Brevet FR2482089A1 — publié le 19811113

La présente invention concerne la préparation du diacétate d'éthylidène et, plus particulièrement, elle concerne la préparation de cet ester, par l'action de l'hydrogène sur l'anhydride acétique. Le diacétate d'éthylidène est un intermédiaire chimique de première importance commerciale en raison.de sa facilité de transformation en un certain nombre de produits chimiques différents vendus en gros tonnages dans le commerce. Par une technique connue de transforma- tion, le diacétate d'éthylidène est facilement transformé en acétate de vinyle, plus de l'acide acétique; voir Kirk-Othmer "Encyclopedia of Chemical Technology" (2ème édition), volume 21, page 321, Interscience, New York (1970). Par un autre procédé bien connu de transformation, le diacétate d'éthylidène peut être transformé en anhydride acétique plus acétaldéhyde; voir Kirk-Othmer "Encyclopedia of Chemical Technology", (seconde édition), volume 8, pages 410-413, Interscience, New York (1965). On peut également citer le brevet US-A- 2 425 389 comme indiquant la souplesse d'utilisation du diacétate d'éthylidène comme intermédiaire chimique. Divers procédés ont été proposés pour la prépa- ration du diacétate d'éthylidène. Un procédé de ce genre implique la réaction de l'acétaldéhyde et de l'anhydride acétique, le diacétate d'éthylidène étant produit comme intermédiaire au cours de la préparation de l'acétate de vinyle. Ce procédé a été utilisé dans une mesure limitée à l'échelle commerciale; voir "Hydrocarbon Process" 44 (11), 287 (1965). Le brevet GB-A-i 538 782 décrit une autre technique pour produire du diacétate d'éthylidène, qui utilise la carbonylation de l'acétate de méthyle ou de l'éther-oxyde de diméthyle en présence d'hydrogène. Le brevet US-A-3 579 566 traite des anhydrides d'acides organiques, comme l'anhydride acétique, par l'hydrogène en présence d'un catalyseur comprenant un complexe d'un métal noble du groupe VIII avec un ligand ou coordinat à deux attaches, choisi parmi les trihydrocarbyl-phosphines, arsines et -stibines. Les exemples de ce dernier brevet montrent la préparation du diacétate d'éthylidène, par cette technique, à partir de l'anhydride acétique. Cependant, les exemples du derBier brevet cité montrent que la quantité de diacétate d'éthylidène ainsi produit est relativement faible en comparaison de la quantité théoriquement productible à partir de l'anhydride acétique utilisé. Ce dernier brevet illustre son procédé générique par l'équation "abrégée"suivante: I O O OC-R R-C-O-C-R + H2) - R-C-H O-C-R i O Cependant, voici l'équation complète: O O " O O-C-R; 2 R-C-O-C-R + H2- - R-C-H + R-C-OH O-C-R Dans l'équation ci-dessus, lorsque R représente -CH3, on voit le traitement de l'anhydride acétique par l'hydrogène. En d'autres termes, dans une telle réaction, une molécule d'acide acétique est formée pour chaque molécule de diacétate d'éthylidène produite. Des réactions qui entrent en compétition avec celle-ci tendent à former d'autres produits comme l'acétaldéhyde et l'acétate d'éthyle, au détriment du rendement en diacétate d'éthylidène. La présente invention vise notamment à proposer un procédé perfectionné de préparation du diacétate d'éthylidène à partir de l'anhydride acétique1 procédé permettant de produire des proportions théoriques impor- tantes de diacétate d'étLhylidène par rapport à l'acide acétique et minimisant la formation d'autres sous-produits, c'est-à-dire que le rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique et le rendement en diacétate obtenu comme produit sont élevés. Selon l'invention, on parvient à ces buts et à d'autres encore en faisant réagir l'anhydride acétique avec l'hydrogène en présence d'un catalyseur consistant essentiellement en du palladium, du ruthénium et/ou du rhodium sous forme de sel ou sous forme à valence nulle, l'hydrogène ne