Brevet FR2499068A1 — publié le 19820806

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation des hypohalogénites de tert-alkyle et plus particulièrement à un procédé de préparation des hypochlorites de tert-alkyle. La réaction entre un tert-alcanol, le chlore et une base aqueuse conduisant à un hypochlorite de tert-alkyle est connue d'une manière générale dans l'industrie; cf. par exemple brevets des Etats-Unis N 1. 938.175 et 3.149.140. Dans le brevet des Etats-Unis N 4.008.133, on décrit la préparation de l'hypochlorite de tert-butyle dans un procédé global de préparation d'oxydes oléfiniques. La réaction entre un halogène, une base et un tert-alcanol conduisant à la formation d'un hypo- halogénite de tert-alkyle est une réaction fortement exothermique, et on se heurte à des difficultés lorsqu'on tente de dissiper la chaleur de réaction dans des condi- tions économiques et d'assurer ainsi un contrôle efficace de la température. Un contrôle inefficace de la tempéra- ture peut conduire à une décomposition de l'hypochlorite de tert-alkyle d'o. naturellement, une perte dp rendement et le cas échéant une réaction incontrôlable. La présente invention concerne un prccédé nouveau pour préparer un hypohalogénite de tert-alkyle par réaction d'un tert-alcanol, d'un halogène et d'une base aqueuse. Conformément à l'invention, on prépare un hypohalogénite de tert-alkyle en faisant réagir un tert- alcanol avec un halogène et une base minérale aqueuse et/ou une base minérale aqueuse halogénée au préalable à une température allant Jusqu'à 100 C et sous une pression sous laquelle l'hypohalogénite de tert-alkyle formé vaporise et est recueilli à l'état de vapeur. La pression de réac- tion est choisie de manière qu'à la température de réaction il y ait vaporisation de l'hypohalogénite de tert-alkyle formé. La chaleur de réaction est éliminée sous forme de chaleur latente (vaporisation du produit) d'ou un contrôle automatique de la température de réaction. Plus précisément, la réaction est en général effectuée sous vide, la pression absolue se situant en général dans l'intervalle de 5 à 100 kPa, et plus généralement dans l'intervalle de 20 à 60 kPa. La tempéra- ture de réaction peut aller du point de congélation exclu jusqu'à 1000C, de préférence jusqu'à 600C et dans les meilleures conditions elle est de l'ordre de 40 à 600C. Comme on l'a dit ci-dessus, la pression doit être en rela- tion avec la température de manière à assurer la vaporisa- tion de l'hypohalogénite formé. Dans un mode de réalisation préféré, la réaction est réalisée en continu: le tert-alcanol, l'ha- logène et la solution aqueuse de base minérale et/ou le tert-alcanol et la base aqueuse halogénée au préalable sont introduits en continu dans un réacteur et l'hypohalo- génite de tert-alkyle vaporisé, accompagné en général d'une certaine quantité de vapeur d'eau, est évacué en continu du réacteur. Ce dernier peut être choisi parmi des types de réacteurs très variés assurant un bon contact entre les réactifs, et en particulier parmi les réacteurs qui con- viennent pour les réactions gaz-liquide. Un réacteur du type cuve profonde, dans lequel on introduit les réactifs dans une masse de liquide constituée par les réactifs eux- mêmes et qui est agitée par les bulles de l'hypohalogénite qui vaporise, constitue une solution particulièrement simple et pratique. Dans un mode de réalisation particulis- rement apprécié du procédé selon l'invention, le réacteur est maintenu en équilibre thermique par contrôle de la pression: la chaleur dégagée par la réaction chimique est évacuée par vaporisation de l'hypohalogénite de tert- alkyle formé et en général également par la vaporisation de petites quantités d'eau et/ou d'alcanol. Ainsi, il n'est nullement nécessaire de refroidir le milieu de réac- tion par l'extérieur pour maintenir la température de ré- action voulue. Par conséquent, dans ce mode de réalisation préféré, la réaction est effectuée dan! des conditions essentiellement isothermes, c'est-à-dire que la tempéra- ture de réaction ne varie pas de plus de quelques OC dans tout le réacteur. Le tert-alcanol utilisé comme réactif est de préférence l'alcool tert-butylique ou l'alcool tert- amylique, et plus spécialement le premier nommé. La base minérale aqueuse peut être choisie parmi des