Brevet FR2462411A1 — publié le 19810213

L'invention concerne un procédé de préparation de ptertiobutylbenzaldéhyde. Le p-tertiobutylbenzaldéhyde est un composé impor- tant, par exemple pour la fabrication de parfums. On connaXt déjà, pour la préparation de p-tertiobutylbenzal- déhyde par oxydation du ptertiobutyltoluène, un procédé dans lequel on utilise comme oxydant le dioxyde de manga- nèse et un procédé d'oxydation automatique utilisant un système cobaltbrome. Toutefois, ces procédés donnent une grande quantité d'un sousproduit plus oxydé qui est l'acide p-tertiobutylbenzoique si l'on tente de réaliser une conversion accrue, ils comportent des difficultés de traitement de l'oxydant et du catalyseur en vue du rejet et nécessitent un processus compliqué pour la régénéra- tion de ces corps. Il est généralement connu aussi d'oxyder un groupe méthyle rattaché à un noyau benzène au moyen d'un oxy- dant ou d'air. Toutefois, l'utilisation d'oxydants chimi- ques comme le permanganate de potassium et le dichromate de potassium pose de nombreux problèmes de pollution, de toxicité, d'économie etc. En outre, l'usage de l'air nécessite un catalyseur spécial, donne un faible rende- ment, comporte des difficultés de traitement du sous- produit et du catalyseur et exige un traitement spécial, par exemple une réaction à haute température et à haute pression, qui crée aussi des difficultés d'appareillage. Dans Tetrahedron Letter, 1966, 4493, il est dit que l'on oxyde le p-méthylanisole au moyen de nitrate d'ammo- nium-cérium(IV) dans une solution aqueuse d'acide nitri- que, d'acide acétique, d'acide perchlorique etc. pour obtenir l'anisaldéhyde. En pareil cas, on isole le pro- duit sous la forme du composé 2,4-dinitrophénylhydrazone correspondant. En appliquant ce procédé très soigneuse- ment exactement tel qu'il est décrit pour l'oxydation du p-méthylanisole, on a trouvé, après séparation et ana- lyse détaillée du mélange réactionnel, que le procédé fournit 43 % d'anisaldéhyde, 16 % d'une quinone qui semble résulter de l'enchaînement par oxydation entre la matière première et l'anisaldéhyde formé comme pro- duit, est divers autres sous-produits de structure non identifiée. Dans le procédé décrit, on ne fait aucune tentative de recycler l'oxydant. La littérature ne dit rien de l'oxydation électrolytique de l'oxydant après la réaction d'oxydation, au moyen du même solvant, ni d'au- cun procédé de séparation efficace du produit désiré. Le DE-OS 1 804 727 décrit l'oxydation du naphtalène, de l'anthracène etc. par le sulfate de cérium(IV) ou le sulfate d'ammonium-cérium(IV) dans une solution aqueuse d'acide sulfurique ou d'acide nitrique pour la prépara- tion d'une quinone et la régénération par électrolyse du sel de cérium obtenu.- En outre, Bull. Chem. Soc. Japan, 35, i751 à 1755 (1962) décrit l'oxydation du p-xylène par le sulfate de cérium(IV) pour la préparation de p- tolualdéhyde et l'oxydation électrolytique du sulfate de cérium(III) en vue d'un usage répété. Toutefois, on ne dit rien du p-tertiobutyltoluène. Les inconvénients des procédés décrits sont qu'ils ont un faible rendement de courant et une faible conversion en produit désiré et qu'ils comportent une nouvelle diminution de la conver- sion ou du rendement à mesure que l'on réutilise le sel de cérium. On a trouvé que les conditions optimales de la ré- action d'oxydation de composés au moyen d'un sel de cérium sont nettement différentes selon la nature de la matière première à oxyder. L'invention a pour but de fournir un procédé d'oxy- dation du p-tertiobutyltoluène en un temps très court, donnant du ptertiobutylbenzaldéhyde