comportant essentiellement pas de monoxyde de carbone. Contrairement au mode opératoire du dernier brevet cité, le catalyseur ne comporte pas de coordinat à deux attaches ni des constituants semblables, et la forte proportion précitée du diacétate d'éthylidène peut être obtenue lorsque le catalyseur est uniquement du palladium, du ruthénium et/ou du rhodium sous forme de sel ou sous forme à valence nulle. En outre, il a été trouvé qu'un tel système réactionnel donne une vitesse élevée de réaction, ce qui permet d'obtenir une production importante de diacétate d'éthylidène dans le minimum de temps. Ainsi, selon l'invention, on fait réagir l'hydrogène, qui ne comporte sensiblement pas de monoxyde de carbone et qui, de préférence n'en comporte absolument pas, avec de l'anhydride acétique en présente d'un catalyseur à base de palladium, de ruthénium et/ou de rhodium de la nature indiquée ci-dessus. Dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, une large gamme de températures, se situant par exemple entre 500 et 2500C, convient, mais l'on préfère utiliser des températures de 100 à 2000C et les températures que l'on préfère le plus se situent généralement entre 1000 et 1600C. Des températures inférieures à celles mention- nées peuvent être utilisées, mais elles tendent à conduire à des vitesses réduites de réaction, et des températures supérieures peuvent également être appliquées, mais il n'y a pas d'avantage particulier à y faire appel. De préfé- rence, la réaction est effectuée à température sensiblement constante. Le temps de réaction ne constitue également pas un paramètre du procédé, et il dépend dans une large mesure de la température utilisée, mais des temps typiques de réaction ou de séjour se situeront généralement, par exemple, entre 0,1 et 4 heures. On effectue la réaction sous des pressions supérieures à la pression atmosphérique, mais des pressions excessivement élevées, exigeant un. équipement spécial pour pressions élevées, ne sont pas nécessaires. En général, on réalise efficacement la réaction en utilisant une pression partielle d'hydrogène qui est de préférence comprise entre 3,44 et 137,8 bars, et encore mieux entre 20,7 et 48,2 bars, bien qu'on puisse également utiliser des pressions partielles de l'hydrogène comprises entre 69 millibars et 689 bars. Dans le cas usuel, on utilise généralement des pressions inférieures à 137,8 bars environ. En maintenant la pression partielle de l'hydrogène aux valeurs spécifiées, on assure toujours la présence de quantités adéquates de ce corps. La pres- sion totale est de préférence celle nécessaire pour le maintien de la phase liquide et, dans ce cas, la réaction- peut avantageusement être effectuée dans un autoclave ou dans un appareil semblable. A la fin du temps de séjour voulu, on sépare, par exemple par distillation, le mélange réactionnel en ses divers constituants. De préférence, le produit de réaction est introduit dans une zone de distillation, qui peut être une colonne de distillation fractionnée ou une 2482O82 série de colonnes, pouvant efficacement séparer l'anhydride acétique inaltéré, l'acide acétique et d'autres produits éventuellement présents du diacétate d'éthylidène cons- tituant le produit. Les points d'ébullition de ces divers composés sont suffisamment espacés pour que leur séparation par une distillation classique ne pose pas de problèmes particuliers. De même, le diacétate d'éthylidène, dont le point d'ébullition est plus élevé, peut être facilement chassé, par distillation, du catalyseur à base de métal noble. Le catalyseur au palladium, au ruthénium et/ou au rhodium peut être n'importe quel sel de ces trois métaux nobles du groupe VIII et par exemple, il peut être le sel d'un acide minéral ou le sel d'un acide organique, ou bien il peut s'agir du métal sous sa forme à valence nulle (métal élémentaire). De préférence, on