Brevet FR2514351A1 — publié le 19830415

Cette invention concerne une méthode améliorée de séparation de l'indole par distillation d'un fluide réac- tionnel contenant de l'indole, obtenue en utilisant la N-(e- hydroxyéthyl)aniline comme matière initiale ou en utilisant l'aniline et l'éthylène glycol comme matières initiales. L'indole est connu comme formant une matière im- portante utilisée dans l'industrie chimique Il est devenu essentiel, surtout dans les années récentes, Pour la synthè- se de parfums et d'amino acides. Dans le passé, plusieurs tentatives ont été faites pour la synthèse de l'indole Cependant, la plupart des pro- cédés conçus à cet effet avaient l'inconvénient de produire des quantités considérables de produits secondaires, néces- sitant des composés onéreux comme matières initiales, con- duisant à l'indole via une longue chaine d'étapes et/ou mettant en jeu des opérations difficiles à mettre en oeuvre. Entre-temps, deux procédés à étape unique ont récemment été proposés pour la préparation de l'indole à partir de compo- sés peu coûteux, l'un utilisant la N-($-hydroxyéthyl)aniline comme matière initiale et l'autre utilisant l'aniline et l'éthylène glycol comme matières initiales Les découvertes des présents inventeurs ont révélé que dans ces deux procé- dés, la présence d'une quantité importante d'aniline dans le système de réaction est nécessaire pour obtenir l'indole avec un bon rendement En conséquence, il est essentiel de séparer et de récupérer la grande quantité d'aniline conte- nue dans le fluide réactionnel résultant, lors de la prépa- ration de l'indole par ces procédés En outre, le fluide réactionnel résultant de l'un ou l'autre de ces procédés contient aussi des traces de produits secondaires Ainsi, l'indole obtenu après simple séparation de l'aniline con- tient encore des impuretés et ne peut pas être utilisé di- rectement comme matière initiale pour la synthèse de par- fums et d amino acides. Même si l'on essaye de séparer l'indole en dis- tillant un tel fluide réactionnel, une partie de l'indole contenu dans le fluide réactionnel est détériorée( par ex- emple convertie en une substance goudronneuse) au cours de la distillation, provoquant une perte considérable en in- dole Il en résulte que la quantité d'indole ainsi obtenue est significativement plus faible que celle de l'indole initialement présent dans le fluide réactionnel. La présente invention a pour objet de fournir une méthode permettant la séparation de l'indole par dis- tillation sans en provoquer une détérioration quelconque. La perte d'indole due à sa détérioration ou dégradation -en- dant le processus de distillation devient plus faible au fur et à mesure que la pression totale employée pour la distillation est abaissée et le temps de distillation ré- duit Oependant, comme illustré par l'exemple comparatif donnb ultérieurement, il a été démontré qu'une perte con- sidérable en indole a lieu même dans de telles conditions de distillation modér 6 e comme pratiquées dans les appli- cations industrielles Les inventeurs de la présente in- vention ont maintenant trouvé qu'une telle détérioration de l'indole pendant le processus de distillation peut être évitée substantiellement en mettant en contact le fluide réactionnel contenant l'indole avec une substance basique avant et/ou pendant la distillation. Conformément à la présente invention une métho- de est fournie pour la séparation de l'indole par distil- lation d'un fluide réactionnel contenant l'indole obtenu par la réaction de l'aniline avec l'éthylène glycol ou par une réaction utilisant la N (-hydroxyéthyl)aniline, l' amélio- ration consistant à mettre le fluide réactionnel en con- tact avec une substance basique avant et/ou pendant la distillation, ce grâce à quoi la dégradation de l'indole pen- dant la distillation est évitée substantiellement. On rapoellera au préalable qu'à l'heure actuelle, il existe une variété de procéd$s connus pour la préparation de l'indole utilisant le N-( 13 B- hydroxyéthyl)aniline comme matière initiale ou en utili- sant l'aniline et l'éthylène glycol comme matières ini- tiales A titre d'exemple, un procéd 6 utilisant le N-(B- hydroxyéthyl)aniline comme matière initiale consiste à mettre en r&action le N-(B-hydroxyéthyl)aniline en phase vapeur à une température comprise entre 200 et 500 C, en présence d'un catalyseur