avec un rendement élevé et une conversion élevée. Un autre but de l'invention est de fournir un pro- cédé de préparation de p-tertiobutylbenzaldéhyde au moyen d'un oxydant pouvant être régénéré facilement, de façon semi-permanente et quantitative en vue d'un usage répété. Un autre but de l'invention est de fournir un 24624 1 1 procédé de préparation de p-tertiobutylbenzaldéhyde uti- lisant de l'énergie électrique propre, sans donner de sous-produits qui risquent de causer une pollution. Ces buts ainsi que d'autres buts de l'invention apparattront dans la description suivante. L'invention propose un procédé de préparation de ptertiobutylbenzaldéhyde caractérisé par le fait que l'on exécute au moins une fois les étapes suivantes: (a) électrolyser le nitrate de cérium(III) ou le nitrate d'ammonium-cérium(III) en utilisant une chambre de catho- de qui contient de l'eau contenant des-ions nitrate ou un mélange d'eau et d'acide gras inférieur contenant des ions nitrate et une chambre d'anode qui contient un mélange d'eau et d'acide gras inférieur contenant le sel de cérium, pour obtenir un mélange d'eau et d'acide gras inférieur contenant du nitrate de cérium(IV) ou du ni- trate d'ammonium-cérium(IV) et (b) oxyder le p-pertio- butyltoluène au moyen du mélange obtenu pour obtenir le ppertiobutylbenzaldéhyde. Par le procédé de l'invention, on peut préparer le produit désiré avec des rendements élevés et des conver- sions élevées, en un temps très court, en partant d'une matière facilement accessible à bas prix, en utilisant un oxydant qui peut être régénéré de façon semi-perma- nente et quantitative en vue d'un usage répété. Le pro- cédé utilise de l'énergie électrique propre et ne com- porte aucune formation de sous-produits pouvant causer une pollution. L'oxydation électrolytique de l'invention se pra- tique de la façon suivante. On place dans une chambre d'anode un mélange d'eau et d'acide gras inférieur con- tenant du nitrate de cérium(III) ou du nitrate d'ammo- nium-cérium(III) que l'on a tirés d'un mélange réaction- nel d'oxydation en séparant de celui-ci le p-tertio- butylbenzaldéhyde. Il est utile d'ajouter une petite quantité d'acide nitrique ou de nitrate d'ammonium au mélange. On place dans une chambre de cathode de l'eau contenant des ions nitrate -ou un mélange d'eau et d'a- cide gras inférieur contenant des ions nitrate. On peut utiliser comme source d'ions nitrate divers composés tels que l'acide nitrique, le nitrate d'ammonium, le ni- trate de sodium, le nitrate de potassium, des nitrates d'alkylammonium, etc., l'acide nitrique et le nitrate d'ammonium étant préférentiels. Des exemples d'acides gras inférieurs préférentiels sont ceux qui contiennent 1 à 3 atomes de carbone comme les acides formique, acé- tique, propionique etc. Ces acides peuvent être utilisés séparément ou en mélange. On conduit l'oxydation électrolytique de l'invention dans les deux chambres ci-dessus que l'on peut utiliser sans aucun diaphragme. Toutefois, les chambres sont de préférence séparées par un diaphragme de porcelaine, un diaphragme d'échange d'ions etc. L'oxydation électroly- tique fournit quantitativement un mélange d'eau et d'aci- de gras inférieur qui contient du nitrate de cérium(IV) ou du nitrate d'ammonium-cérium(IV). La densité de cou- rant d'électrolyse n'est pas particulièrement limitée et on la détermine comme on le désire selon la grandeur de la cellule électrolytique, le temps de réaction etc. Les électrodes peuvent être formées de toute manière connue comme le platine, le fer, l'acier inoxydable, le carbone, l'oxyde de titane, l'oxyde de plomb, le dioxyde de plomb etc. La