utilise le catalyseur sous forme d'un sel d'un acide minéral, comme le bromure de palladium (PdBr2), le chlorure de palladium - (PdC12), le chlorure de palladium hydraté (PdC12.2H20), le trifluorure de palladium (PdF3), l'iodure de palladium (PdI2), le nitrate de palladium (Pd(NO3)2), le sulfate de palladium (PdSO4.2H20), le trichlorure de ruthénium (RuC13), le tétrachlorure de ruthénium (RuC14.5H20), le pentafluorure de ruthénium (RuF5), le trichlorure de rhodium (RhC13), le trichlorure de rhodium hydraté (RhC13. H20), le trifluorure de rhodium (RhF3), le triiodure de rhodium (RhI3), le nitrate de rhodium (Rh(NO3)2.2H20), le sulfate de rhodium tétrahydraté (Rh2(SO4)3.4H20), le sulfate de rhodium dodécahydraté (Rh2(SO4)3.12H2O), etc. Lorsque le catalyseur est utilisé sous forme d'un sel organique, ce sel est de préférence un carboxylate dont le fragment carboxylate provient d'un acide alcanoique ayant 1 à 20 atomes de carbone, de préférence 1 à 16 atomes de carbone, le sel organique le plus préféré étant l'acétate. Le catalyseur que l'on utilise peut contenir des impuretés normalement associées au métal ou au composé de métal disponible à l'échelle commerciale, et il n'a pas besoin d'être davantage purifié. Comme précédemment mentionné, on peut utiliser comme catalyseur, des mélanges de sels de palladium, de ruthénium et de rhodium. Le catalyseur que l'on préfère le plus est le palladium ou un sel de palladium, plus spécialement un tel sel. La quantité du catalyseur à base de palladium, de ruthénium et/ou de rhodium n'est nullement fondamen- tale,.ne constitue pas un paramètre du procédé de l'invention et-peut varier dans une large gamme. Comme le savent bien les experts en ce domaine, la quantité de catalyseur que l'on utilise est celle assurant la vitesse voulue, convenable et raisonnable de réaction, puisque la vitesse de réaction subit l'influence de la quantité de catalyseur. Cependant, essentiellement n'importe quelle quantité de catalyseur va faciliter la réaction de base et peut être considérée comme une quantité catalytiquement efficace. Typiquement, cependant, on utilise le catalyseur en une quantité d'une mole pour à 2000 moles de l'anhydride acétique, de préférence une mole pour 300 à 1500 moles de l'anhydride acétique et encore mieux une mole pour 500 à 1000 moles. On utilise de préférence l'hydrogène sous forme sensiblement pure, notamment en ce qui concerne le monoxyde de carbone, tel qu'il est disponible dans le commerce, mais des diluants inertes comme de l'azote, du méthane et des gaz nobles peuvent être éventuellement présents. La présence des diluants inertes n'influe pas sur la réaction, mais cette présence rend nécessaire l'augmentation de la pression totale afin de maintenir la pression partielle voulue pour l'hydrogène. L'hydrogène doit, cependant, être essentiellement sec, c'est-à-dire que l'hydrogène et les autres corps mis en réaction doivent ne raisonna- blement pas comporter d'eau. La présence de quantités mineures d'eau, comme on peut en trouver dans les formes commerciales des corps destinés à réagir est, cependant, entièrement acceptable. Le procédé de la présente invention peut, si on le désire, être mis en oeuvre en-présence d'un solvant ou diluant. D'ordinaire, un solvant n'est pas indispensa- ble mais il a été observé que lorsque le catalyseur (palladium, ruthénium et/ou rhodium) se trouve sous forme d'un sel organique, c'est-à-dire un sel d'un acide organique, on obtient les meilleurs résultats lorsqu on utilise un solvant. Le solvant ou diluant peut être n'importe quel solvant organique qui est inerte dans l'environnement du procédé, comme des hydrocarbures, par exemple l'octane, le benzène, le toluène, du xylène et de la tétraline, ou des hydrocarbures halogénés comme les chlorobenzènes, par exemple du trichlorobenzène, ou des acides carboxyliques, par-exemple