Brevet FR2360348A1 — publié le 19780303

La présente invention concerne un nouveau catalyseur à base d'osmium utile notamment pour catalyser des réactions dans lesquelles sont impliquées des molécules contenant des atomes d'azote. I1 est connu depuis assez longtemps que des solutions contenant des complexes métalliques peuvent adsorber l'azote gazeux à différentes températures. Mais, åusqutà maintenant, on ne connaissait pas de catalyseur solide susceptible d'adsorber l'azote gazeux à des températures très supérieures au point d'ébullition du gaz liquide, mis à part 11 oxyde de zinc traité par l'hydrogène (voir C.C. CHANG et R.J. COKES J. of Puys. Chem. 77, 2640 (1973)). La présente invention propose donc un catalyseur qui peut adsorber de façon réversible l'azote gazeux à des températures comprises entre la température ambiante et 2000C. La présente invention concerne également un procédé permettant de préparer ledit catalyseur. I1 s'agit d'un procédé de préparation d'un catalyseur à base d'osmium, caractérisé en ce que - on fait réagir le tétroxyde d'osmium sur un support silicé greffé par des radicaux silaniques organiques insaturés - on hydrogène le produit obtenu - on récupère le catalyseur solide obtenu. Le catalyseur à base d'osmium ainsi obtenu peut adsorber l'hydrogène à des températures comprises entre la température ambiante et 2000C et ceci de façon réversible. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procéde selon la présente invention, le support silicé greffé par des radicaux silaniques organiques insaturés, que lton appelera ci-après par abréviation support silicé greffé, est un silicate sur lequel on a greffé des radicaux méthyl vinylsilaniques. On peut utiliser une grande variété de supports silicés dans le cadre de la présente invention ; en particulier tout support silicé qui présentent des groupes réactifs susceptibles de copuler avec des atomes de chlore amn silane chloré comme par exemple des groupes hydroxy. On préfère utiliser des silicates de magnésium et en particuîir des silicates de magnésium du type chrysotile ou sépiolite pour leur grande surface spécifique. Ces silicates de magnésium, comme les autres supports silicés, peuvent évidemment avoir subi des traitements physiques ou chimiques destinés à accroître leur surface spécifique ou leur réactivité vis à vis des réactifs de type silane qui seront greffés. Le support silicé greffé par des radicaux silaniques organiques insaturés peut titre obtenu par des procédés qui sont déjà connus, voir en particulier J.J. FRIPâT et E, MENIIELOVICL, Bull. Soc. Chim., 2, 483-492 (1968) et L. ZÂPATA, J. CASTELEIN, J.P. ERCIER et J.J. FRIPIAT, Bull. Soc. Chim., 1, 54-63 (1972), ainsi que par le procédé décrit dans le brevet français nO 2 098 467. En particulier, le support silicé greffé par des radicaux silaniques organiques insaturés peut être obtenu en faisant réagir un silane insaturé dichloré sur un support silicé tel que décrit précédemment par exemple par action sur un support silicé du méthylvinyldichlorosilane en présence dun acide inorganique comme l'acide chlorhydrique dans un solvant alcoolique tel que l'isopropanol et en chauffant l'ensemble à reflux pendant une dizaine d'heures. On préfère tout particulièrement utiliser comme support silicé greffé par des radicaux organiques silaniques les produits appelés matériau polymérique organominéral décrits dans le brevet français nO 2 098 467. La réaction du tétroxyde d'osmium sur le support silicé greffé peut Etre effectuée notamment en mettant simplement ledit support en contact avec le tétroxyde d'osmium dans un solvant choisi parmi le tétrachlorure de carbone et des éthers alcoylés inférieurs tels que l'éther éthylique. Le produit obtenu après réaction du tétroxyde d'osmium sera appelé ci-après par abréviation Os SS (osmium support silicé). Afin d'améliorer les propriétés du catalyseur, il peut être intéressant de dégazer le produit Os SS obtenu par des techniques connues commè le chauffage sous vide. Les conditiorle de réaction du tétroxyde d'osmiun sont pratiquement indifférentes, toutefois on utilisera, de préférence, une teupérature comprise entre 10 et 30 C et un excès de tétroxyde d'osmium de façon à saturer le support silicé greffé. La réduction du produit obtenu peut être effectuée par de l'hydrogène gazeux, par exemple à des températures comprises entre 150 et 21006 sous une pression de 11 ordre de 200 à 600 torrs d'r+ydrogène gazeux, en particulier à environ 18000 sous environ 400 torrs d'hydrogène. Dans le mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon la présente invention on utilise un support silicé greffé obtenu par réaction sur un silicate de magnésium de dichlorométhylvinylsilane ; le produit obtenu est traité par le tétroxyde d'osmium dans le tétrachlorure de carbone puis le produit obtenu est hydrogéné par lthydrogène gazeux à une température comprise entre 170 et 19000. L'invention concerne également le catalyseur obtenu par le procédé. Le catalyseur selon l'invention peut être utilisé notamment pour adsorber l'azote et le desorber ensuite, par exemple par ehauffagedans toutes les réactions de la chimie organique ou de la chimie minérale dans lesquelles on désire générer de l'azote gazeux à partir d'un substrat solide mais, la présente invention concerne également l'application du catalyseur selon l'invention lors de la mise en oeuvre de réactions dans lesquelles sont impliquées des molécules organiques contenant de l'azote. On donnera, ci-après, un exemple de préparation d'un catalyseur selon la présente invention qui a été utilisé pour la mise en évidence de certaines propriétés des catalyseurs selon la présente invention. Exemple On utilise de la sépiolite à cause de sa très grande surface spécifique.