bases très variées, y compris les hydroxydes de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux; on préfère l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium et l'hydroxyde de calcium, et surtout l'hydroxyde de sodium. Les réactifs peuvent être utilisés à des proportions relatives très variées selon les résultats recherchés dans la réaction. Ainsi par exemple, si l'on désire parvenir à une conversion pratiquement complète d'un réactif quelconque déterminé, on peut utiliser un excès des autres réactifs. En général, on préfère utiliser les réactifs en proportions à peu près stoechiométriques, c'est-à-dire en quantités à peu près équimoléculaires. Ainsi, pour réduire au minimum la quantité d'halôgène présente dans les vapeurs d'hypohalogénite formées, on ne dépassera pas un rapport molaire halogène/base d'environ 1,05: 1. On peut encore diminuer la quantité d'halogène présente dans les vapeurs d'hypochlorite formées en pré- voyant un ou plusieurs stades opératoires supplémentaires dans lesquels les vapeurs quittant le réacteur entrent en contact avec une base aqueuse qui absorbe l'halogène avec formation d'un hypohalogénite. De même, pour éviter la présence de sub- stances organiques, par exemple du tert-alcanol, dans la phase aqueuse sortant du réacteur, il faut que la quantité de tert-alcanol ne représente pas un trop gros excès par rapport à la base relativement aux proportions stoechiomé- triques, et dans certains cas la quantité de tert-alcanol doit être inférieure à la quantité théorique. Ainsi par exemple le rapport tertalcanol/base se situera en général dans l'intervalle de 0,95: 1 à 1,3: 1 et mieux encore dans l'intervalle de 0,98: 1 à 1,05: 1. Si c'est sou- haitable, on peut utiliser le tert-alcanol en proportions plus fortes: ces proportions plus fortes n'affectent pas la réaction. Quoique le procédé selon l'invention soit appliquable d'une manière générale à la préparation des hypochlorites ou hypobromites et hypoiodites qui sont suffisamment stables dans les conditions de réaction, il présente un intérêt particulier dans la préparation des hypochlorites et en particulier dans la préparation de l'hypochlorite de tert-butyle. L'invention sera décrite plus complètement ci-après en référence à l'hypochlorite. Le procédé selon l'invention présente un intérêt particulier à l'application dans un procédé global de préparation d'oxydes oléfiniques dans lequel on utilise un hypochlorite de tert-alkyle pour la préparation de la chlorhydrine par réaction avec l'oléfine et l'eau. Un tel procédé est décrit par exemple dans le brevet des Etats- Unis NI 4.008.133. Ainsi donc, et dans un tel mode de réa- lisation préféré, on introduit le chlore produit dans une cellule d'électrolyse et l'électrolyte provenant du compartiment cathodique de la cellule et qui consiste en une solution aqueuse de chlorure de sodium et d'hydroxyde de sodium, avec un tert-alcanol, dans le réacteur de pré- paration de l'hypochlorite qui opère aux températures indiquées ci-dessus et à une pression telle que spécifiée ci-dessus: on récupère l'hypochlorite de tert-alkyle à l'état de vapeur en contrôlant la température de réaction par évacuation de la chaleur de réaction sous forme de chaleur de vaporisation de l'hypochlorite de tert-alkyle formé et d'une certaine quantité d'eau. La phase aqueuse qui consiste en une saumure est recyclée après traitement approprié lorsque c'est nécessaire à la cellule d'électro- lyse. Les vapeurs d'hypochlorite de tert-alkyle sont en- suite utilisées dans le réacteur de préparation de la chlorhydrine comme décrit dans le brevet des Etats-Unis N 4.008.133 pour la préparation de la chlorhydrine d'oléfine. On peut également chlorer au préalable la totalité ou une partie de l'électrolyte et faire réagir l'électrolyte chloré au préalable avec le tert-alcanol pour formation de l'hypochlorite de tert-alkyle qu'on recueille à l'état de vapeur comme décrit ci-dessus. L'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée, dans cet exemple les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple Le réacteur consiste en un tube de 50 mm de diamètre et 90 cm de hauteur. La partie inférieure du tube est vide et porte des tubulures d'introduction pour le chlore gazeux, le tert-butanol liquide et:une solution aqueuse à 12 % de