ceux contenant jusqu'à 16 atomes de carbone, comme l'acide acétique, ou des esters comme l'acétate de méthyle et l'acétate de "Cellosolve", etc. Les solvants préférés sont du tri- chlorobenzène, l'acide acétique et l'acétate de méthyle. On peut également utiliser des mélanges de solvants, comme des mélanges de l'acide acétique et de 1'acétate de méthyle. En général, des solvants n'exerçant pas une action de coordination se sont avérés convenir le mieux pour servir lorsqu'on utilise un solvant dans le procédé. On choisit avantageusement un solvant ou diluant dont le point d'ébullition est suffisamment différent de celui des autres constituants du mélange réactionnel pour pou- voir être facilement séparé par distillation, comme cela apparaîtra facilement aux experts en ce domaine0 Il apparaîtra que la réaction décrite ci-dessus se prête facilement à un fonctionnement continu au cours duquel les corps destinés à réagir et le catalyseur sont introduits continuellement dans la zone appropriée de 248109 à réaction et le mélange réactionnel est continuellement distillé pour séparer les constituants organiques volatils et pour obtenir un produit net consistant essentiellement en du diacétate d'éthylidène, les autres constituants organiques étant recyclés et, dans le cas d'une réaction en phase liquide, une fraction contenant un sel résiduel de palladium, de ruthénium et/ou de rhodium étant également recyclée. Il apparaîtra également que la réaction cata- lytique impliquée dans le procédé de l'invention peut, si on le désire, être mise en oeuvre en phase vapeur par un réglage approprié de la pression totale en liaison avec la température, de sorte que les corps destinés à réagir se trouvent sous forme vapeur lors de leur contact avec le catalyseur. Dans le cas d'un fonctionnement en phase vapeur, et dans le cas d'un fonctionnement en phase liquide, le catalyseur, c'est-à- dire les sels de palladium, de ruthénium et/ou de rhodium, ou le métal élémentaire à-valence nulle, peuvent, si on le désire, être supportés, c'est-à-dire qu'ils peuvent être dispersés sur un support d'un type classique comme de l'alumine, de la silice, du carbure de silicium, de l'oxyde de zirconium, du carbone, de la bauxite, de l'attapulgite, etc. Les constituants du catalyseur peuvent être appliqués de façon classique sur les supports, par exemple par imprégnation du support à l'aide d'une solution du catalyseur ou du mélange catalytique, opéra- tion suivie d'un séchage. Les concentrations des cons- tituants du catalyseur sur le support peuvent largement varier, par exemple entre 0,01 % en poids et 10 % en poids, ou davantage. Des conditions opératoires typiques pour un fonctionnement en phase vapeur sont une tempé- rature de 1000 à 350'C, de préférence 1500 à 2750C et encore mieux 1750 à 2550C, une pression absolue de 69 millibars à 344,5 bars, de préférence 3, 44 à 103,3 bars Z482089 et encore mieux 10,3 à 34,4 bars, avec des vitesses spatiales de 50 à 10000 heures1, de préférence 200 à 6000 heures 1 et encore mieux 500 à 4000 heures 1 (dans les conditions normales de température et de pression). Les exemples suivants serviront à donner une compréhension plus complète de l'invention, mais il va de soi qu'ils ne sont présentés qu'à titre illustratif seulement et ne doivent pas être considérés comme limitant l'invention. Dans les exemples et sauf indica- tion contraire, toutes les parties sont en poids et les pourcentages sur base molaire EXEMPLE 1 Dans le présent exemple, on utilise comme réacteur une bombe de Parr en "Hastelloy", avec chemisage en verre et agitation magnétique. On introduit dans la bombe 0,30 partie de Pd Cl2 comme catalyseur, puis 86,4 parties d'anhydride acétique, on balaie à l'argon et l'on introduit de l'azote jusqu'à obtention d'une pression manométrique de 55 bars. On place ensuite la bombe dans un bain d'huile