Brevet FR2533555A1 — publié le 19840330

- Décomposition de polycarbonates pour la formation d'alcools à insaturation terminale L'invention concerne un procédé de préparation d'alcools insaturés et plus particulièrement un procédé de préparation d'alcools à insaturation terminale en par- tant de diols. Les alcools aliphatiques insaturés sont des pro- duits bien connus, ayant des utilités variées, et on les prépare par des techniques variées. Par exemple, le brevet US 2 086 713 décrit un procédé de préparation d'alcools oléfiniques consistant à mélanger des dialcools en phase liquide à un catalyseur choisi parmi les hydroxydes d'aluminium, de zirconium, de titane et de thorium et à chauffer le mélange à une température supérieure au point d'ébullition de l'eau. Le brevet US 3 862 964 décrit un catalyseur de déshydratation de diols qui est formé d'un pyrophosphate mixte ou non d'au moins un métal qui peut être le lithium, le sodium, le strontium ou le baryum et d'un composé de chrome qui peut être l'oxyde de chrome ou le phosphate de chrome, en quantité inférieure à environ 2 % du poids total du catalyseur Dans le même but, le brevet US 3-957 900 décrit un procédé particulier de déshydratation, qui con- siste à mettre en contact le diol en-phase vapeur, en pré- sence de gaz inerte, avec un catalyseur consolidé mécani- quement, que l'on forme en calcinant une masse obtenue en mélangeant des particules solides fine-ment divisées d'au moins un pyrophosphate et d'un orthophosphate acide d'un métal, qui peut être le lithium, le sodium, le strontium ou le baryum. Le brevet US 3 670 032 décrit la préparation d'alcools et éthers insaturés par réaction de dioléfines aliphatiques conjuguées en C 4 à C 6 sur l'eau et un alcanol inférieur en présence d'un système catalytique à base de palladium zérovalent, par exemple le triphénylphosphine- palladium et d'un cocatalyseur basique choisi parmi les 2 - hydroxydes et alcoxydes de tétraaikylammonium et de trialkyl-aralkylammonium contenant 4 à 20 atomes de car- bone, à une température de O à 1250 C. Le brevet US 2 454 936 décrit un procédé de préparation de monoalcools insaturés aliphatiques qui consiste à ajouter de l'eau, à raison de 10 %o au maximum du poids total, à un dialcool aliphatique-répondant à la formule structurale: R 2 H R -C-(CH) -C-R j 14 1 OHR OH dans laquelle R et R sont des radicaux alkyle, R et R des atomes d'hydrogène ou des radicaux alkyle et N un nombre entier de 1 à 4, et à ajouter un catalyseur de déshydratation qui peut être l'acide ptoluènesulfonique, l'iode, l'iodhydrate d'aniline ou l'iodure d'hydrogène. On distille rapidement le mélange, on le condense et on obtient un condensat huileux contenant des monoalcools insaturés monomères isomères. Le brevet US 2 583 426 concerne la préparation d'alcools primaires insaturés contenant 5 atomes de car- bone ou davantage, par mise en contact d'un composé époxydé à insaturation oléfinique avec un réactif de Grignard. Le brevet US 3 721 714 décrit un procédé de pré- paration d'aldéhydes et d'alcools consistant à mettre en contact un carbonate de dicarbohydryle avec un catalyseur formé d'un complexe de métal noble du groupe VIII et d'un coordinat biphyllique (par exemple la triphénylphosphine), à une température de 150 à 250 C De façon similaire, le brevet US 3 784 616 décrit un procédé de préparation d'aldéhydes et d'alcools, par mise en contact d'oxalate de dihydrocarbyle avec un catalyseur formé d'un métal noble du groupe VIII et d'un coordinat biphyllique, à une 2533-555 -3 - température de 150 et 250 C et à une pression suffisante pour maintenir une réaction en phase liquide. J.W Hill et W H Carothers, J Am Chem Soc, , 5031 ( 1933) décrivent un procédé de préparation d'esters cycliques par dépolymérisation de polyesters. Ils indiquent aussi que le 9-décénol-1 est un sous-produit de la dépolymérisation du carbonate de décaméthylène polymère, catalysé par le méthoxyde de sodium Le rende- ment de 