réaction électrolytique, que l'on peut conduire à une température d'environ O à 1000C, se conduit de préférence entre 10 et 600C environ. Quand on mélange au p-tertiobutyltoluène avec agi- tation le mélange d'eau et d'acide gras contenant du nitrate de cérium(IV) ou du nitrate d'ammonium-cérium(IV), il se produit rapidement une réaction d'oxydation donnant du p-tertiobutylbenzaldéhyde avec un rendement élevé. La température de réaction, qui n'est pas particulièrement limitée, est de préférence d'environ 50 à 1200C, de pré- férence encore d'environ 60 à 100IC, quand on désire achever la réaction en un temps court. Le mélange d'eau et d'acide gras inférieur contenant le nitrate de cérium (IV) ou le nitrate d'ammonium-cérium(IV) et servant d'oxydant pour la réaction d'oxydation doit contenir en- viron 20 à 90 % en poids d'acide gras inférieur, de pré- férence environ 30 à 80 %, sur le poids total d'eau et d'acide gras inférieur, pour que le mélange soit capa- ble d'oxyder le p-tertiobutyltoluène, que l'on obtienne le produit désiré, que l'on puisse séparer le produit, que les sels de cérium initial et obtenu comme produit soient solubles, que le sel de cérium(III) soit stable pendant l'oxydation électrolytique, que ce sel se conver- tisse en sel de cérium(IV) etc. Lorsqu'il y a environ à 90 % en poids d'acide gras inférieur, le sel de cé- rium(IV) agit efficacement de manière à oxyder le p- tertiobutyltoluène et on peut séparer efficacement le produit désiré qui est le p-tertiobutylbenzaldéhyde. En outre, le sel de cérium(IV) est alors très soluble tan- dis que le sel de cérium(III) résultant de la réaction d'oxydation a aussi une bonne solubilité. Le produit, à savoir le p- tertiobutylbenzaldéhyde, peut être séparé du mélange par un moyen connu. Par exemple, on peut facile- ment extraire le produit par un solvant tel qu'un éther, un ester, un hydrocarbure aromatique, un hydrocarbure aliphatique, un halogénohydrocarbure, etc. On soumet à la réaction d'oxydation électrolytique déjà décrite le mélange d'eau et d'acide gras inférieur séparé du p-tertiobutylbenzaldéhyde et contenant du nitrate de cérium(III) ou du nitrate d'ammonium-cérium (III) pour obtenir par régénération le sel de cérium(IV). Selon l'invention, on conduit au moins une fois l'étape d'oxydation électrolytique et l'étape d'oxyda- tion du p-tertiobutyltoluène pour obtenir le p-tertio- butylbenzaldéhyde avec un rendement élevé. Un avantage remarquable de l'invention est que même lorsqu'on répète ces étapes un grand nombre de fois, on peut obtenir le produit désiré avec un rendement élevé, d'au moins 95 % environ chaque fois. On décrira maintenant l'invention a propos des exemples et de l'exemple comparatif ci-après. Exemple 1 Dans un réacteur équipé d'un réfrigérant, on met 200 mg de ptertiobutyltoluène et 3,70 g de nitrate d'ammonium-cérium(IV), puis 10 ml de solution aqueuse d'acide acétique à 50 % en poids. On agite alors vigou- reusement le mélange pendant 30 minutes, le réacteur étant placé dans un bain d'huile entre 70 et 100 C. On soumet le mélange à l'extraction par l'hexane(n), on lave l'extrait avec une solution aqueuse de bicarbonate de sodium et avec une solution aqueuse de chlorure de sodium et on sèche sur du sulfate de sodium anhydre. En éliminant le solvant de l'extrait sec, on obtient 211 mg de p-tertiobutylbenzaldéhyde (pureté 99 %). Rendement 96,5 %. On place le mélange d'eau et diacide acétique conte- nant du nitrate d'ammonium-cérium(III), séparé de l'ex- trait, dans une chambre d'anode séparée d'une chambre de cathode par un diaphragme de porcelaine. On place dans la chambre de cathode une solution