Brevet FR2288746A1 — publié le 19760521

La présente invention concerne un procédé de préparation de dichlorure de diméthyl-étain à partir de l'étain et du chlorure de méthyle On a mis au point de nombreux procédés catalytiques pour la préparation du dichlorure de diméthyl-étain à partir de l'étain métallique et du chlorure de méthyle. Pour obtenir des rendements convenables, les meilleurs de ces procédés nécessitent des catalyseurs à l'iode (voir les brevets US n 3 519 665 et britannique n I 053 996). Par suite de la présence de l'iode, ces catalyseurs sont coûteux et il est nécessaire de distiller le produit pour récupérer le catalyseur sous forme d'un résidu de distillation. CeUe distillation est longue et accroît le cott global du procédé. Le besoin s'est fait sentir d'un procédé utilisant un catalyseur peu coûteux, pouvant etre jeté, qui éviterait l'emploi de l'iode ou de composés iodés, et/ou supprimerait la nécessité de distiller pour récupérer le catalyseur. La présente invention résoud ce problème : elle permet l'emploi de catalyseurs ne renfermant pas d'iode et supprime le stade de récupération par distillation. Ce résultat est obtenu grâce à l'utilisation de certains types particuliers de catalyseurs et à la régulation de la température et de la pression, pendant la réaction. Dans le brevet britannique précité, on charge, par exemple, au départ la totalité du chlorure de méthyle (exemples 1 à 4), et on opère à une température égale ou supérieure à la températuré critique de 143,1 C, sous une pression au moins égale-à la pression critique de 65,5 bars. La réaction impliquée est Sn + 2MeCl # Me2SnCl2 En même temps, on évite ou réduit au minimum d'autres réactions, possibles, telles que t MeSnCl2 + Sn + MeCl ### Me3SnCl + SnCl2, MeSnCl2 + Sn + 2MeCl ### Me4Sn + 2SnCl2 ou 4 Me3SnCl + Sn + 3 Me4Sn + 2 SnCl2. Dans le procédé de l'invention, il s'est révélé souhaitable d'ajouter un peu de dichlorure de diméthyl-étain au début de la réaction, comme milieu réactionnel et solvant du chlorure de méthyle. Comme le dichlorure de diméthyl-étain est le produit de réaction principal, la quantité de dichlorure de diméthyl-étain qu' on ajoute au depart n'a pas une/importance capitale ; elle est, de préférence, suffisante pour permettre l'agitation dans le réacteur et recouvrir l'étain, cette valeur étant généralement de l'ordre de 15% du volume du réacteur0 Au lieu du dichlorure de diméthylétain, on peut utiliser d'autres solvants organiques n'intervenant pas dans la réaction, tels que des chlorures d'ammonium quaternaire, des éthers organiques comme l'éther dibutylique et similaires, ou leurs mélanges avec des solvants hydrocarbonés.Cependant, il peut, dans ce cas, être nécessaire de séparer le produit après la réaction, on préfère donc le dichlorure de diméthyl-étain, lui-meme. Le chlorure de méthyle est introduit à l'état gazeux, normalement jusqu'à ce que le réacteur soit rempli, ou bien jusqu à ce que ce chlorure ne soit plus absorbé, ce qui indique que l'é- tain a été totalement consommé. On prélève ensuite le produit par pompage, en laissant dans le réacteur la quantité désirée pour la réaction suivante. La température, la pression et la quantité de catalyseur influent sur la réaction. La solubilité du chlorure de méthyle dans le milieu réactionnel augmente avec la pression. Cela augmente la vitesse de la réaction de la même façon qu'unie augmentation de température. Ainsi, dans la gamme de 170 C à 215 C, avec de la triméthylamine comme catalyseur, la vitesse de réaction double environ pour chaque élévation de la température de 20eC Les catalyseurs suivant l'invention sont des composés azotés du type :: où R1, RZ et RJ représentent des alkyles de préférence en C1 à C18, aralkyles, aryles ou un atome d'hydrogène, R4 est un alkyle en C1 à C18, aryle, aralkyle ou un atome d'hydrogène, ou bien n'existe pas du tout, R5 signifie X, SnX3 ou n'existe pas, X étant un