9-décénol-1 est seulement d'environ 2 %, les prin- cipaux produits de la réaction étant le carbonate cycli que et le dicarbonate cyclique. En outre, Searles et al, J Am Chem Soc, 82, 2928 ( 1960), décrivent un procédé de formation d'alcools à insaturation therminale, par pyrolyse de carbonates cycliques en présence d'un Catalyseur basique tel que le cyanure de potassium (KCN), tandis que Williams et coll, J.O C 23, 676 ( 1958) décrivent la formation d'alcools à insaturation terminale, en partant de carbonates, en l'absence de catalyseur Ces procédés ne sont pas totale- ment satisfaisants, à cause des faibles rendements obte- nus et, dans le cas de Williams et coll, à cause des hautes températures ( 500 C) nécessaires pour réaliser la pyrolyse. Ainsi, bien que l'on connaisse de nombreux pro- cédés pour la préparation d'alcools insaturés, il est très désirable de trouver d'autres procédés plus simples, plus commodes et plus économiques, donnant de hauts ren- dements de produit utile. L'invention a pour objet un procédé de prépara- tion d'alcools à insaturation terminale, par décomposi- tion thermique d'un polycarbonate en présence d'un cata- lyseur contenant du titane Dans un mode d'exécution, on met en contact un diol avec un carbonate de dialkyle, en présence d'un catalyseur contenant du-titane, pour former un polycarbonate, puis on décompose lepolycarbonate obtenu, en présence du catalyseur au titane, pour obtenir un alcool à insaturation terminale. -4- En général, et selon un mode d'exécution, le procédé de l'invention consiste à faire d'abord réagir un diol sur un carbonate de dialkyle, en présence d'un catalyseur au titane, pour former un polycarbonate On élève alors la température de la réaction afin de décom- poser thermiquement le polycarbonate pour obtenir l'al- cool insaturé. En conséquence, le procédé de l'invention peut être représenté par le schéma suivant: carbonate de dialkyle O HOCH 2 CHR' -R-CH 20 H catalyseur au Ti > OCH 2 CHR'-R-CH 20 C n 2 2 115-2250 C 2 2 C ln catalyseur au Ti 285 à 3500 C CH 2-CR' R -CH 20 H dans lequel R est un radical aliphatique divalent (alky- lène), contenant environ 3 à 19 atomes de carbone, et R' un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle R et R' peuvent être à chaîne droite ou ramifiés Typiquement, R peut être un radical propylène, butylène, hexylène, nonylène, etc Le réactif carbonate de dialkyle peut contenir de 3 à 9 atomes de carbone et N est un nombre entier qui peut varier dans une large gamme, par exemple de 2 à 400 envi- ron et, de préférence encore, de 5 à 100 environ. Des diols typiques, que l'on fait réagir ici sur le carbonate de dialkyle, comprennent des diols con- tenant 6 à 22 atomes de carbone et répondent à la formule HOCH 2 CHR'-RCH 20 H, dans laquelle R et R' répondent à la même définition que cidessus Des exemples de diols sont les hexanediols, décanediols, dodécanediols, nonane- diols, eicosanediols et similaires Des diols préférentiels, aux fins de l'invention, contiennent environ 8 à 14 atomes de carbone. Les carbonates de dialkyle envisagés pour le procédé de l'invention sont, par exemple, les carbonates de diméthyle, de diéthyle, de dipropyle, de dibutyle, d'éthylène et similaires. On utilise de préférence un catalyseur au titane dans les deux étapes de la réaction de l'invention Des catalyseurs appropriés au procédé sont, notamment, les titanates de formule Ti(OR")4 et leurs produits de con- densation, R" étant par exemple un groupe alkyle en C 1 à C 10, les chélates de titane, les acylates de titane et similaires. Plus précisément, des titanates typiques uti- lisés ici comme catalyseur sont, par exemple, Ti(OC 3 H 7)4 (titanate de tétraisopropyle), Ti(OC 4 H 9)4 (titanate de tétrakis-2-éthylhexyle) et similaires Des chélates de titane typiques sont, par exemple, l'acétylacétonate de titane, les chélates d'acide lactique et de titane, les chélates de triéthanolamine-titane, le chélate dléthyl- acétoacétate de titane, le