tant que source de rayons gamma, on peut utiliser de façon générale tout émetteur gamma, la préférence étant donnée à des préparationsde 60Co. la source de rayonnement peut alors être placée en dehors du réacteur; mais il est également possible de disposer la source de rayonnement sous une forme appropriée à S'intérieur du récipient où se déroule la réaction. La technique opéra- toire à cet égard est traitée par exemple en détail dans l'ouvrage d'A. Henglein, Einfu}run'g in die Strahlenchemie, VerlagGhemi, Weinheim (1969). Les diesters de butène-diol qui peuvent etre préparés par le procédé de l'invention sont des produits intermédiaires n- téressants pour l'obtention de butane-diol. L'invention est ci-arrès expliquée de façon plus détaillée à l'aide d'exemples qui sont donnés à seul titre d'indication et ne limitent aucunement la portée de l'invention. EXEMPLE 1. A 200C, on a fait passer 68,2 g de butadiène en l'espace de 5,5 h sous agitation à travers 250 g d'acide formique (à 99-100%) dans une installation d'irradiation. le taux de dose s'élevait à 51 krad/h. A la fin de la réaction, le mélange réactionnel a été concentré sous vide; la quantité obtenue, de 12,4 g contenait 36% de diformiates de butène de différentes configurations. L'installation d'irradiation se composait d'une source de 60Go et d'un appareil agitateur qui était installé à côté de la source de rayonnement. EXEMPLE 2. Dans 250 ml d'acide formique (à 99-100 %), on a fait passer 20,7 g de butadiène en l'espace de 5 h à 800G et avec le même taux de dose que dans l'Exemple 1. Après un traitement semblable à celui de l'Exemple 1, la quantité produite se composait pour 68% de formiates de butène. le rapport du butène-1-diol-3,4- diformiate au butène-2-diol-1 ,4-diformiate était de 1 : 2. EXEMPLE 3. Sous agitation, on a fait passer 38,8 g de butadiène en l'espace de 4 h à 200O à travers 250 g d'acide acétique Cà 99-100 %) avec le même taux de dose que dans l'Exemple 1. La quantité obtenue, de t5,6 g à la suite du traitement semblable à celui de l'Exemple 1, contenait 5,8% de butène-2-diol-1,4-diacétate et 33,30 de butène- 2-diol-1,4-monoacétate. EXEMPLE 4. Dans 250 g d'acide acétique, on a fait passer 20,7 g de butadiène en l'espace de 5 h, à 8000 et sous agitation, dans l'installation décrite-dans l'Exemple 1. Après concentration du résidu de la réaction, on a obtenu 5,8 g de résidu qui se composait pour 17,8 debutène-1-diol-3,4-diacétate et pour 20,3% de butène2-diol-1,4-monoacétate. EXEMPLE 5. Dans un appareil agitateur, on a fait passer 40,8 g de butadiène à 800C en l'espace de 5,5 h, dans l'installation décrite dans l'Exemple 1, à travers 250 g d'acide acétique et 25 g de charbon activé C = 0,1 à 0,4 mm) qui avait été traité par l'acide nitrique. Après élimination du catalyseur par filtration, le produit de la réaction a été concentré et analysé. Le résidu (9,0 g) se composaitpour 17,2% de butène-1-diol-3,4-diacétate, pour 13,5% de butène-1-diol-3,4-monoacétate, pour 11,3% de butène-2-diol-1,4diacétate et pour 18,4% de butène-2-diol-1 ,4-monoacétate. EXEMPLE 6. 25 mmoles (4,45 g) de chlorure de palladium ont été concentrées à la siccité au bain-marie avec 200 ml d'acide chlorhydrique 6N et 50 g de charbon activé (# : 0,1 à 0,4 mm) qui avait été lavé avec HNO3. Le catalyseur a été séché dans un courant d'azote à 200 C, puis réduit pendant 2 h à 2000C et 1 h à 4000C dans un courant d'azote qui avait été saturé de méthanol à la température ambiante. 20 g du catalyseur ainsi préparé ont été irradiés, avec 250 g d'acide acétique, sous agitation à 800C et pendant 5 h, dans l'installation décrite précédemment. Au cours de la durée de la réactions on a fait passer 44,6 g de butadiène.Après avoir appliqué le traitement décrit dans l'Exemple 5, on a obtenu une quantité dze 5,9 g d'un produit qui se composait pour 28,9% de butène-1-diol 5:,4-diacétate, pour 12,3 % de butane-diol-1,4-diacétate, pour 20s3% de butène-2-diol-1,4-diacétate, pour 12,7% de butène-2-diol ,4-monoacétate et pour 8,7% de butène-2-diol-1,4. le rapport des isomères-1,2 aux isomères-1,4 était de 1 : 2. EXEMPLE 7. 