Brevet FR2468584A1 — publié le 19810508

Les p-cyanocétones sont des intermédiaires im- portants dans la préparation des -diamines primaires, elles-mêmes utilisées notamment dans la synthèse de poly- amides et comme catalyseurs de durcissement des résines époxy. La présente invention, qui concerne un procédé de préparation d'une p-cyanocétone particulière, la cyano-3- triméthyl-3,5,5-cyclohexanone, à partir d'isophorone et de cyanures, se caractérise par la mise en oeuvre dans la synthèse d'un système-à deux phases et d'un agent de trans- fert de phase utilisé en quantité catalytique. L'action de l'acide cyanhydrique et des cyanures sur les cétones m,pinsaturées est décrite. Toutefois, si l'on utilise les cyanures la réaction est lente, les temps de contacts sont élevés et on obtient des rendements fai- bles. Si l'on utilise l'acide cyanhydrique les rendements sont bons mais la mise en oeuvre du procédé est délicate. En effet, les températures de réaction sont élevées ce qui contraint le plus souvent à opérer sous pression. De plus, la réaction nécessitant une catalyse basique,de grandes précautions doivent être prises pour éviter la polymérisa- tion très exothermique de l'acide cyanhydrique. Or la demanderesse vient de découvrir que l'on pouvait synthétiser la cyano-3-triméthyl-3,5,5-cyclohexano- ne avec de bonnes sélectivités et dans des conditions douces à partir de l'isophorone et de cyanures. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on oppose une phase aqueu- se contenant le cyanure à une phase organique contenant l'isophorone en présence d'une quantité catalytique d'un agent de transfert de phase. On réalise alors formellement la réaction suivante: 0 O j3 C- M+ +O CN _ + CN o + H20 + OH-.Y,' La phase organique utilisable selon l'invention peut être soit une solution d'isophorone dans un solvant, soit l'isophorone elle-même. La phase aqueuse est obtenue par exemple par dissolution d'un cyanure dans l'eau ou par = neutralisation d'une base par l'acide cyanhydrique. Après avoir ajouté un agent de transfert en quantité catalytique on met les deux phases en présence dans un réacteur muni d'une bonne agitation et on maintient l'ensemble à la tem- pérature désirée. Les solvants utilisables selon l'invention sont choisis uniquement en fonction de la température de réac- tion et des caractéristiques physiques de l'isophorone et de la cyano-3triméthyl-3,5,5-cyclohexanone - points de fusion, solubilité, points d'ébullition - à l'exclusion de tous les solvants miscibles à l'eau dans les conditions de la réaction ou susceptibles de réagir avec une solution aqueuse alcaline de cyanures. Parmi les solvants suscepti- bles d'être utilisés on retiendra les hydrocarbures, les éthers, les esters, les alcools lourds, etc... La concen- tration de l'isophorone dans la phase organique peut être comprise entre 0,1 % et la saturation à la température de la réaction. On peut utiliser un mélange de plusieurs sol- vants. Les cyanures utilisables dans la phase aqueuse sont tous les cyanures solubles dans l'eau à raison de plus de 0,1 %. On utilisera par exemple les cyanures de potas- sium ou de sodium. La concentration en cyanures dans la phase aqueuse peut être comprise entre 0,1 % et la satura- tion à la température de la réaction. Le rapport molaire isophorone/cyanure peut va- rier dans de grandes proportions. Il dépendra essentielle- ment du rapport des volumes de la phase aqueuse et de la phase organique engagées et des -solubilités respectives des cyanures et de l'isophorone. Le plus souvent ce rapport- est compris entre 0,01 et 10 et préférentiellement entre 0,1 et 1. Les agents de transfert de phase utilisables se- lon la présente invention sont préférablement des sels d'am- monium ou de phosphonium quaternaires solubles dans la phase organique à raison de plus de 0,01 % et qui sont par consé- quent choisis en fonction de la nature de la phase organique mise en oeuvre. Le rapport molaire catalyseur/isophorone pourra être compris entre 0,00001 et 0,1 et préférentielle- ment entre 0,0005 et 0,02. Parmi les agents de transfert utilisables selon l'invention on peut mentionner les sels de benzyltriméthylammonium, benzyltriéthylammonium, tétramé- thylammonium, tétraéthylammonium, tétrabutylammonium, dodé- cènyltriéthylammonium, lauryldiméthylbenzylammonium, etc... et les sels de tétraéthylphosphonium, tétrabutylphosphonium, lauryltriéthylphosphonium, lauryltributylphosphonium, tétra- phénylphosphonium, etc... La température de la réaction est le plus souvent comprise entre 0 C et 100 C et préférentiellement entre 60 C et 90 C. On peut réaliser le procédé de façon continue ou discontinue. Au fur et à mesure de l'avancement de la réaction l'alcalinité de la phase aqueuse augmente, comme l'indique l'équation chimique. On peut, si on le désire, limiter cette augmentation d'alcalinité par adjonction de réactifs tampons ou bien en additionnant au fur et à mesure au mélange un aci- de. On utilisera par exemple l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique ou l'acide phosphorique. On peut également utili- ser avantageusement l'acide cyanhydrique qui présente l'a- vantage de régénérer le cyanure consommé par la réaction. Les exemples suivants illustrent de façon non li- mitative la présente invention. 