titanate de tétraoctylène- glycol et similaires Des acylates de titane représen- tatifs sont, par exemple, ceux de la formule Ti(OCOR")4, dans laquelle R" répond à la définition donnée plus haut. Beaucoup des catalyseurs au titane indiqués ci-dessus, sinon tous, sont fournis par Dupont Chemical Company sous la marque déposée "Tyzor". Le stade de préparation du polycarbonate s'exé- cute généralement à des températures relativement basses, par exemple de 100 à 225 C et, de préférence, d'environ à 200 C, et à une pression d'environ 0,51 à 2,03 bar, de préférence à 1,013-bar. Au deuxième stade du présent procédé, qui est la décomposition du polycarbonate, on chauffe générale- ment le polycarbonate et le catalyseur à la température de décomposition du polycarbonate à la pression atmos- phérique ou on les soumet à l'épuisement sous vide, puis on les chauffe jusqu'à la température finale de réaction. Les catalyseurs au titane utilisés dans l'étape de décom- position sont les mêmes que l'on a décrits plus haut. En outre, le catalyseur au titane utilisé dans l'étape de décomposition peut être ou non semblable à celui que l'on -6 utilise dans l'étape de formation du polycarbonate On recueille le distillat formé et on poursuit la réaction jusqu'à ce qu'on ne récupère plus de distillat. Bien qu'un mode d'exécution de l'invention comporte la préparation initiale des polycarbonates, comme indiqué plus haut, il rentre aussi dans le cadre de l'invention de 'décomposer thermiquement des poly- carbonates provenant de n'importe quelle source (par exemple, préparés selon l'invention ou par toute autre voie synthétique ou obtenus dans le commerce) en présence des catalyseurs au titane décrits plus haut et dans les conditions de réaction décrites, pour obtenir d'excellents rendements d'alcool à insaturation terminale. La quantité de catalyseur au titane que l'on utilise dans les réactions de l'invention peut varier largement Par exemple, des quantités appropriées aux fins de l'invention sont d'environ 0,5 à 10 %D en poids, de préférence de 0,75 à 4 % environ en poids Ces gammes sont applicables au cas o l'on utilise ici le catalyseur au titane pour la préparation du polycarbonate par réac- tion d'un diol et d'un carbonate d'alkyle, auquel cas le pourcentage en poids est relatif au diol, ou au cas o l'on décompose le polycarbonate préformé, auquel cas le pourcentage en poids est relatif au polycarbonate. La purification des alcools à insaturation ter- minale récupérés peut s'effectuer par distillation clas- sique, étant donné que les autres constituants présents dans le distillat brut, l' l'alcool à insaturation terminale. Ainsi, selon le présent procédé, qui utilise un catalyseur au titane dans la formation du polycarbonate et/ou ensuite dans la décomposition du polycarbonate, on obtient de plus grands rendements de produit, par exemple de 60 à 650 Les alcools à insaturation terminale obtenus selon l'invention sont utiles comme constituants odori- férants et comme intermédiaires pour la synthèse de phéro- mones sexuelles pour insectes Par exemple, des alcools à insaturation terminale préparés selon l'invention sont -7- le 7-octénol-1, le 8nonénol-1, le 9-décénol-1, le 11-dodécénol-1, le 19-eicosénol-1, etc. Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustration et non de limitation, afin que l'homme de l'art puisse mieux comprendre la façon de mettre en oeuvre l'invention. Exemple 1 Dans un réacteur équipé d'une tête Claisen pour la distillation, on introduit 175 g de décanediol-1,10 et 167 g de carbonate de diéthyle On chauffe le mélange à environ 140 C et on chasse par distillation suffisam- ment de carbonate de diéthyle (environ 25 g) pour éli- miner toutes traces d'eau présentes dans le mélange Après refroidissement à 1100 C, on ajoute 2,5 ml de titanate de tétraisopropyle (TIP) (environ 1,5 % en poids relativement au diol) et on élève lentement la température L'éthanol commence à distiller à environ 115 à 