25 mmoles (4,45 g) de chlorure de palladium et 3,25 mmoles (0,52 g) de bioxyde de tellure ont été dissous dans 200 ml d'acide chlorhydrique 6N; on y a ajouté 50 g de charbon activé (0 : 0,1 à 0,4 mm) et on a évaporé lentement jusqu'à la siccité au bainmarie. Après un nouveau séchage, obtenu en faisant passer à travers le catalyseur dans un tube pendant 2 h un courant d'azote gazeux à îso0a, on a réduit la matibre en renvoyant un courant d'azote gazeux, qui avait été saturé de méthanol à la température ambiante, à une vitesse de 1 l/mn pendant 2 h à 2000C et pendant 1 h encore à 4000C. 25 g du catalyseur ainsi préparé ont été introduits, avec 250 g d'acide acétique, dans un ballon agitateur de 500 cm3 qui était équipé d'un thermomètre, d'un agitateur et d'une admission de gaz; puis on a introduit du butadiène pendant 5 h en vue de la réaction, à une vitesse de 2,5 l/h (44,3 g au total) à 85Le. Dans ces conditions, l'appareil a été irradié dans l'installation décrite ci-dessus. Après refroidissement, le produit a été filtré pour éliminer le catalyseur et le filtrat a été concentré sous pression réduite et distillé sous vide. Le produit obtenu a été analysé par chromatographie gazeuse pour déterminer les diacétoxybutènes produits.Le mélange réactionnel se composait pour 8,6 % de butène-1- diol-3,4-diacétate et pour 82,5% de butène-2-diol-1,4-diacétate. le taux de transformation en diacétates est de 3% La valeur G est de 2,5 . 103 particules/100 eV. EXEMPLE 8.-- 25 mmoles (4,45g) de chlorure de palladium et 3,75 mmoles (0,367 g) d'aeide o-phosphorique ont été concentrées à la siccité au bain-marie avec 200 ml d'acide chlorhydrique 6N et 50 g de charbon activé (0 : 0,1 à 0,4 mm) qui avait été lavé avec Ho03. Le catalyseur a été séché à 2000C dans un courant d'azote, puis réduit pendant 2 h à 2000C et 1 h à 4000C dans un courant d'azote qui avait été saturé de méthanol à la température ambiante. 25 g du catalyseur ainsi préparé ont été introduits dans un ballon agitateur avec 250 g d'acide acétique. A 850C, on a fait passer du butadiène pendant 5 h et, pendant ce temps, l'appareil a été irradié comme décrit précédemment (taux de dose, 51 krad/h). La quantité de butadiène introduite a été de 37,3 g. Le produit obtenu a été traité comme indiqué dans l'Exemple 7 et a donné 10,6 g de produit de la réaction. Ce produit se composait pour 6,3% de butène-1-diol-3,4-diacétate et pour 78,8% de butène-2-diol-1,4diacétate. ; REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la préparation d'esters de glycol qui contiennent au moins 4 atomes de carbone, par la mise en réaction de diènes dont le squelette carboné correspond claque fois à celui desglycols, avec un acide carboxylique, caractérisé en ce que l'énergie nécessaire pour la réaction est appliquée par traitement par un rayonnement électromagnétique pénétrant (rayons gamma). 2.- Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce qu'on fait réagir un diène conjugué de formule générale dans laquelle chacun des symboles R1 à R6, qui peuvent être semblables ou différents, représente un hydrogène ou un groupe alcoyle à 1-6 atomes de carbone. - 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait réagir, en tant que diène conjugué, le butadiène, l'isoprène, le 2,3-diméthylbutadiène ou le pipérylène. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, comme acide carboxylique, un acide carboxylique aliphatique, aromatique ou alicyclique à 1-20 atomes de carbone, de préférence l'acide formique, l'acide acétique ou l'acide propionique. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu' on utilise en plus du charbon activé comme catalyseur. 6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise en plus du palladium ou du platine comme catalyseur, sur du charbon activé servant de support. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le catalyseur utilisé a été préparé en déposant sur le support un composé du palladium ou du platine et au moins un composé du phosphore, de l'arsenic, de l'antimoine, du bismuth, du tellure et/ou du sélénium et en réduisant les composés ainsi déposés. 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, comme source de rayons gamma, une source au 60Co.