2-468584 EXEMPLE 1 On met en contact une phase organique constituée par 0,360 mole d'isophorone et une phase aqueuse constituée par une solution de 0,5 mole de cyanure de sodium dans 35 g d'eau. On chauffe à 80 C et introduit 1 g de bromure de lauryldiméthylbenzylammonium (en abrégé: BLDMBA). Après un temps de réaction de 4 heures à 8O C, l'analyse chromatogra- phique en phase vapeur montre qu'il s'est formé 0,087 mole de cyano-3triméthyl-3,5,5-cyclohexanone. La sélectivité, exprimée par le rapport molaire de la cyano-cétone formée à l'isophorone transformée, atteint 90 %. La cyano-3-trimé- thyl-3,5,5-cyclohexanone est isolée du milieu réactionnel, soit par distillation à 146 - 1480 C sous 16 mm de mercure, soit par cristallisation. EXEMPLE 2 Dans cet exemple, la phase organique est consti- tuée par une solution de 0,360 mole d'isophorone dans 80 g d'alcool namylique, et la phase aqueuse -est constituée par une solution de 0,25 mole de cyanure de sodium dans 50 g d'eau. Après chauffage à 70 C, on introduit 1 g de bromure de tétraéthylammonium et laisse réagir pendant 5 heures à C. On obtient 0,057 mole de cyano-cétone avec une sélec- tivité de 93 %. EXEMPLE 3 On opère comme à l'exemple 2, mais en utilisant une solution de 0,1 mole d'isophorone dans 22 g d'alcool n-amylique et une solution de 0,7 mole de cyanure de sodium dans 70 g d'eau. Il se forme 0,038 mole de cyano-cétone, avec une sélectivité de 80 %. EXEMPLE 4 On met en contact une solution de 0,05 mole d'isophorone dans 24 g de ligroine et une solution de 1 mole de cyanure de sodium et 0,05 mole de phosphate disodique dans 100 g d'eau. On chauffe à 80oC et introduit 0,5 g de BLDMBA. L'agent tampon maintient le pH de la solution aqueu- se aux environs de 12,5. Après 2 heures de réaction à 80 C, il s'est formé 0,022 mole de cyano-cétone, avec une sélec- tivité de 81%. EXEMPLE 5 On opère comme à l'exemple 4, mais en utilisant 0,1 mole dfisophorone en solution dans 24 g de ligroine et 1 mole de cyanure de sodium en solution dans 150 g d'eau. Le tampon, constitué par 0,15 mole de phosphate disodique et 0,03 mole de soude, maintient le pH aux environs de 12,5. Après 4 heures de réaction, il s'est formé 0,048 mole de cyano-cétone, avec une sélectivité de 78 %. EXEMPLE 6 On met en contact une solution de 0,2 mole d'iso- phorone dans 7 g d'alcool n-amylique avec une solution de 1 mole de cyanure de sodium dans 100 g d'eau. Après chauf- fage à 80 C, on introduit 1 g de BLDMBA, puis on coule une solution aqueuse à 10 % d'acide cyanhydrique, de façon à maintenir le pH aux environs de 11,5. Après 3 heures et de- mie de réaction à 80 C, il s'est formé 0,141 mole de cyano- cétone, avec une sélectivité de 92 %. EXEMPLE 7 On opère comme à l'exemple 6, mais en utilisant une solution de 0,5 mole d'isophorone dans un mélange de g de ligro!ne et 14 g d'alcool n-amylique, et une so- lution de 2 moles de cyanure de sodium dans 200 g d'eau. Le BLDMBA est utilisé à la dose de 2 g et le pH est réglé aux environs de 11,5 par coulée d'une solution aqueuse à 30 % d'acide cyanhydrique. Après 5 heures de réaction à 80EC, il s'est formé 0,320 mole de cyano-cétone, avec une sélec- tivité de 98 %. -. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de la cyano-3-triméthyl-3,5,5- cyclohexanone à partir d'isophorone et de cyanures carac- térisé par le fait que l'on met en contact une phase orga- nique contenant l'isophorone et une phase aqueuse conte- nant le cyanure en présence d'une quantité catalytique d'un agent de transfert de phase. 2 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'iso- phorone mise en oeuvre constitue la phase organique. 3 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'isopho- rone mise en oeuvre est dissoute dans un solvant ou un mé- lange de solvants à une concentration comprise entre 0,1 % et la saturation à la température de la réaction. 4 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel les ions ' cyanures sont en phase aqueuse à une concentration comprise entre 0,1 % et la saturation à la température de la réaction. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le cyanure mis en oeuvre est du cyanure de potassium. 6 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le cyanure mis en oeuvre est du cyanure de sodium. 7 - Procédé selon les revendications 1 à 6 dans lequel le rapport molaire isophorone/cyanure est compris entre 0,01 et 10 et préférentiellement entre 0,1 et 1. 8 - Procédé selon les revendications 1 à 7 dans lequel l'a- gent de transfert de phase est un sel d'ammonium ou de phosphonium quaternaire soluble dans la phase organique à :, raison de plus de 0,01%. 9 - Procédé selon la revendication 8 dans lequel l'agent de transfert de phase est le bromure de lauryldiméthylben- zylammonium. 10 - Procédé selon la revendication 8 dans lequel l'agent de transfert est le bromure de t6traéthylammoniumo 11 - Procédé selon les revendications 1 à 10 dans lequel le rapport molaire catalyseur/isophorone est compris en- tre 0,00001 et 0,05 et préférentiellement entre 0,0005 et 0,02. 12 - Procédé selon les revendications 1 à 11 dans lequel la température de réaction est comprise entre 0 C et 100 C et de préférence entre 60 C et 90 C. 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 dans le- quel on limite l'augmentation d'alcalinité par adjonction d'un réactif tampon ou d'un acide. 14 - Procédé selon la revendication te du phosphate disodique. - Procédé selon la revendication te de l'acide chlorhydrique. 16 - Procédé selon la revendication te de l'acide sulfurique. 17 - Procédé selon la revendication te de l'acide cyanhydrique. 13 dans lequel on ajou- 13 dans lequel on ajou- 13 dans lequel on ajou- 13 dans lequel on ajou-