Brevet FR2332261A1 — publié le 19770617

La présente invention, à la réalisation de laquelle a participé Monsieur Robert PERRON, a pour objet un procédé de préparation d'hydroxybenzonitriles et notamment de p-hydroxyben zonitrile. Les hydroxybenzonitriles-sont des produits présentant un grand inté rêt industriel comme intermédiaires dans la préparation de composés actifs comme herbicides Des procédés très différents les uns des autres oit été proposés pour préparer les hydroxybenzonitriles. Ainsi, par exemple, lthydroxy-4 benzonitrile a-t-il obtenu par décomposition du chlorhydrate de p-trichloroacétiminophénol en présence de soude (cf. XOUBEN-FISCHER Ber. 63 2469 1930j) ou par application de la réaction de SA; EYER à l'amino-4 phénol et traitement du chlorure de diazonium formé par le cyanure cuivreux (cf. TAKOUBOVITCH et al J. Obchtch. Khim. 28 2294 E19582). Ces procédÉs ne présentent guère d'intérêt industriel. Les hydroxybenzonitriles peuvent encore entre obtenus par ammoxydation de compcses alcoyloxyaromatiques comportant un groupe alcoyle juxtanucléaire, tels que les méthoxytoluènes, de façon à former les alcoxybenzonitriles correspondants, puis hydrolyse de ces derniers(Cf.brevets français i 454 476 et 1 592 976). Un tel procédé est relativement délicat à mettre en oeuvre en raison des précau- tions à prendre pour éviter dans sa phase ultime l'hydrolyse du groupe nitrile. On a encore propose dans la demande de brevet japonais 68/29944 publiée le 23 décembre 1968 de préparer lthydroxy-4 benzonitrile par ammonolyse des hydro xy-4 benzoates d'alcoyle, en phase vapeur, à température comprise entre 300 et 400 C. La réaction est réalisée par passage d'un mélange gazeux d'ammoniac et d'hydroxy-4 benzoate sur un catalyseur choisi dans le groupe formé par la terre de diatomées, la pierre-ponse ou l'argile de potier ayant subi un traitement a haute température. Bien que ce procédé revêtue un très grand intérêt industriel dans son principe, on a constaté que les catalyseurs proposés sont peu efficaces et qu'ils perdent en outre rapidement leur activité. I1 a maintenant été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un procédé de préparation d'hydroxybenzonitriles avec d'excellents rendements, par ammonolyse d'hydroxybenzoates d'alcoyle de formule générale dans laquelle R représente un radical alcoyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone, par passage d'un mélange gazeux contenant de l'ammoniac et l'hydroxybenzoate, sur un catalyseur de déshydratation, à une température comprise entre 200 et 6000C, caractérisé en ce que le catalyseur utilisé est du phosphate de bore. A titre d'exemple, R peut être un radical méthyle, éthyle, n-prppyle, n-butyle et, de préférence, un radical méthyle ou éthyle. Bien que la quantité d'ammoniac engagée puisse etre égale à la quantité théorique déterminée par la stoechiométrie de la réaction (c'est-à-dire une mole d'ammoniac par mole d'hydroxybenzoate), il est préférable de conduire l'ammonolyse en utilisant un excès d'ammoniac ; en général on préfère utiliser au moins deux moles et plus particulièrement au moins 5 moles d'ammoniac par mole d'hydroxybenzoate. Bien qu' en'pratique il n'y ait pas de'limite supérieure de la quantité d'ammoniac, il n'est pas nécessaire de dépasser 300 moles d'ammoniac par mole d'ester. L'excès d'ammoniac présent dans le flux gazeux resul- tant de la réaction d'ammonolysepeut être recyclé après séparation des produits de la réaction et le cas échéant du benzoate non transformé par les méthodes usuelles. Le temps de contact apparent du flux gazeux avec le catalyseur défini comme la durée en secondes pendant laquelle une unité de volume de mélange gazeux (mesuré dans les conditions normales de pression et de température) est en contact avec l'unité de volume apparent de catalyseur peut être compris entre 0,001 sec. et 10 mn et, de préférence entre 0,01 sec. et 2 mn. L'emploi de phosphate de bore dans le procédé d'ammonolyse des hydroxybenzoates d'alcoyle permet d'obtenir d'excellents taux de transformation du produit de départ et de très bons rendements en hydroxybenzonitriles. Le phosphate de bore est un produit cornu obtenu par les méthodes usuelles. Ainsi on peut le préparer par reaction d'acide borique et d'acide phosphorique (cf. M. GIORGINI et al Chim. e Indust. 