à la température ambiante et on la porte à 1800C en 10 minutes environ. On effectue ensuite la réaction à cette température constante durant-3/4 d'heure, puis l'on refroidit la bombe jusqu'au voisinage de la température ambiante, on la relie à l'atmosphère par un évent et on l'ouvre. Une analyse, par chromatographie en phase gazeuse, du mélange réactionnel montre que celui- ci contient 36,2 parties de diacétate d'éthylène et 40,3 parties d'anhydride acétique ainsi que 14,1 parties d'acide acétique et des traces d'acétate d'éthyle et d'acétaldéhyde (sous-produits) Le rendement en diacétate d'éthylidène est de 59 %, et le rapport entre le diacétate d'éthylidène et l'acide acétique est égal à 100 % de la théorie. EXEMPLE 2 Des calculs effectués à partir des données décrites dans l'exemple 1 du brevet précité US-A-3 759 566 montrent un rendement en diacétate d'éthylidène d'environ 16,4 % et un rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 16 % du rapport théorique. On répète l'exemple 1 du brevet cité en utilisant la même pression d'hydrogène mais, selon la présente invention, sans le coordinat ou ligand de triphénylphosphine et en l'absence de monoxyde de carbone, la réaction étant effectuée à la température constante de 180 C durant 4 heures. On produit du diacétate d'éthylidène avec un rendement de 52,6 % et un rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 58 % de la théorie. Lorsqu'on répète l'expérience précédente à la température constante de 125 C, on produit du diacétate d'éthylidène avec un rendement de 59,9 % et un rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 62 % de la théorie. EXEMPLE 3 Des calculs effectués à partir des données décrites dans les exemples 2, 3 et 4 du brevet précité US-A-3 759 566 montrent un rendement en diacétate d'éthylidène qui est respectivement de 7,9 %, 11,3 % et ,4,%, les données n'étant pas suffisantes pour calculer le rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique. On répète ces exemples en utilisant les pression d'hydro- gène spécifiées mais, selon la présente invention, sans le coordinat ou ligand de triphénylphosphine et dans le cas des exemples 2 et 4, en opérant également en l'absence de monoxyde de carbone, les réactions étant effectuées à la température constante de 125 C durant 4 heures dans le cas des exemples 2 et 3 et durant une heure dans le cas de l'exemple 4. On voit qu'avec l'absence du coordinat et de CO, les exemples 1 et 3 du brevet précité deviennent identiques et la seule différence entre les exemples 1 et 2 de ce brevet cité, est la différence de pression qui n'est pas importante. Le diacétate d'éthylidène est produit dans le cas des exemples 2 et 3 avec un rendement Laa 1-i de 60 % et un rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 62 %. Dans le cas de l'exemple 4, on obtient un rendement de 42,3 % et un rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 91 % de la théorie. EXEMPLE 4 En utilisant le mode opératoire général décrit dans l'exemple 1, on introduit dans la bombe 0,30 partie de PdC12 comme catalyseur, puis 86,4 parties d'anhydride acétique, on balaie à l'argon et l'on met l'intérieur de la bombe sous une pression de 55 bars. On place ensuite la bombe dans un bain d'huile à la température ambiante et on la porte à 100 C en 10 minutes environ, puis l'on effectue la réaction à cette température constante durant 2 heures. Après refroidissement de la bombe, sa mise en contact par un évent avec l'atmosphère et son ouverture, une analyse, par chromatographie en phase gazeuse, du mélange réactionnel montre que celuici contient du diacétate d'éthylidène obtenu avec un rendement de 44,4 % et selon un rapport du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 100 % de la théorie. EXEMPLES 5 à 8 Dans ces exemples, on suit le mode opératoire général des exemples 1 et 4, en utilisant diverses