tel qu'un catalyseur contenant du cuivre ou de l'argent, avec une quantit 6 équimolaire ou une quantité plus grande d'aniline utilisé comme di- luant Un autre procédé utilisant l'aniline et l'éthylène glycol comme matières initiales consiste à faire réagir 1 mole d'éthylène glycol avec 2 moles ou plus d'aniline en phase vapeur, en phase mixte vapeur-liquide, ou en pha- se liquide à une température comprise entre 200 et 500 C en présence d'un catalyseur tel qu'un catalyseur aeide so- lide ou un sel métallique. Plusieurs procédés de préparation de l'indole utilisant le N-(B-hydroxy&thyl)aniline comme matière ini- tiale ou utilisant l'aniline et l'éthylène glycol comme matières initiales sont révélés dans les documents sui- vants: Des procédés utilisant la N-( 3-hydroxyéthyl)ani- line comme matière initiale sont révélés, par exemple, dans les brevets Japonais publiés sous les Nos 105663/ et 108850/'80 Des procédés utilisant l'aniline et l'éthylène glycol comme matières initiales sont révélés par exemple, dans les brevets Japonais publi$s sous les Nos 36451/'81, 46865/'81, 53652/'81, 55366/'81, 63958/ 81, 86154/'81, 110672/'81, 150062/'81, et 169668/'81. La manière selon laquelle le fluide réaction- nel contenant l'indole est mis en contact avec une sub- stance basique peut varier selon le type de substance ba- sique utilisée Le contact peut être réalisé, par exemple, (a) en ajoutant une substance basique directement au flui- de réactionnel et en dissolvant ou mettant en suspension la premiém dans le dernier, (b) en ajoutant une solution aqueuse d'une substance basique soluble dans l'eau au fluide réactionnel et en agitant ce mélange à la tempb- rature désirée, ou (c) en faisant passer le fluide réac- tionnel à travers une colonne garnie d'une substance ba- sique La présente invention n'est bien sûr pas limitée à ces procédés et il est possible d'employer tout autre procédé permettant au fluide réactionnel d'entrer en con- tact avec une substance basique. Les substances basiques pouvant être utilisées dans la méthode de la présente invention incluent les oxydes, hydroxydes, et hydrures de métaux alcalins ou mé- taux alcalino-terreux, les carbonates de métaux alcalins, les anidures de métaux alcalins, les alcoxydes de méta x alcalins, les hydroxydes d'ammonium quaternaire, les amines tertiaires, les résines bchangeuses d'ions et au- tre &changeurs d'ions, et similaires. Plus spécifiquement,çlles incluent les oxydes des métaux alcalins tels que l'oxyde de sodium, l'oxyde de potassium, l'oxyde de lithium, l'oxyde de rubidium et l'oxyde de cà- sium; les oxydes des métaux alcalino-terreux tels que 1 ' oxyde de béryllium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de cal- cium, l'oxyde de strontium, et l'oxyde de baryum; les hy- droxydes des métaux alcalins tels que l'hydroxyde de so- dium, l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de lithium, l'hydroxyde de rubidium, et-l'hydroxyde de césium; les hydroxydes des métaux alcalino-terreux tels que l'hydrox- yde de béryllium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, l'hydroxyde de strontium et l'hydroxyde de baryum; les carbonates des métaux alcalins tels que le carbonate de sodium, le carbonate de potassium, le carbo- nate de lithium, le carbonate de rubidium et le carbonate de césium; les hydrures de métaux alcalins tels que 1 ' hydrure de sodium, l'hydrure de potassium et l'hydrure de lithium; et les hydrures de métaux alcalinoterreux tels que l'hydrure de béryllium, l'hydrure de magnésium et 1 ' hydrure de calcium Les amidures de métaux alcalins sont des composés dérivés de l'ammoniaque par remplacement de l'hy- drogène par un métal alcalin, et des exemples spécifiques de ceux-ci sont l'amidure de sodium, 1 'amnidure de potassium,l'a- midure de lithium, etc Les alcoxydes de métaux alcalins sont des composés dérivés d'un alcool par remplacement de l'hydrogène hydroxylique par un métal alcalin, et des ex- emples spécifiques de ceux-ci sont le méthoxyde de sodium, l'éthoxyde de sodium, le t-butoxyde de sodium, le méthox- TO yde de potassium, l'éthoxyde de potassium, le t-butoxyde de potassium, etc Des exemples spécifiques des hydroxydes d' ammonium quaternaire sont l'hydroxyde de têtraméthylammo nium, l'hydroxyde de tétraèthylammonium, l'hydroxyde de té- tra-n-propylammonium, l'hydroxyde de t 6 tra-n-butylammonium, l'hydroxyde