49 25-29 l519672) ; R. TARTARELLI et al J. of Catalysis 17 41-45 1970g) ou par réaction d'un ester borique (borate de triéthyle ; borate de butyle ; borate de tri n-propyle ; borate de tri-isopropyle etc...) avec l'acide phosphorique (cf. E. CHERBULIEZ et al Helv. Chim.acta 36 910-918 19537) ; J.B. MOFFAT et al. Can. J. Chem. 43 1680-88 [196 g ; brevet anglais 1 033 957). La surface spécifique du phosphate de bore n'est pas critique et peut varier dans de larges limites, par exemple entre 5 et 500 m2/g. Préalablement à son utilisation on peut faire subir au phosphate de bore un traitement thermique à une température et pendant une durée qui dépendent des propriétés physiques recherchées (en particulier la surface spécifique). En général ce traitement thermique est réalisé à des températures comprises entre 150 et 700 C, pendant des durées allant de 15 mn à 2 heures. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans tout appareil connu permettant un excellent contact entre une phase gazeuse et une phase solide. Cette dernière peut etre fixe ou sous forme d'un lit fluidisé. En pratique la réaction d'ammonolyse est réalisée aisément par passage du flux gazeux porté å la température adéquate dans un réacteur tubulaire contenant le catalyseur également à la température choisie. Un moyen commode de formation du mélange gazeux ammoniac/ester consiste à faire passer un courant d'ammoniac prd- chauffé dans ou sur l'hydroxybenzoate fondu, ou à injecter lester en solution dans un solvant inerte dans les conditions de la réaction (hydrocarbure aromatique par exemple) dans le courant d'ammoniac chaud.Au sortir du tube réactionnel le flux gazeux peut être refroidi pour provoquer la condensation des produits organiques et de l'eau formés au cours de la réaction ou etre envoyé dans un ou plusieurs solvants d'extraction. L'ammoniac débarrassé dés produits organiques peut être recyclé vers la zone réactionnelle. Le présent procédé se prête tout particulièrement bien à une mise en oeuvre continue Parmi les bydroxybenzoates auxquels on peut faire appel pour réaliser le procédé de l'invention on peut citer l'hydroxy-3 benzoate de méthyle, l'hy- droxy-4 benzoate de méthyle, l'hydroxy-4 benzoate d'éthyle. On utilise de pré férence les hydroxy-4 benzoates de méthyle et d'éthyle. L'exemple suivant illustre l'invention et montre comment elle peut être mise en pratique. EXEMPLE Le réacteur utilisé est constitué par un tube en verre vertical de 85 cm de long et 3 cm de diamètre intérieur, chauffé par un four électrique annulaire ; la régulation et la lecture des températures sont assurées par des thermocouples plongeant dans une gaine thermométrique axiale. Une extrémité du réacteur tubulaire est reliée à une source d'ammoniac par l'intermédiaire d'un rotamètre. Le débit d'ammoniac est contrôlé au moyen d'un débitmètre à bulles. L'autre extrémité du réacteur tubulaire est reliée par un tube plongeant à un récipient contenant de ltéthanol et pourvu d'une tubulure d'évacuation de llam- moniac débarrassé des produits de la réaction. Le réacteur tubulaire est encore équipé d'une nacelle coaxiale à la gaine thermométrique et coulissant sur cette dernière. La réaction est conduite de la façon suivante : on charge dans le réacteur tubulaire 100 cm3 de phosphate de bore de granulométrie comprise