(environ 200 m/g) mais il est possible d'utiliser également de la chrysotile hydrolysée par l'acide. On greffe sur ce support des groupes méthylvinylsilile en utilisant le procédé décrit dans l'exemple 1 du brevet français cité précédemmet en remplaçant la chrysotil par la sépiolite. Le support silicé greffé ainsi obtenu est seché à l'air à une température de l'ordre de 10000 et mis en contact avec du tétroxyde d'osmium dissous dans le tétraehlorure de carbone. Le produit obtenu examiné au microscope électronique présente des points noirs dont la dimension correspond approximativement à la molécule de tétroxyde d'osmium. Le produit ainsi obtenu contient 7 % d'osmium ( en gramme par gramme de sépiolite séchée à l'air), ce produit a été utilisé dans le cadre de la présente étude. Son contenu en osmium est de 0,37 x 10-3 atome/gramme d'osmium par gramme. 0,3 g du produit obtenu est traité à une température de 1800C sous une pression environ 400 torrs d'hydrogène gazeux ; on mesure la consommation du gaz et on observe que la consommation dthydrogbne est pratiquement d'une mole d'hydrogène pour un atome d'osmium présent dans l'échantillon. Adsorption de l'azote Les essais d'adsorption d'azote par le catalyseur selon l'invention conduisent aux isothermes d'adsorption représentés à la figure annexée sur laquelle on a représenté les isothermes correspondant à différentes températures et à différents catalyseurs. Courbe 1 - Isotherme à 220C sur Os SS dégazé à 1800C pendant 15 heures et réduit à 180 C pendant 5 heures par 370 torrs de H2. Courbe 2 - Isotherme 180 C, mEme catalyseur que pour 1 mais dégazé à 1800C pendant 15 heures. Courbe 3 - Isotherme 18000, mssme catalyseur que pour 2 mais réduit à 1800C pendant 51 heures par 360 torrs de H. Courbe 4 - Isotherme 220C, mEme catalyseur que pour 3. On observe que l'azote gazeux est adsorbé par le catalyseur selon l'invention aussi bien à la température ambiante qu'à 18006. Il est à remarquer que ces isothermes d'adsorption, au moins jusqu'à 400 torrs, obéissent à la loi de Henry. A cette pression il y a à peu près une mole d'azote adsorbé pour 4 atomes d'osmium et à 1800C à peu près une mole d'azote adsorbé pour 6 atomes osmium. L'invention concerne également l'application du catalyseur selon l'invention à la catalyse des réactions mettant en oeuvre des molécules contenant des atomes d'azote. REVENDICATIONS i) Procédé de préparation d'un catalyseur à base d'osmium, caractérisé en ce que - on fait réagir le tétroxyde d'osmium sur un support silicé greffé par des radicaux silaniques organiques insaturés - on hydrogène le produit obtenu - on récupère le catalyseur solide obtenu. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support silicé greffé par des silanes organiques est un silicate sur lequel on a greffé des radicaux méthylvinylsilaniques. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le silicate utilisé est un silicate de magnésium. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le silicate de magnésium est choisi parmi la chrysotile et la sépiolite. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support silicé greffé par des radicaux méthylvinylsilaniques a été obtenu par réaction sur un support silicé de méthylvinyldichlorosilane. 6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on fait réagir le tétroxyde d'osmium dans un solvant choisi parmi CC14 et un éther aleoylé inférieur. 7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on réduit le produit obtenu par 1 'hydrogène gazeux. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on réduit le produit par l'hydrogène gazeux à une température comprise entre 150 et 21000 sous une pression de 200 à 600 torrs de H2. 9) Procédé selon lune des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on prépare un catalyseur en faisant réagir sur un silicate de magnésium le dichlorométhylvinylsilane, en ce que l'on fait ensuite réagir sur le produit le tétroxyde d'osmium dans le tétrachlorure de carbone, et en ee que l'on hydrogène le produit obtenu par H2 gazeux à une température comprise entre 170 et 19000. 10) Catalyseur obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 9. 11) Application du catalyseur selon la revend eation 10 à la catalyse de réactions mettant en oeuvre des molécules contenant des atomes d'azote.