de 200 mg de nitrate d'ammonium dans 20 ml de solution aqueuse d'acide acéti- que à 50 % en poids. Avec des électrodes de platine installées dans les chambres d'anode et de cathode, on électrolyse le sel de cérium avec un courant constant de mA pour faire passer entre les électrodes une quanti- té d'électricité de 1,2 F/mol. On retire la solution de la chambre d'anode après l'achèvement de l'électrolyse puis on la fait réagir sur 200mg de p-tertiobutyltoluène. On répète ensuite le processus ci-dessus pour obtenir 210,0 mg de p-tertiobutylbenzaldéhyde. Rendement 96,0 %. Exemples 2 à 10 On conduit de façon répétée l'oxydation du p-tertio- butyltoluène et l'oxydation électrolytique du nitrate d'ammoniumcérium(III), pratiquement de la même façon que dans l'exemple 1, dans les conditions indiquées au Tableau 1 qui indique aussi les résultats. (Voir Tableau 1 page 9). Exemples il à 18 On répète le processus de l'exemple 1 dans les conditions indiquées au Tableau 2 ci-après, en utilisant une anode en carbone ou en oxyde de plomb et une cathode en acier inoxydable (SUS). Les résultats sont indiqués au Tableau 2. (Voir Tableau 2 page-0). Exemple 19 On répète le même processus que dans l'exemple l en utilisant une solution aqueuse d'acide nitrique à 3 % en poids dans la chambre de cathode pour l'électrolyse; on obtient le p-tertiobutylbenzaldéhyde avec un rendement de 96,2 %. Exemple 20 On met dans une chambre d'anode une solution de 2,46 g de nitrate de cérium(III) dans une solution aqueu- se d'acide acétique ç 65 % en poids. On met dans une chambre de cathode 20 ml d'une solution aqueuse à 65 % en poids d'acide acétique contenant 200 mg de nitrate d'ammonium dissous. On électrolyse le sel de cérium avec un courant constant de 50 mA de manière à faire passer entre les électrodes une quantité d'électricité de 1,2 F/mol. On fait réagir la solution retirée de la chambre d'anode après l'achèvement de l'électrolyse sur mg de p-tertiobutyltoluène, de la même façon que dans l'exemple 1 et on obtient le p-tertiobutylbenzal- déhyde avec un rendement de 95,9 3. Exemple 21 Dans un réacteur équipé d'un réfrigérant, on met mg de p-tertiobutyltoluène, 3,70 g de nitrate d'am- monium-cérium(IV) et 10 ml de solution aqueuse d'acide acétique à 30 % en poids. On agite vigoureusement le mélange pendant 30 minutes, le réacteur étant placé dans un bain d'huile entre 70 et 1000C. On soumet le mélange à l'extraction par le benzène, on lave l'extrait avec une solution aqueuse de bicarbonate de sodium et avec une solution aqueuse de chlorure de sodium et on sèche sur du sulfate de sodium anhydre. En éliminant le solvant de l'extrait sec, on obtient le p-tertiobutylbenzaldé- hyde avec un rendement de 94,7 %. On place le mélange d'eau et d'acide acétique, con- tenant du nitrate d'ammonium-cérium(III) et séparé de l'extrait, dans une chambre d'anode séparée d'une cham- bre de cathode par un diaphragme d'échange d'ions. On place dans la chambre de cathode une solution aqueuse à % d'acide acétique contenant 200 mg de nitrate d'am- monium. Au moyen d'électrodes de platine, on électrolyse le sel de cérium à 15 C avec un courant constant de 50 mA de manière à faire passer entre les électrodes une quan- tité d'électricité de 1,1 F/mol. Après l'achèvement de l'électrolyse, on traite le p-tertiobutyltoluène par la solution contenue dans la chambre d'anode, de la même façon que ci-dessus, pour obtenir le p-tertiobutylben- zaldéhyde avec un rendement de 95,1 %. Exemple comparatif 1 Dans un réacteur, on met 2,0 g de p-tertiobutylto- luène et 3,70 g de nitrate d'ammonium-cérium(IV), puis 100 ml d'eau. On agite vigoureusement