de triéthylbenzylammonium,l'hydroxyde de tri- caprylammonium, l'hydroxyde de triméthyllaurylammoniumetc. et des exemples spécifiques d'amines tertiaires sont la tri- méthylamine, triéthylamine, tri-n-propylamine,tri-n-butyl- amine, l'hydroxyde de tricaprylm 6thylammonium,la diéthyl- benzylamine,la dicaprylméthylamine, la diméthyllaurylami- ne, le N,N-dim&thylaniline, le diméthylamino à 1-pyrro- line, le 1,5-diaza-bicyclo l 4,3,0 lnonène-5, le 1,8-diaza- bicyclol 5,4,0 lundécene 7, etc En outre, les résines échangeuses d'ions utiles comprennent des résines forte- ment basiques sous forme libre ou d'hydroxyde, et les échangeurs d'ions utiles comprennent diverses substances permettant des phénomènes d'échange anionique, telle que la cellulose échangeuse d'anions, les échangeurs d'anions du type SEPHADEX, des liquides échangeurs d'anions, la dolo- mite basique, l'oxyde de fer hydraté, l'oxyde de zirco- nium hydraté, etc. Parmi les substances basiques précédentes, les oxydes et hydroxydes des métaux alcalins ou métaux alcali- no-terreux, les carbonates de métaux alcalins, les hydr- oxydes d'ammonium quaternaire, les amines tertiaires, les résines bchangeuses d'ions, et autre échangeurs d'ions sont préférés Les substances basiques les plus préférées sont les oxydes et hydroxydes de métaux alcalins et mé- taux alcalino-terreux ainsi que les carbonates de mé- taux alcalins. Dans le cas ou le contact est effectué par ad- dition d'une substance basique au fluide r 6 actionnel con- tenant l'indole, la substance basique est habituellement utilisée dans une quantité de 0,001 A 0,02 mole par mole d'indole présent dans le fluide réactionnel pour obtenir des résultats satisfaisants Cependant, la présente in- vention n'est pas limit 6 e à cette gamme de quantités. Si souhaité, la substance basique peut être utilisée en toute autre quantité. Selon la méthode de la présente invention, le fluide réactionnel contenant l'indole et qui a été traité avec la substance basique, est alors soumis à une dis- tillation Avant la distillation, la substance basique peut Utre éliminée du fluide réactionnel par séparation liquide-liquide ou filtration En variante, le flui- de réactionnel contenant la substance basique peut être directement soumis à distillation En outre, la substan- ce basique peut &tre ajoutée au fluide réactionnel au cours de la distillation. Selon la méthode de la présente invention, la distillation peut être effectuée d pression atmos- phérique ou subatmosphérique Cependant, il est préfé- rable de l'effectuer sous pression subatmosphérique, par- oe quel'indole est plus sujet à détérioration pendant la distillation atmosphérique. La distillation peut être effectuée en discontinu ou de façon continue. La méthode de la présente invention est plus spécifiquement illustrée par les exemples suivants Ce- pendant, ces exemples ne doivent pas 9 tre interprétés comme limitant la portée de l'invention. Exemple 1 Préparation d'un fluide réactionnel contenant un indole: Un réacteur en acier inoxydable ayant un dia- mètre intérieur de 25 mm, est chargé avec 500 ml d'un cata- lyseur, dont les diamètres de particules sont de 3 4 mm Ce catalyseur, qui a été préparé par coprécipitation, consiste de 30 mole % de Cu 0, 15 mole % de Mg O, 5 mole % de Mn O 2, et 50 mole % de Si O 2 et a une surface BET de m 2 /g. Pendant qu'un mélange gazeux comprenant 0,1 partie d'hydrogène et 0,9 parties d'azote traversait le réacteur à une vitesse de 10 litres/min, la température du catalyseur était augment e lentement de la tempéra- ture ambiante jusqu' à 300 C Sa température est main- tenue à 300 C pendant 1 heure et ensuite a 330 C pen- dant 1 heure, pour réduire le catalyseur Après la fin de la r&duction, on a fait passer un mélange gazeux com- posé de 0,5 parties d'hydrogène et 0,5 parties d'azote à travers le réacteur à une vitesse de 5 litres/min En- suite on fait réagir I N-(B-hydroxy&thyl)aniline en in- troduisant une solution à 15 % en poids de celle-ci dans l'aniline dans un carburateur sous un débit de 700 ml/h pour introduire ain 8 i dans le réacteur Pendant cette réaction, la tem- pérature du lit de catalyseur était maintenue à 350 C. Le fluide réactionnel collecté pendant la pb- riode située entre 4 et 24 heures après le début de la réaction (désigné ci-après comme fluide A) a été utili- se pour des expériences