halogène, pas notamment chlore ou brome. SiR4 n'existe pas, R5 ne doit/exister non plus0 Si R1, R2, R3 et R4 représentent chacun un atome d'hydrogène, R5 est un atome de brome. Ainsi peut-on faire usage de monométhylamine, diméthylamine, triméthylamine, monoéthylamine, diéthylamine, triéthylamine, diméthyléthylamine, tripropylamine, triisopropylamine, tributylamine, trioctylamine, diamylhexylamine, trilaurylamine, bis-octadécylamine, tribenzylamine, aniline, N-méthylaniline, N,N-diméthylaniline, toluidine, N-méthyl-toluidine, N,diméthyltoluidine, N,N-diéthylaniline ; chlorures ou bromures de tétraméthyl-armnonium, de triméthyl-éthyl-ammonium, de tétraéthyl-ammonium, de triméthyl-phényl- ammonium, de triméthyl-benzyl-ammonium, de tétrabenzyl-ammonium, de tétraphényl-ammonium, de triméthyl-octadécyl-ammonium, de diéthyl-dibutyl-ammonium, de triméthyl-cétyl-ammonium ; les trichlorostannites, dichlorobromostannites, dibromochlorostannites ou tribromostannites de tétraméthyl-ammonium, de triméthyl-éthyl-annonium, de tétraéthyl-ammonium, de tétrabutyl-ammonium, de triméthyl-octadécyl-ammonium, de triéthyl-benzyl-ammonium, de triméthyl-phénylammonium, de tétraphényl-ammonium, de tétrabenzyl-ammonium, etc On peut également préparer les catalyseurs, en faisant réagir une amine et un chlorure d'alkyle avec un chlorure (ou bromure) d'un métal polyvalent, ou un dérivé d'ammonium quaternaire avec le chlorure (ou bromure) de métal polyvalent, tel que chlorure ou bromure de zinc, de plomb, de fer ferreux ou ferrique, de cuivre, de cobalt; de nickel, d'aluminium, de titane, de zirconium, d'étain, de magnésium, de calcium ou autre. Le catalyseur peut également être constitué par des halogénures d'ammonium quaternaire préparés préalablement ou in situ avec les halogénures de métal polyvalent indiqués ci-dessus. Les trois types préférés de catalyseurs suivant l'invention sont (a) un chlorure de tétra-alkyl-ammonium, R4NC1, (b) un trichlorostannite de tétra-alkyl-ammonium, R4NSnC13, et (c) une trialkylamine, R3N. Chacun des alkyles, semblables ou différents, renferment I à 4 atomes de carbone. Le catalyseur préféré est la triméthylamine bien que tous les catalyseurs (a), (b) et(c) aient une activité molaire à peu près égale aux faibles concentrations. On peut citer comme exemples de catalyseurs des groupes (a), (b) et (c), les chlorures de : tétraméthyl-ammonium, tétraéthylammonium, tétrapropyl-ammonium, tétrabutyl-ammonium, triméthyl-éthyl- ammonium méthyl-tributyl-ammonium ; les trichlorostannites de t4- traméthyl-ammonium, de tétraéthyl-ammonium, de tétrapropyl-ammonium, de tétrabutyl-ammonium, de méthyl-tributyl-ammonium, etc. ; les triméthylamine, triéthylamine, tripropylamine, tributylamine, diméthyléthylamine, triisopropylamine, tri-sec-butylamine et similaires Théoriquement, dans la réaction, les catalyseurs (a) et (c) sont finalement tnnsformés en (b) mais l'on a observé certaines différences de réactivité.Avec les catalyseurs (a) et (b), plus la quantité de catalyseur introduite est grande, plus la réaction est rapide. Cependant, avec (c), si l'on utilise trop de catalyseur, la réaction peut cesser complètement. L'utilisation d'une quantité trop forte de catalyseur (a), (b) ou (c) peut entrainer des difficultés dans la séparation ultérieure d'un produit tel que le diméthyl-étain bis-(thioglycolate d'isooctyle) dans une phase aqueuse utilisée pour préparer ou laver le produit. Aussi, la proportion de catalyseur est-elle généralement d'environ 0,0025 à 0,05 ou 0,005 à 0,02 mole par atome-gramme d'étain, selon la nature du catalyseur,elle peut d'ailleurs varier. L'ammoniac catalyse également la réaction, mais ne constitue pas un aussi bon catalyseur qu'une trialkylamine. De plus, en présence d'une quantité trop grande d'ammoniac, les proportions de chlorure de mono-, di-, et triméthyl-étain formés peuvent varier. Ainsi, dans certaines conditions, un excès d'ammoniac favorise