le mélange entre et 1000C pendant 30 minutes. On extrait le mélange par l'hexane(n), on lave l'extrait avec une solution aqueuse de bicarbonate de sodium et avec une solution aqueuse de chlorure de sodium et on sèche sur du sul- fate de sodium anhydre. Quand on distille l'extrait sec après élimination du solvant, on récupère seulement la matière première et on n'obtient pas de p-tertiobutyl- benzaldéhyde. TABLEAU 1 Réaction électrolytique Electrodes (+) (-) (mA) Courant, Quantité Sulfate dt'électricité, d'ammonium, (F/mole) (mg) Oxydation du p- tertiobutyl- toluène Tempé- Temps, rature, (Oc) (h) 2 Pt 3 Pt 4 Pt Pt 6 Pt 7 Pt 8 Pt 9 Pt Pt Exemple Rende- ment, (%) Pt Pt Pt Pt Pt Pt Pt Pt Pt 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 à 95 à 95 à 85 à 95 à 75 à 60 à 95 à 95 à 95 0,5 0,5 0,5 o0,5 0,5 0,5 0,5 o0,5 o0,5 96,0 96,7 ,8 97,0 96,6 ,4 ,6 96,1 96,4 6' 6 9' 6 L'S6 P 54 '96 ú'96 T'L6 2.'g6 o'A g'66 L'96 O'L6 (-p) Il ueu -epueet '0 ç'0 60 'o g'0 g'0 &o 'IlO 'O 6 ' 58 6 ' 58 g9 *q gg 6 l 58 56 5g 6 q g8 L q 59 6, g8 6 q gs (tt) ( Oo) gdwej, PdW9ej, 00z 00z 00z 00z 00z Qo z oo? 00z (2w) UInTuowWe, p ou4nTo4 -I. &nqoT4ae4 -d np uoT$pxxd 0'I 0'T1 1'1 1'1 (erowu/,I) 9q.TOTOOI9 a enbT. z lnvaiav oL oL OL OL OL OL OL oL sns sns sns sns sns sns sas sas z oc Zo o o o o o1 Lt 9t CZT t' (ViiU) (-) ÀkrOajoei: UO-j0,09- Oedmexa -w -t' Co % 246241 1 REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de p-tertiobutylbenzal- déhyde caractérisé par le fait que l'on exécute au moins une fois les étapes suivantes: (a) électrolyser le nitrate de cérium(III) ou le nitrate d'ammonium-cérium (III) en utilisant une chambre de cathode qui contient de l'eau contenant des ions nitrate ou un mélange d'eau et d'acide gras inférieur contenant des ions nitrate et une chambre d'anode qui contient un mélange d'eau et d'acide gras inférieur contenant le sel de cérium, pour obtenir un mélange d'eau et d'acide gras inférieur conte- nant du nitrate de cérium(IV) ou du nitrate d'ammonium- cérium(IV) et (b) oxyder le p-tertiobutyltoluène au moyen du mélange obtenu pour obtenir le p-tertiobutyl- benzaldéhyde. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source d'ion nitrate est l'acide ni- trique, le nitrate d'ammonium, le nitrate de sodium, le nitrate de potassium ou un nitrate d'alkylammonium. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la source d'ion nitrate est l'acide ni- trique ou le nitrate d'ammonium. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'acide gras inférieur est l'acide formi- que, acétique ou propionique. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange d'eau et d'acide gras conte- nant le sel de cérium et destiné à être électrolysé contient en outre de l'acide nitrique ou du nitrate d'ammonium. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange résultant de l'étape (a) contient environ 20 à 90 % en poids d'acide gras, sur le total de l'eau et de l'acide gras. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la proportion d'acide gras dans le mélange est d'environ 30 à 80 56 en poids. 8-- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que-la chambre de cathode est séparée de la chambre d'anode par un diaphragme. 9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lion oxyde le p-tertiobutyltoluène entre et 1200C environ. - Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction d'oxydation entre 60 et 1000C environ. 11 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on électrolyse le sel de cérium entre 0 et 1000C environ. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'on conduit l'électrolyse entre 10 et 600C environ.