ultérieures de séparation de 1 ' indole par distillation Selon l'analyse, on a trouvé que le fluide A est une solution d'aniline contenant 9,89 % en poids d'indole et 0,40 % en poids d'indoline Quand le fluide A a été extrait par l'eau, le p HI de l'eau uti- lisée comme agent d'extraction était de 8,1. Séparation de l'indole par distillation: Un flacon de distillation ayant une capacité de 1 litre a été assemblé avec une colonnede distillation ayant un diamètre interne de 50 min et une hauteur de 350 mm et chargée avec un remplissage McMahon. Dans ce flacon de distillation on a introduit 500 g du fluide A et 0,7 g de carbonate de potassium anhydre En- suite, une expérience sur la séparation de l'indole a été effectuée en distillant le fluide A sous pression réduite de 5 mm Hg. Le flacon de distillation a été immergé dans un bain d'huile et sa température a été augmentée lente- ment de 60 C O 100 C sur une période de 3 heures pour obtenir une fraction d'aniline. Par la suite, la température du bain d'huile a été aug- mentée de 100 C a 180 C pendant 1 heure pour obtenir une fraction d'indole. Après la fin de la distillation, l'intérieurde la colonne de distillation a été lav& avec du mbthanol. Les solutions de lavage au méthanol ont été mélangées avec le fluide restant dans le flacon de distillation et le mélange résultant a été considéré comme un résidu de dis- tillation La perte en pourcentage d'indole pendant le processus de distillation a été calculée en déterminant les teneurs respectives en indole de la fraction d'ani- line,de la fraction d'indole, et du résidu de distillation et ensuite en soustrayant la somme de celles-ci de la quantité d'indole initialement pr 6 sente dans 500 g de fluide A Ainsi, aucune perte d'indole n'a été observée pendant le processus de distillation. Exemple 2 Le fluide A, qui a été préparé dans l'exemple 1, a été traité avec trois substances basiques différen- tes de la manière suivante: (a) A 5 oog du fluide A on a ajouté 0,7 g de tributyl- amine. (b) A 500 g du fluide A on a ajouté 5 milliquivalents d'une résine echangeuse d'anions fortement basique sous forme hydroxyde (LEVATIT MP500; un produit commercial de la Société Payer) Ce mlange -a été agi- té a température ambiante pendant 30 minutes et en- suite filtré pour éliminer la résine bchangeuse d' ainions. (c) A 500 g du fluide A on a ajouté 50 ml d'une solu- tion aqueuse de KOH 0 1 N Ce mélange a &tt agité à température ambiante pendant 30 minutes et en- suite soumis AI une séparation liquide-liquide pour éliminer la couche aqueuse. La séparation de l'indole a tb effectuée en distillant ces portions traitées du fluide A de la même manière que dans l' Exemple 1 Ainsi, aucune perte d'in- dole n'a été observée pendant le processus de distilla- tion. Exemple 3 Préparation de fluides réactionnels contenant de l'indole: Un réacteur en verre Pyrex ayant un diamètre interne de 15 mm a été chargé avec 50 ml de chaque ca- talyseur (dont les diamètres des particules sont de 1 d 2 mm) f'igurant sur le Tableau 1 et ensuite maintenu à la température de réaction indiquée sur le Tableau 1 Pen- dant que l'hydrogène était passé à travers le réacteur sous un débit de 300 ml /min, une solution à 6,3 % enpoids d'éthylène glycol dans l'aniline et de l'eau ont été intro- duitessimultanément dans le réacteur sous des débits de ml /h et 9 ml /h, respectivement les fluides réaction- nels résultants consistaient en une couche aqueuse et d'une couche huileuse Le p H de la couche aqueuse variait de 7 5 4 8 3. En utilisant les couches huileuses des fluides réactionnels collect Es pendant la période s'étendant entre 0 et 10 heures après le début de la r 6 action (désignés ci-après comme fluides B, C, et D, oeme indiqué sur le Ta- bleau 1), la séparation de l'indole par distillation a été effectuée de la même manière que dans l'Exemple 1. Dans tous les cas, aucune perte d'indole n'a ét 6 obser- vée pendant le processus de distillation. Tableau 1 Exemple 4 Un fluide réactionnel contenant l'indole a eté préparé de la m 9 me manière que dans l'Exemple 3 (utilisant le catalyseur Cd SO 4) et chacune des substan- ces basiques indiquées dans le Tableau 3 a été ajoutbe à celui-ci Ensuite, la séparation de l'indole a été effectuée par distillation de la m 9 me manière que dans l'Exemple 1 *Tableau 2 , Substance basique Quantité de substance Perte