la formation de chlorure de triméthyl-étain, par exemple à raison de 40% de la totalité des produits, ainsi que de quantités sensibles de chlorure stanneux. Cela, bien entendu, réduit le rendement en le dichlorure de diméthyl-étain désirés Lorsqu'on diminue la taille des morceaux d'étain métallique, la vitesse de réaction augmente jusqu'à un certain point. Cependant, il n'est généralement pas nécessaire d'utiliser de l'étain finement divisé, et en dessous d'une certaine limite, les.,dimen- sions des morceaux d'étain n'ont pas d'importance. De façon générale, des copeaux d'étain conviennent, La seule chose qui compte est la vitesse de mise en solution du chlorure de méthyle. L'élévation de la température n'abaisse pas la vitesse de réaction en soi, mais réduit la quantité de chlorure de méthyle pouvant entrer en solution dans le milieu réactionnel sous une pression constante ; pour cette raison, on ne peut tolérer une température trop élevée. A des températures de 200. à 2300C, il n'y a aucun incon vénient à utiliser une pression de 13,8 bars. On peut meme effectuer o la réaction à 150C. La pression manométrique peut être aussi faible que 10,3 bars, mais pour cette valeur, il est nécessaire d'augmenter la quantité de catalyseur, afin de conserver une bonne vitesse de réaction. Sous une pression de 4,1 bars, la consommation d'étain s'abaisse si l'on maintient constantes la quantité de catalyseur, la durée de la réaction, et la pression. La réaction peut avoir lieu sous des pressions très élevées, mais, pour des raisons pratiques d'installations, on ne dépasse pas de préférence des pressions manométriques d'environ 27,6 bars. il est souhaitable d'utiliser une bonne agitation ou de répartir de façon homogène le chlorure de méthyle dans le solvant, pour obtenir la vitesse de réaction maximale et empêcher la formation de sous-produits. La réaction n'est pas particulièrement liée à la concen- tration du catalyseur. Ainsi, lorsqu'on utilise comme catalyseur 227 g de triméthylamine et comme solvant 11,34 kg de dichlorure de diméthyl-étain, on obtient 68 kg de chlorure de diméthyl-étain, tandis qu'avec la même quantité d'étain et 113 g de triméthylamine dans 34 kg de dichlorure de diméthyl-étain, on obtient 90,7 kg de dichlorure de diméthyl-étain. il est souhaitable que la quantité de catalyseur soit comprise entre 0,0025 et 0,05 mole par atome-gramme d'étain réagissant. La quantité minimale de catalyseur n'est pas critique. Des quantités de 200 g de catalyseur pour 27 à 29 kg d'étain se sont montrées efficaces. On peut utiliser une quantité aussi faible que 0,02 mole de chlorure de tétraméthyl-ammonium pour la réaction du chlorure de méthyle avec 4 atomes-grammes d'étain, pour former du dicglorure de diméthyl-étain avec un débit d'addition du chlorure de méthyle de 0,8 g/mn. Contrairement au procédé du brevet britannique précité, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en continu. Des pressions manométriques aussi faiblessque 4,1 bars ne permettent pas un fonctionnement continu, De préférence, la température maximale est le point de fusion de l'étain, qui est environ 231,90C, bien o qu'on puisse appliquer des températures atteignant environ 250C et, en particulier, si l'on emploie des dispositifs qui dispersent 1' étain fondu ou lui confèrent une grande surface. Comme souligné plus haut, il est préférable d'utiliser la triméthylamine, car elle a un bas poids moléculaire qui permet d'en prendre des quantités absolues plus faibles par rapport aux alkylamines supérieures. L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui suivent, dans lesquels, sauf indication contraire, les parties et pourcentages sont exprimés en poids, et à l'examen des dessins annexés. Fig. 1 est un graphique de la consommation du chlorure de méthyle (g/mn), portée en abscisses, sous une pression manométrique de 13,8 bars à 2150C, en fonction des quantités de triméthylamine comme