120 C Quand la température atteint 225 C, on épuise le mélange pendant une heure sous un vide de trompe à eau pour éliminer tout carbonate de diéthyle inaltéré contenu dans le poly-(carbonate de décaméthylène). On décompose alors le polycarbonate obtenu en le chauffant à 310 C sous un vide de trompe à eau ( 33 à mbar) tout en éliminant du distillat On observe un dégagement de CO 2 On continue de chauffer jusqu'à ce qu'on ne récupère plus de distillat L'analyse du dis- tillat brut, par chromatographie gazeuse, montre qu'il contient environ 75 % en poids de 9-décénol-1 La réac- tion donne 93,7 % de conversion, relativement au décane- diol-1,10, avec une sélectivité de 65,7,% pour le 9-décénol-1 désiré On effectue par distillation sous vide la purification finale pour l'obtention de" 9-décénol-1 pur (point d'ébullition: 234 à 238 C; n D 1,4480; d 0,876). La structure du 9-décénol-1 est confirmée par chromato- graphie gazeuse et spectroscopie de masse. Exemple 2 Dans un réacteur équipé d'une tête Claisen pour la distillation, on introduit 175 g de décanediol-1,10 et -8 167 g de carbonate de diéthyle On chauffe le mélange à environ 140 C et on distille suffisamment de carbonate de diéthyle(environ 25 g) pour éliminer toutes traces d'eau présentes dans le mélange Après refroidissement à 110 C, on ajoute 2,5 ml d'acétylacétonate de titane (marque déposée "Tyzor" AA) (environ 1,5 %o en poids rela- tivement au diol) et on élève lentement la température. L'éthanol commence à distiller entre 115 et 120 C environ. Quand la température atteint 225 C, on épuise le mélange pendant environ une heure sous un vide de trompe à eau pour éliminer tout carbonate de diéthyle inaltéré contenu dans le poly-(carbonate de décaméthylène). On décompose alors le polycarbonate obtenu en le chauffant à 310 C sous un vide de trompe à eau ( 33 à 40 mbar) tout en éliminant du distillat On observe un dégagement de CO 2 On continue de chauffer jusqu'à ce qu'on ne récupère plus de distillat L'analyse du dis- tillat brut, par chromatographie gazeuse, montre qu'il contient environ 73,6 % en poids de 9-décénol-1 La réac- tion donne une conversion de 94 % relativement au décane- diol-1,10, avec une sélectivité de 75,5 % pour le 9-décenol-1 désiré On effectue par distillation sous vide la purification finale pour l'obtention du 9-décénol-1 pur (point d'ébullition: 234 à 238 C; n D O 1,4480; d 0,876). La structure du 9-décénol-1 est confirmée par chromato- graphie gazeuse et spectroscopie de masse. Exemple 3 Dans un réacteur équipé d'une tête Claisen pour la distillation, on introduit 175 g de décanediol-1,10 et 167 g de carbonate de diéthyle On chauffe le mélange à * environ 140 C et on chasse par distillation suffisamment de carbonate de diéthyle (environ 25 g) pour éliminer toutes traces d'eau présentes dans le mélange Après avoir refroidi à 110 C, on ajoute 2,5 mi de titanate de tétrakis-( 2-éthylhexyle) (marque déposée "Tyzor" TOT) (environ 1,5 % en poids relativement du diol) et on élève lentement la température L'éthanol commence à distiller à environ 115 à 120 C Quand la température atteint 225 C, on épuise le mélange pendant environ une heure sous un vide de trompe à eau pour éliminer tout carbo- nate de diéthyle inaltéré contenu dans le poly-(carbonate de décaméthylène). On décompose alors le polycarbonate obtenu en le chauffant à 3100 C sous un vide de trompe à eau ( 33 à mbar), tout en éliminant du distillat On observe un dégagement de CO 2 On continue de chauffer jusqu'à ce qu'on ne récupère plus de distillat L'analyse du dis- tillat brut par chromatographie gazeuse montre qu'il con- tient environ 76,4 % en poids de 9-décénol-1 La réaction donne une conversion de 93,9,% relativement au décane- diol-1,10, avec une sélectivité de 74,1 %' pour le 9-décénol-1 désiré On effectue par distillation sous vide la purifi- cation finale visant à obtenir le 9-décénol-1 (point d'ébullition: 234 à 238 C; n D O 1,4480; d 0,876) La struc- ture du 