entre 0,2 et 0,4 mm (soit 80 g). La hauteur du lit catalytique est de 17 cm. On met ensuite le four en chauffe en faisant passer dans le réacteur un léger courant d'azote. Quand l'6quilibre thermique est atteint on note les températures suivantes dans le lit catalytique : au sommet 3500C, au milieu 3700C, au bas 3500C, On charge alors dans la nacelle 1,92 g d'hydroxy-4 benzoate d'éthyle, puis on introduit celle-ci dans le réacteur en la faisant coulisser sur la gaine thermométrique jusqu'à ce qu'elle atteigne un point où lthydroxy-4 benzoate d'éthyle soit porté à 2500C.On supprime alors le courant dlazote et le remplace par un courant d'ammoniac ayant un débit de 110 cm3/mn (dans les conditions normales de pression et de température). Dans ces conditions le temps de contact est d'environ 50 secondes. On maintient le courant d'ammo-.~ niac pendant 40 mn. Le rapport molaire NH3/hydroxy-4 benzoate d'éthyle est d'environ 17.A la fin de l'essai on arrête le courant d'ammoniac et remonte la nacelle qui ne contient plus d'hydroxy-k benzoate d'éthyle, Pendant la durée de la réaction on a prélevé après 10 mn, 20 mn et 40 mn des échantillons dans le vase de barbotage, échantillons sur lesquels on dose, après évaporation partielle de l'alcool, l'hydroxy-4 benzonitrile et I'hydroxy-4 benzoate d'éthyle sous forme de leurs dérivés silylés7 par chromatographie en phase vapeur utilisant le triméthyl-2,3,5 phénol comme étalon interne. Par ailleurs le contenu du vase de barbotage est traité de façon à éliminer partiellement l'alcool et les memes dosages sont effectués sur le résidu.On a obtenu de cette façon les résultats consignés dans le tableau suivant . Temps de prélèvement i Poids de HBN (1) : Poids Poids de HBE (2) : dos'e en mg dosé en mg 10 mn 225 0 : 20 mn : 150 : 0 40 mn : 285 : 0 . (1) HBN = hydroxy-4 benzonitrile ; (2) HBE = hydroxy-4 benzoate d'éthyle. Par ailleurs on a dosé 590 mg d'hydroxy-4 benzonitrile dans le contenu du vase de barbotage qui ne contenait pas dthydroxy-4 benzoate d'éthyle. Le taux de transformation de l'ester est donc de 100 % et le rendement en hydroxy4 benzonitrile s'élève à 93 % par rapport à l'ester mis en oeuvre. Le phosphate de bore utilisé dans le présent essai a été obtenu de la façon suivante Dans un réacteur cylindrique en verre de 1500 cm3,équipé d'un système d'agitation et d'une ampoule de coulée, on charge 495 g d'acide borique finement broyé puis on ajoute sous agitation 910 g d'acide phosphorique à 86 % en poids (solution aqueuse à 600 baumé). La température de la masse réactionnelle s'élève A 400C. La durée de l'addition est de 45 mn. On poursuit l'agitation pendant 1 heure. On obtient 1357 g d'une pâte blanche que l'on sèche à 1050C pendant 24. heures ; on recueille ainsi 875 g de produit sec que l'on soumet à un traitement thermique 1 heure à 3000C puis t heure à 6000C. Le produit traité (820 g) est broyé puis tamisé. REVENDICATIONS 1) Procédé de préparation d'hydroxy-benzonitriles par ammonolyse d'hydroxy-benzoates d'alcoyle de formule générale dans laquelle R représente un radical alcoyle comportant de 7 à 4 atomes de carbone, par passage d'un mélange gazeux contenant de l'ammoniac et l'hydroxybenzoate, sur un catalyseur de déshydratation, à une température comprise entre 200 et 6000C, caractérisé en ce que le catalyseur utilisé est le phosphate de bore. 2) Procédé selon la revendication 1 caractéri-sé en ce que le rapport molaire NH3/hydroxybenzoate est compris entre 1 et 300, et de préférence entre 5 et 300. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le temps de contact des réactifs avec la masse catalytique est compris entre 0,001 eut 10 mn et de préférence entre 0,01 et 2 mn. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on prépare l'hvdroxy-k benzonitrile à partir de l'hydroxy-4 benzoate d'éthyle.