catalyseur (mole) pour 4 atomes-grammes d'étain, indiquées en ordonnées. Fig. 2 représente un graphique de la consommation du chlorure de méthyle (g/mn en abscisses) pour différentes températures (OC) portées en ordonnées, sous une pression manométrique de 13,8 bars, avec, comme catalyseur, 10 g de triméthylamine. Fige 3 montre la relation entre la consommation du chlorure de méthyle (g/mn, enabscisses) et la pression manométrique (bars, en ordonnées), à 208C avec 10 g de triméthylamine comme ca catalyseur, Le fait que la triméthylamine, le chlorure de tétraméthyl-ammonium ou le bromure de tétraméthyl-ammonium donnent de bons rendements en chlorure de diméthyl-étain, est particulièrement surprenant, car il est indiqué, dans l'exemple 4 du brevet US pré- cité, qu'une quantité d'étain très faible est consommée lorsqu'on utilise l'iodure de tétraméthyl-ammonium dans les conditions de cet exemple. EXEMPLES 1 à 24 Le tableau I suivant donne les résultats de ces exem plues. Dans les exemples 1 à 18, les matières de départ sont : 475g d'étain et 150 g de chlorure de diméthyl-étain comte solvant0 On ajoute le chlorure de méthyle aux débits indiqués, Dans l'exemple 15, conduit à 2359C, l'étain est fondu et non dispersé. Dans I'exemple 9, on utilise des barres d'étain de 2,5 cm. Dans les autres exemples, l'étain est sous forme de copeaux, sauf dans l'exemple 18 où il est sous celle de grenaille, Dans tous les cas, la pression est maintenue par l'introduction du chlorure de méthyle au fur et à mesure de sa réaction0 La figure 1 montre que la consommation du chlorure de méthyle augmente de façon linéaire avec la quantité (moles) de la triméthylamine utilisée comme catalyseur, pour une quantité d'étain constante (4 atomes-grammes), une pression manométrique constante (13,8 bars) et une température constante (215'OC), Lorsqu'on forme le chlorure de tétraméthyl-ammonium in situ, on observe la même relation linéaire. TABLEAU I Exemple Catalyseur Grammes Consommation % d'étain Pression Tempéradu MeCl ayant réagi manométrique ture (g/mn) C 1 Me3N 10 (0,169 mole) 3,3 13,8 200 2 " 10 0 4,1 200 3 " 10 1,2 13,8 175 4 " 10 2,5 100 " 190 5 " 5 (0,085 mole) 2,6 " 200 6 " 5 4,0 " 215 7 " 2,5 (0,043 mole) 1,9 " 210 8 néant néant 0 " 220 9 Me3N 10 1,4 " 220 10 Bu3N 10 (0,054 mole 0,9 " 215 11 Me3N 10 3,3 " 200 MeI 1 12 Me3N 10 3,1 " 200 I2 1 13 Et3N 5,5 0,9 " 210 14 Me3N 1,0 0,80 " 215 15 Me3N 1,0 0,50 " 235 16 Me4NCl 2,0 (0,018 mole) 0,80 100 " 210 17 Bu3NMeSnCl3 21,5 1,67 100 " 215 18 Me4NCl 5,5 (0,05 mole) 1,75 90 " 210 19 Me4NCl 2,2 1,0 70 " 60 20 Me4NI 5,5 (0,027 mole) 1,65 " 200 21 NH4Br 9,8 0,4 " 210 22 Me4NCl 5,5 3,3 27,6 210 23 Me3N 3,0 3,1 " 275 24 Me2NH 5,0 1,4 13,8 210 La figure 2 montre que pour une pression manométrique constante (13,8 bars) et une quantité constante de triméthylamine (10 g) pour 4 atomes-grammes d'étain, la quantité de chlorure de méthyle consommée double, lorsque la température augmente de 20iC dans la gamme de 1700 à 215 C. Cette augmentation est la même dans le cas du chlorure de tétraméthyl-ammonium, dès que la réaction est amorcée. La figure 3 montre que pour une température constante (2080C) et une- quantité constante de triméthylamine (10 g) pour 4 atomes-grammes d'étain, la consommation du chlorure de méthyle augmente de façon linéaire -(0,4 g/mn) dans la gamme des pressions manométriques de 8,3 à 16,5 bars lorsque la pression manométrique augmente de 1,4 bar, Dans le tableau il suivant, on a déterminé la consommation du chlorure de méthyle à 2150C, en admettant que, dans tous les cas, cette valeur double tous les 20 C conformément à la figure 1.Les durées d'achèvement de la réaction à 215 C, obtenues par extrapolation à partir de la quantité d'étain, ainsi que la valeur de la conversion que l'on obtient dans l'exemple 15, sont nécessairement théoriques, mais soulignent l'inconvénient de l'étain fondu, non dispersé, ou de l'étain auquel on n'a pas conféré