Brevet FR2320284A1 — publié le 19770304

La présente invention se rapporte à un procédé pour la préparation d'acides carboxyliques. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des acides monocarboxyliques ayant un groupe d'acide carboxylique fixé à un atome de carbone terminal ou interne d'une chape alkyle linéaire contenant 8 à 18 atomes de carbone. Les sels de métaux alcalins de ces acides sont fonctionnels en tant que produits tensioactifs et peuvent être employés dans un grand nombre de compositions de nettoyage. Par exemple, les sels des acides produits selon la présente invention peuvent être utilisés à titre de produits de remplacement totaux ou partiels de savons de noix de coco dans des barres de savon ou dans d'autres compositions de nettoyage. On contact dans la technique un certain nombre. de procédés pour la préparation d'acides carboxyliques par la réaction d'oléfines avec de oxyde de carbone et de l'eau. Un procédé par ticulièrement préféré de ce type est décrit dans le brevet américain nO 3.579.551 et implique l'utilisation d'un composé d'iridum en tant que catalyseur et d'un activeur (ou promoteur) formé d'iodure. L'utilisation de procédés de ce type est efficace pour produire des acides monocarboxyliques. Dans de tels procédés1 dans les conditions indiquées comme étant préférées, meAme si des a-oléfines sont employées comme oléfines de départ, on trouve que le produit obtenu contient une proportion relativement élevée d'acides dans lesquels le groupe acide carboxylique occupe une position interne plutôt qu'unie position terminale sur la channe allyle. Dans certaines applications de nettoyage, l'utilisation de sels diacides carboxyliques terminaux est préférée. En conséquence, des procédés qui fournissent des proportions supérieures d'acides terminaux sont, dans certains cas, souhaités. C'est un objet de la présente invention de fournir un procédé pour la production d'acides monocarboxyliques à partir d'oléfines, qui fournit un produit contenant des pourcentages supérieurs d'acides carboxyliques terminaux. Un autre objet est de prévoir un procédé qui transforme des proportions supérieures d'oléfines de départ en acides désirés, et minimise la conversion de ces oléfines en paraffines.Selon la présente invention, cet objet est atteint en mettant en contact une oléfine avec de 1'oxyde de carbone et de l'eau en présence d'un catalyseur à base d'iridium et d'un activeur formé d'iodure et en contrôlant simultanément la température, la pression et la teneur en eau du mélange réactionnel, comme on le décrira ci-après. Selon la présente invention, des acides monocarboxyliques sont préparés en mettant en contact des oléfines avec de l'eau et de l'oxyde de carbone, en présence d'un catalyseur à base d'iridium et d'un activeur formé d'iodure. Les oléfines employées dans la mise en pratique de la présente invention doivent être des dioléfines ou des monooléfines linéaires contenant 8 à 18 atomes de carbone, de préférence 10 à 14 atomes de carbone. Généralement, l'utilisation de monooléfines est préférée. Cependant, les dioléfines, quand on les utilise en présence de la présente invention, fourniront de manière prédominante des acides monocarboxyliques. L'utilisation d'oléfines ayant la gamme précédente de longueurs de chatoies, est souhaitée afin de fournir des produits constitués d'acides carboxyliques qui, quand on les transforme en sels de métaux alcalins correspondants, fournissent la performance souhaitée comme produits tensio-actifs et les caractéristiques physiques souhaitées pour l'utilisation dans des compositions de nettoyage. Le catalyseur utilisé dans le procédé de la présente invention sera un carbonyliodure d'iridium tel que HIr(CO)I2 ou ses hydrates, Ir(CO)3I ; Ir2(CO)4I2 ou Ir(CO)3I3. Des catalyseurs de ce type peuvent être aJoutés comme tels au mélange réactionnel ou sous forme de leurs composés tels que Ir203 ou ses hydrates ; IrC13 ou ses hydrates ; IrI3 ou ses hydrates ; IrBr3 ou ses hydrates ; Ir(CO)4C12; Ir(CO)4Br2; Ir2(CO)8 qui réagira avec CO et/ou avec I2 pour former un carbonyliodure d'iridium peut être ajouté au mélange réactionnel pour former le catalyseur in situ. La préparation de ces catalyseurs est connue, par exemple d'après des références telles quelle brevet américain nO 3.579.551. Un catalyseur supplémentaire convenable pour l'utilisation dans le procédé de la présente invention est une "queue de catalyseur, cette expression étant utilisée ci-après dans la description et les revendications pour dénoter les composés et/ou les complexes d'iridium présents dans le mélange réactionnel après la transformation des oléfines en acides carboxyliques selon le procédé de la présente invention. Les catalyseurs précédents seront utilisés en combinaison avec un activeur formé d'iodure qui peut être fourni par l'iode contenu dans le catalyseur et/ou par l'addition d'iode sous la forme d'iode élémentaire, d'acide iodhydrique ou d'iodure d'alkyle pour fournir le rapport désiré I/Ir tel qu'indiqué ci-après. Spécifiquement, le rapport molaire