quantités de PdCl2 comme catalyseur, à une pression d'hydrogène de 68,9 bars à une température comprise entre et 200 C durant 4 heures en présence de solvants, à savoir du trichlorobenzène (TCB), du "diglyme" (éther diméthylique du diéthylèneglycol), du mésitylène et du "sulfolane". Dans ces conditions, on obtient des rendements de 57,6 % à 85,9 % et des rapports du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 72 % à 97 % de la théorieo Les données concernant ces quatre essais sont présentées au tableau A. EXEMPLES 9 et 10 En utilisant à nouveau le mode opératoire général des exemples 1 et 4, on remplace le chlorure de palladium par du nitrate de palladium et de l'acétate de palladium comme catalyseur, et l'on effectue la réaction en présence du solvant TCB, ce qui donne des rendements en diacétate d'éthylidène de 59,5 % à 67,3 % et des rapports du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de % à 98 % de la théorie. Les données correspondantes figurent au tableau A. EXEMPLES 11 et 12 En utilisant à nouveau le mode opératoire des exemples 1 et 4, on utilise du palladium sur un support comme catalyseur, en utilisant dans un cas 5 % de palladium sur de l'alumine et dans l'autre cas 5 % de palladium sur du carbone. Les données correspondant à ces expériences sont présentées au tableau A. EXEMPLES 13 à 20 Dans ces exemples, on effectue les réactions dans un autoclave sous une pression constante d'hydrogène, c'est-à-dire que de l'hydrogène est continuellement introduit pour compenser l'hydrogène consommé. Par ail- leurs, le mode opératoire est le même que celui décrit dans les exemples précédents. On utilise comme catalyseur du chlorure de palladium, du nitrate de palladium ou de l'acétate de palladium à une température de 100 à 180 C sous des pressions d'hydrogène de 20,65 bars à 41,3 bars durant 1 à 4 heures. Dans l'exemple 13, on effectue la réaction à 20,65 bars et 160 C durant 2 heures puis à 41,3 bars à 180 C durant 2 heures supplémentaires. On obtient des rendements en diacétate d'éthylidène de 59 à 83,5 % et des rapports du diacétate d'éthylidène à l'acide acétique de 77 % à 100 % de la théorie. Les données cor- respondantes sont présentées au tableau A, dans lequel les abréviations TCB, EDA et AcOH désignent respectivement du trichlorobenzène, du diacétate d'éthylidène et de l'acide acétique. 24820o89 TABLEAU A Ex. n Catalys eur (parties) 4 PdCl2 PdC12 6 PdC12 7 PdC12 8 PdC12 9 Pd(NO3)2 Pd(OAC)2 11 5% Pd sur alumine 12 5% Pd sur carbone 13 PdC12 14 PdCl2 PdCl2 16 PdCl2 17 PdC12 18 Pd(NO3) 2 19 Pd(OAc)2 (Pd(OAc)2 2,0 anhyPressii dride de H2 acétique (bars) (parties) on Temp. (OC) Temps Solvant % de % (h) (parties) rend. EDA/ en AcOH) 0,30 86,4 55, 1 100 2 néant 0,15 22 68,9 125 4 TICB 0,15 22 68,9 180 4 Diglyme 0,20 27 68,9 200 4 Mésity- lène 0,10 22 68,9 160 4 Sulfo- lane 0,15 27 68,9 160 4 TCB 0,35 65 68,9 180 0,5 TCB 2,0 65 82,7 180 1 TCB 2,0 27 82,7 140 4 TCB 2,0 540 20,65 160 2 néant 41,3 180 2 2,0 540 41,3 125 4 Néant 2f0 378 20,65 160 1 TCB 2,0 432 41,3 125 2 TCB 2,0 432 41,3 100 2 TCB 2,8 432 20,65 125 4 TCB 2,0 486 41,3 140 2 TCB 486 41,3 125 3 TCB EDA 44,4 ,9 57,6 63,5 ,0 67,3 59,5 56,3 ,8 83,0 83,5 ,9 ,1 67,5 68,5 90 REVENDICATIONS 1. Procédé de transformation de l'anhydride acétique pour obtenir notamment du diacétate d'éthylidène, procédé caractérisé en ce qu'on fait réagir cet anhydride acétique avec de l'hydrogène en présence d'un catalyseur consistant essentiellement en du palladium, du ruthénium ou du rhodium, ou un de leurs mélanges, en l'absence quasi-totale de monoxyde de carbone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le catalyseur est sous forme d'un sel minéral. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le catalyseur est un sel de palladium. 4. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le sel de palladium est un sel minéral.