une grande surface spécifique. TABLEAU II Exemple Consommation du chlorure de Durée extrapolée pour que méthyl (g/mn) à 215 C le réacteur à 215 C s#a- chève (h) 5 4,0 1,7 6 4,2 1,6 7 2,3 2,9 10 0,9 7,5 13 1,1 6,1 14 0,8 8,4 15 0,25 26,9 20 1,7 4,0 Comme le montrent le tableau I et la figure 2, l'avantage de l'iodure de tétraméthyl-ammonium sur le chlorure de tétraméthyl-ammonium, en quantités équimoléculaires, est relativement faible pour des températures et des pressions élevées. Avec 0,027 mole de catalyseur, sous une pression manométrique de 13,8 bars et à 2150C, avec l'ioduré comme catalyseur, la consommation du chlorure de méthyle est de 1,6-1,7 g/mn et avec le chlorure de 1,25 g/mn. Avec des poids égaux de catalyseur de 5,5 g, les consommations du chlorure de méthyle sont de 1,6-1,7 g/mn pour l'iodure et de 2,25 g/mn pour le chlorure. Le dichlorure de diméthyl-étain, non enlevé par pompage, peut être utilisé comme solvant dans l'opération suivante. A noter quI il contient une quantité correspondante de catalyseur, par exemple de chlorure de tétraméthyl-ammonium, et par conséquent, sa réutilisation réduit la quantité de catalyseur neuf à ajouter. EXEMPLE 25 Dans le réacteur on introduit 474 g d'étain finement granulé et 125 g de chlorure de méthyl-tributyl-ammonium ; le tout est chauffé sous une pression manométrique de 14,1 bars de chlorure de méthyle, à 2100C, pendant 6 heures. Par distillation sous pression réduite, on obtient 998 g de produit comprenant 968 g de Me2SnCl2, 18 g de MeSnC13et Il g de Me3SnCl. Cet exemple illustre la préparation de dichlorure de diméthyl-étain sans utilisation de dichlorure de diméthyl-étain comme solvant. REVENDICAtIONS 1. Procédé pour la préparation de chlorure de dimethyl-étain par ltaction du chlorure de méthyle sur de étain métallique, en présence d'un catalyseur et dtun solvant du chlorure de méthyle, caractérisé en ce que le catalyseur est un composé azoté du type où R1 R2 et R , différents ou identiques, représentent des al kyles, de préférence en C1 à C18, aralkyles, aryles ou un atome d'hydrogène, R4 est un alkyle en C1 à C18, aryle, araîkyle ou un atome d'hydrogène, ou bien n'existe pas dutout ; R5 signifie X, SnX3 ou ntexiste pas, X étant un halogène, notamment chlore ou brome ; si R4 ntexiste pas, R5 ne doit pas exister non plus. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que R5 est un atome de brome, si R, R, R et R4 sont tous des atomes d'hy drogène. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutun ou plusieurs des groupes R1 à R4 sont des benzyles, phényles ou/et tolyles. 4. Procédé suivant une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la proportion de catalyseur est d'au moins 0,0025 mole par atome d'étain, en particulier 0,0025 à 0,05 et de préférence 0,005 à 0,02 mole par atome de Sn. 5. Procédé suivant une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le catalyseur comprend un chlorure de tétra-alkyl-ammonium un trichlorostannite de tétra-alkyl-ammonium ou/et une trialkyla mine, les alkyles étant en C1 à C18, et particulièrement en C1 à C4. 6. Procédé suivant une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le solvant est du dichlorure de diméthyl-étain lui-même, un chlorure ammonium quaternaire ou/et un éther. 7. Procédé suivant une des revendications 1 à 6, réalisé à une tem pérature de 150 C à 3000C, caractérisé en ce que le milieu réac tionnel est sous une pression de 4 à 27 bars, la pression étant d'au moins 10 bars pour les températures de 150 à 2300C. 8. Procédé suivant une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la préparation a lieu à une température comprise entre 150 0C et une valeur juste inférieure au point de fusion de l'étain. 9. Procédé suivant la revendication 7 ou 8, caractéfisé en ce que la pression est de ll,7 à 15,2 bars pour des températures de 1900 à 220 C, et en particulier égale ou très voisine de 14,8 bars pour 200 à 215 C.