I/Ir doit être de 3 : 1 à 15 : 1 de préférence de 5 : I à 8 : 1. La quantité de catalyseur utilisée sera une quantité suffisante pour catalyser la réaction, sans favoriser excessivement la formation de sous-produits non désirés. La quantité optima peut être déterminée par des tests de routine. Généralement, l'utilisation d'une quantité de catalyseur suffisante pour fournir 0,1 à 0,2 ffi en poids d'iridium, en se basant sur le poids total du catalyseur, de l'eau, de l'oléfine, de l'oxyde de carbone et des produits réactionnels, est tout à fait satisfaisante.On comprendra que le catalyseur décrit dans la description et les revendications pour l'utilisation dans la réaction est basé sur le catalyseur ou ses précurseurs tels qu'introduits dans la réaction, mais est destiné à comprendre ces catalyseurs tels que modifiés par les conditions réactionnelles et la présence d'activeurs et de produits réagissants, bien que la nature finale du catalyseur ainsi modifié n'ait pas été complètement éclaircie. Pour obtenir les avantages de la présente invention particulièrement exprimés par le fait qu'elle fournit des proportions supérieuresd'acides carboxyliques terminaux, il est essentiel que, durant la réaction, l'eau puisse être maintenue à un niveau suffisamment élevé pour empêcher la formation excessive d'anhydrides, mais en-dessous du niveau pour lequel une phase aqueuse liquide séparée serait présente. Un niveau d'eau de 0,1 %, par rapport au poids total de l'eau, de l'oléfine, de oxyde de carbone, des catalyseurs et des produits réactionnels dans le mélange réactionnel, jusqu'à la quantité maxima d'eau soluble dans le système réactionnel dans les conditions de la réaction est généralement satisfaisant. Une quantité d'eau egale à environ 50 % à 80 ffi en poids de la quantité maxima de l'eau soluble dans le système réactionnel est préférée. On reconnattra que la solubilité de l'eau dans le système variera selon la constitution du système réactionnel et les conditions de la réaction. Cependant, des quantités convena bles dans les gammes précédentes peuvent facilement être déterminées par des tests de routine. I1 est en outre essentiel que la réaction soit conduite à des pressions allant de 11 à 56 kg/cm , de préférence de 13 à 35 kgZcm2 et à des températures be 125 à 2000C, de préférence de 165 à 185"C. Dans d'autres conditions, on trouve que la réaction ne se déroule pas à une vitesse acceptable ou bien que l'on obtient des pourcentages inférieurs diacide terminal ou qu'il se forme des quantités augmentées de paraffine. Les produits réctionne1s et les produits de la réaction constituent un milieu réactiomnel satisfaisant et on n'exige pas de solvants supplémentaires. Cependant, si on le désire, on peut employer des solvants tels que du benzène, de l'octane, de l'éicosane, etc... L'acide monocarboxylique produit récupéré à partir de la réaction contient généralement des iodures organiques et de l'acide de iodhydrique. Ces iodures et l'acide iodb;rdrique peuvent être retirés en ajoutant suffisamment de soude ou de potasse pour transformer les iodures présents en iodure de sodium ou de potassium. Un léger excès de base (5 ss à 10 % en poids) peut être employé pour assurer une réaction complète. Puisque l'iodure organique ne réagira pas directement avec la base, le mélange est alors hydrogéné pour transformer les iodures organiques en acide iodhydrique. I1 est important que l'hydrogénâtion soit conduite dans des conditions basiques pour que l'acide iodhydriqueformé ne désactive pas le catalyseur d'hydrogénation. L'hydrogénation peut être conduite d'une manière classique en utilisant, par exemple, un catalyseur tel que du palladium sur du charbon, du platine sur du charbon, du nickel ou du chromite de cuivre. La température et la pression ne sont pas critiques (40 à 3000C et 1,5-500 atmosphères représentent des conditions généralement satisfaisantes). Cependant, selon le catalyseur particulier utilisé, des conditions excessivement sévères de températures et de pression peuvent provoquer une réduction des acides présents et doivent être évitées. Les conditions optima peuvent être déterminées par les tests de routine. Les iodures minéraux présents après l'hydrogénation sont facilement retirés par lavage aqueux. La mise en pratique de la présente invention est encore illustrée par les exemples suivants, où toutes les parties et tous les pourcentages sont en poids, sauf indication contraire. EXEMPLE 1 Un mélange de 3.000 grammes de l-décène, de 15 grammes d'hydrate de IrCl3 (contenant 55 ffi d'iridium3 et de 60 grammes d'une solution aqueuse à 50 % d'acide iodhydrique est introduit dans un réacteur. Le réacteur est balayé avec de l'oxyde de carbone et mis sous pression jusqu'à 8 kg/cm avec de l'oxyde de carbone. Le mélange réactionnel est alors chauffé jusqu 'à-1500C et la pression d'oxyde de carbone est augmentée Jusqu'à 29 kg/cm2 et maintenue à cette pression et à cette température pendant 3 heures. Durant cette période, la teneur en eau est continuellement surveillée et maintenue à un niveau