d'indole basique ajoutée (g)( %) Oxyde de mag O 3 non décelée nésium Hydroxyde de O 6 id. calcium Hydroxyde de té 0 4 id. traméthylammonium Amide de lithium 0 1 id. Ethoxyde de sodium 0 3 id. Hydrure de sodium 0 02 id. Hydrure de calcium O 3 5 Fluide Type de catalyseur Température de réaction B Cd 504 300 C C Cd S 300 C D Mg C 12/ charbon 325 o C activé Exemple 5 Un tube en verre ayant un diamètre interne de mm et une longueur de 300 mm a été rempli avec une résine &Èhangeuse d'anions fortement basique sous forme hydroxyde ( LEVATIT MP-500) jusqu'à une hauteur de remplissage de 200 mm et ensuite tenu verticalement Un fluide r actionnel contenant l'indole prépara de la m 9- me manière que dans l'Exemple 3 ( utilisant le Cd S comme catalyseur) a été circulé àtravers celui-ci sous un débit de 100 ml/min En utilisant le même appareil que décrit dans l'Exemple 1, le fluide r&actionnel traits a été distillé pour en séparer l'indole Aucune perte d'indole n'a été observée pendant le processus de dis- tillation. Exemple comparatif La séparation de l'indole a été effectuée en distillant les fluides A, B, C, et D de la même manière que dans l'Exemple 1, sauf que l'addition du carbonate de potassium anhydre a été omise Dans tous les cas, une perte considérable en indole a été observée pendant le processus de distillation. Les pertes en pourcentage d'indole ont été ceux montrés dans le Tableau 4: Tableau 4 Fluide Perte d'indole ( %) A 40 B 38 C 35 D 44 REVENDICATIONS 1) Méthode de séparation de l'indole par distil- lation d'un fluide réactionnel contenant l'indole obtenu par la réaction de l'aniline avec l'éthylène glycol ou à partir du N-( 8-hydroxyéthyl) aniline, caractérisé par la mise en contact du fluide réactionnel avec une substance basique avant ou pendant la distillation, ou à la fois avant et Dendant la distillation, ce grâce à quoi la dé- gradation de l'indole pendant le processus de distillation est substantiellement évitée. 2) Méthode selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la substance basique est un oxyde de métal alcalin, un oxyde de métal alcalino-terreux, un hydroxyde de métal alcalin, un hydroxyde de métal alcalino-terreux, un hydrure de métal alcalin, un hydrure de métal alcalino- terreux, un carbonate de métal alcalin, un amidure de mé- tal alcalin, un alcoxyde de métal alcalin, un hydroxyde d'ammonium quaternaire, une amine tertiaire, une résine échangeuse d'ions ou un autre échangeur d'ions. 3) Méthode selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que la substance basique est un oxyde de métal alcalin, un oxyde de métal alcalino-terreux, un hydroxyde de-métal alcalin, un hydroxyde de métal alcalino-terreux, un carbonate de métal alcalin, un hydroxyde d'ammonium quaternaire, une amine tertiaire, une résine échangeuse d'ions ou un autre échangeur d'ions. 4) Méthode selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que la substance basique est un oxyde de métal alcalin, un oxyde de métal alcalino-terreux, un hydroxyde de métal alcalino-terreux ou un carbonate de métal alca- lin. ) Méthode selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que le contact est effectué par addition de la substance basique au fluide réactionnel dans une quan- tité allant de 0,001 à 0,02 mole par mole d'indole pré- 14351 J 3 sent dans le fluide réactionnel. 6) Méthode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le fluide r&actionnel est mis en contact avec la substance basique sous forme solide et ensuite soumis à distillation. 7) Méthode selon la revendication 1, caractb- risée en ce que la substance basique est ajoutée au flui- de réactionnel, la substance basique est séparée du flui- de réactionnel et ensuite le fluide réactionnel est sou- mis a une distillation. 8) Méthode selon la revendication 1, caractb- risée en ce que la substance basique est ajoutte au flui- de réactionnel et ensuite le fluide réactionnel est di- rectement soumis à distillation. 9) Méthode selon la revendication 6, caracté- risee en ce que la substance basique est à l'état solide et le contact est effectué en faisant passer le fluide réactionnel à travers un lit garni de substance basique. ) Méthode selon la revendiaction 7 ou 8, ca- ractérisée en ce que la substance basique est soluble. dans l'eau et une solution aqueuse de la substance ba- sique est ajoutée au fluide réactionnel.