NaOH et 15 % de NaCl. Cette solution reproduit la composition de la liqueur de cellule obtenue par électrolyse d'une saumure à environ 25 % de NaCl. é499068 Les 15 cm supérieurs du tube sont garnis d'anneaux Raschig de 3 mm; ce garnissage empêche l'en- trainement de gouttelettes. L'orifice d'évacuation du pro- duit de réaction à l'état de vapeur est situé au-dessus du garnissage. Dans le milieu de la région garnie se trouve une tubulure d'introduction par laquelle on peut introduire un courant de la liqueur de cellule qui entre en contact avec les vapeurs quittant le réacteur et élimine les traces de chlore non converti des gaz sortants. Un orifice d'évacuation placé à 45 cm au- dessus du pied du réacteur sert de conduit de débordement pour la saumure; il est relié à un récipient récepteur. Les vapeurs de produit évacuées par le sommet du réacteur sont condensées dans deux pièges à froid disposés en série (eau-glace et glace carbonique) . Le dernier piège à froid est relié à une pompe à vide. La colonne est équipée d'un traceur élec- - trique qui permet de la chauffer et des instruments néces- saires pour une opération sous vide. On démarre une opération en introduisant dans le réacteur 600 ml de saumure à 25 %. On porte la température à 450C et on établit une pression de 37 kPa (280 mm Hg, pression absolue). A l'aide de pompes doseuses, on introduit dans le réacteur un courant d'1 ml/mn (10,5 mmoles/mn) de tert-butanol et de 3,05 ml/mn de liqueur de cellule. On fait barboter dans le liquide du réacteur du chlQre gazeux en quantité de 270 ml/mn (11 mmoles/mn). Environ % de la liqueur de cellule sont introduits au pied du réacteur, le reste étant injecté par pompage dans la zone garnie. Les proportions molaires entre les réac- tifs sont maintenues à 1,0 de t-BuOCl/1,04 de NaOH/1,05 de C12. Le contenu du réacteur est mélangé violemment par les bulles qui se forment. Lorsqu'on maintient la pression à la valeur indiquée, on évite sans difficulté toute sur- chauffe du mélange de réaction. On n'observe pas de présence de phase organique liquide dans le réacteur. A la fin de l'essai, on analyse le contenu des pièges. La phase organique consiste essentiellement en t-BuOCl pur. Le procédé selon l'invention présente un avantage particulier en ce qu'il permet de préparer un hypochlorite de tert-alkyle en contrôlant de manière éco- nomique la température et en empêchant un emballement éventuel. En outre, ce résultat peut 4tre atteint sans refroidissement par l'extérieur des réactifs et/ou du réacteur. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation des hypo- halogénites de tert-alkyle, dans lequel on fait réagir un tert-alcanol avec un halogène et une solution aqueuse d'une base minérale ou une solution aqueuse d'une base minérale halogénée au préalable, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température et une pression auxquelles l'hypohalogénite de tert-alkyle formé vaporise au cours de la réaction, ce qui permet de contrôler la température de réaction, qui peut aller jusqu'à 100 C, l'hypohalogénite de tert-alkyle formé étant recueilli à l'état de vapeur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de réaction est infé- rieure à la pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'halogène est le chlore et en ce que l'on prépare un hypochlorite de tert-alkyle. - 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une pres- sion à laquelle on évacue la chaleur de réaction par va- porisation, ce qui permet de contrôler la température de réaction et de maintenir des conditions essentiellement isothermes en l'absence de refroidissement extérieur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tert-alcanol est le tert-butanol. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pression va de 5 à 100 kPa. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température de réaction va de 40 à 60 C. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les réactifs sont introduits en con- tinu dans un liquide constitué des réactifs et qui est agité par les bulles de l'hypochlorite qui vaporise, et en ce que l'on recueille en continu les vapeurs contenant l'hypochlorite. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base mise en oeuvre est l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de calcium.