compris entre 0,2 et 1,5 % par addition intermittente d'eau.Après la réaction, on trouve que le mélange réactionnel contient 82 % d'acides monocarboxyliques et 1,8 ffi de paraffines. Ce mélange est distillé pour retirer les oléfines n'ayant pas réagi, les paraffines et la majeure partie des acides formés, en laissant une "queue" contenant des composés et/ou des complexes d'iridum mélangés avec de l'acide undécanoSque, qui est l'acide terminal prédoMinant. Un mélange est formé de 650 g de la queue, de 2.350 grammes de l-décène et de 45 grammes d'une solution aqueuse à 50 ffi d'acide indhydrique. On fait réagir ce mélange avec de oxyde de carbone à 29 kg/cm et à 150 C, comme décrit cidessus. Après 3 heures, le mélange réactionnel contient 81 % d'acide monocarboxylique et 1,5 % de paraffines. EXEMPLE 2 Un mélange contenant 2.797 grammes de l-dodécène, 1.243 grammes de la queue de catalyseur (préparée comme dans l'exemple 1 et contenant 6,5 grammes d > iridium) et 75 grammes d'acide iodhydrique à 47 % est mis à réagir à 1650C sous une pression d'oxyde de carbone de 14 kg/cm2, la teneur en eau étant maintenue entre 0,2 et 0,6 %. Le mode opératoire est alors répété, et on laisse la teneur en eau s'-abaisser à une valeur comprise entre 0,06 et 0,01 % après environ 30 minutes.Pendant une période de 1 heure et demie, on trouve que la fabrication d'acide terminal (tel que défini ci-après) est d'environ 62 %, quand le niveau d'eau est maintenu dans la gamme de 0,2 à 0,6 % selon la présente invention, et seulement d'environ 44 % lorsqu'on laisse le niveau d'eau s'abaisser jusqu'à une gamme inférieure, extérieure au domaine de la présente invention. L'expression "fabrication d'acide terminal" dénote le pourcentage de acide présent dans l'acide total qui est formé à partir d'oléfine introduite dans la réaction.Ainsi, on voit que le procédé de la présente invention fournit un mélange d'acides monocarboxyliques terminaux et internes contenant des proportions d'acides terminaux plus élevées que ce que l'on obtient par l'utilisation de procédés mis en fonctionnement à l'extérieur des conditions employées dans la présente invention. EXEMPLE 3 Environ 905 grammes d'acide gras monocarboxylique préparé par un mode opératoire tel que décrit dans l'exemple 1 et contenant environ 1 % d'iodures organiques sont introduits dans un réacteur, et on ajoute 135 ml d'une solution aqueuse de NaOH à 1 % et 1,2 gramme de palladium à 10 % sur de la poudre de carbone. J.e réacteur est balayé et pres3=isé jusqu'à 1,35 kg/cm2 avec de l'hydrogène. La température du réacteur est élevée Jusqu'à 1250C, la pression d'hy- drogène est élevée jusqu'à 4,5 kg/cm et ces conditions sont maintenues pendant 2 heures. Le réacteur est alors refroidi et l'acide est lavé avec de l'eau pour retirer les iodures. On trouve que l'acide lavé contient moins de 2 parties par million d'iodure. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'acides monocarboxyliques, caractérisé en ce qu'on met en contact des monooléfines ou des dioléfines linéaires, ayant des longueurs de chapes comprises entre 8 et 18 atomes de carbone, avec de l'oxyde de carbone et de l'eau en présence d'un catalyseur formé de carbonyliodure dtiri- dium ou d'une "queue" de catalyseur (composés et/ou complexes d'iridium amans le mélange réactionnel après la transformation des oléfines en acides carboxyliques)et d'un activeur formé d'iodure, à une température de 125 C à 200 C, une pression de 11 kg cm à 56 kg/cm, le rapport molaire iodure/iridium dans le mélange réactionnel étant de 3 : 1 à 15 : 1, et le niveau d'eau dans le mélange réactionnel étant maintenu à partir de 0,1 ffi en poids par rapport au poids total du catalyseur, de l'activeur, de l'eau, de l'oxyde de carbone, de 1'oléfine et des produits réactionnels, jus- qu'à la quantité maxima d'eau soluble dans le système réactionnel dans les conditions de réaction, et en l'absence de tout solvant ajouté dans le système réactionnel. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau d'eau est maintenu à 50 % - 80 ffi en poids de la quantité maxima d'eau soluble dans le système réactionnel, dans les conditions réactionnelles. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que I'oléfine est une monooléfine contenant 10 à 14 atomes de carbone. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température est maintenue entre 165 et 185 C. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pression est maintenue entre 13 kg/cm et 35 kg/cm. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le catalyseur est une queue de catalyseur. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on retire les iodures de l'acide monocarboxylique produit en ajoutant une certaine quantité de soude ou de potasse en quantité au moins équiva)anaux iodures dans le produit, en hydrogénant les iodures organiques dans le produit et en lavant le produit avec de l'eau pour en retirer les iodures. 8 - A titre de produits industriels nouveaux, acides alkylmonocarboxyliques obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.