9-décénol-1 est confirmée par chromatographie gazeuse et spectroscopie de masse. Exemple 4 Dans un réacteur équipé d'une tête Claisen pour la distillation, on introduit 175 g de décanediol-1,10 et 167 g de carbonate de diéthyle On chauffe le mélange à environ 140 C et on chasse par distillation suffisam- ment de carbonate de diéthyle (environ 25 g) pour élimi- ner toutes traces d'eau présentes dans le mélange Après avoir refroidi à 110 C, on ajoute 2,5 ml de titanate de tétraoctylèneglycol (marque déposée "Tyzor" OG) (environ 1,5 % en poids relativement au diol) et on élève lentement la température L'éthanol commence à distiller à environ 115 à 120 C Quand la température atteint 225 C, on épuise le mélange pendant environ une heure sous un vide de trompe à eau, pour éliminer tout carbonate de diéthyle inaltéré contenu dans le poly-(carbonate de décaméthylène). On décompose alors le polycarbonate obtenu'en chauffant à 310 C sous un vide de trompe à eau ( 33 à mbar) tout en éliminant du distillat On observe un dégagement de C 02 On continue de chauffer jusqu'à ce qu'on ne récupère plus de distillat L'analyse du distillat brut par chromatographie gazeuse montre qu'il contient environ 74,1 % en poids de 9-décénol-1 La réaction donne une conversion de 92,6 % relativement au décanediol-1,10, avec une sélectivité de 75,6 % pour le 9-décénol-1 On effectue par distillation sous vide la purification finale pour l'obtention du 9-décénol-1 brut (point d'ébul- lition: 234 à 238 C; n D 1,4480; d 0,876) La structure du 9-décénol-1 est confirmée par chromatographie gazeuse et spectroscopie de masse. Exemple 5 On réunit à 56 g de carbonate de diéthyle un mélange d'eicosanediol-1,20 et de ses esters monopivalate et dipivalate, pesant 68,7 g et ayant la composition suivante: diol en C 20 47,0 % ester monopivalate du diol en C 20 30,6 % ester dipivalate du diol en C 20 16,0 % inconnus 6,4 % On chauffe le mélange dans un appareil équipé pour la distillation par une tête Claisen jusqu'à ce qu'il ait distillé 25 ml de carbonate de diéthyle On refroidit alors le mélange à 100 C et on ajoute 1,7 ml d'acétyla- cétonate de titane (marque déposée "Tyzor" AA, Du Pont). On réchauffe le mélange à 130 C et la distillation com- mence On maintient le mélange à 130 C jusqu'à ce qu'il ne sorte plus de distillat, puis on le chauffe lentement à 225 C On maintient alors le mélange à une pression de 33 mbar pendant 45 minutes On chauffe alors le mélange à 310 C sous une pression de 6,7 à 13,3 mbar On observe une épaisse fumée blanche et il se forme un con- densat solide blanc sur le réfrigérant, sur le ballon récepteur et dans les tuyaux à vide On refroidit le mélange à 200 C pour dégager les tuyaux à vide, puis on réchauffe le système à 310 C Il se forme à nouveau une fumée épaisse et du condensat solide blanc avec obstruc- tion des tuyaux On répète plusieurs fois le refroidissement J et le réchauffement et on obtient finalement 36,4 g de distillat L'analyse du distillat brut par chromatographie gazeuse montre qu'il contient environ 67,7 en poids de 19-eicosénol-1 La réaction donne une conversion de 92,1 % avec une sélectivité de 50,7 M. Exemples 6 à 13 On conduit plusieurs processus selon le procédé général décrit à l'exemple 1 Pour ces exemples, on uti lise divers diols et on fait varier la quantité de tita- nate de tétraisopropyle (TIP) utilisée comme catalyseur. Les détails des expériences et les résultats obtenus sont indiqués au Tableau 1 Le pourcentage de conversion indiqué par le tableau est relatif au diol et le pour- centage de sélectivité concerne 1 ' ot, W-énol correspondant. T A B L E AU 1 Exemple Diol(g) Catalyseur, %O en poids Carbonate de diéthyle, mol %o Conversion, % Sélectivité, %o 6 C 6 ( 113) 7 C 8 ( 211) 8 C 9 ( 190) 9 C 12 ( 324) C 10 ( 351) 11 C 10 ( 351) 12 C 10 ( 351) 13 C 10 ( 265) 1,3 1,5 1,5 1,3 0,94 1,42 1,88 3,70 96,3 96,3 ,5 ,2 ,4 94,0 94,1 96,4 68, 1 73,7 73,6 72,7 ,7 73,9 ,4 72,7 us UA tg %A q A la. 13 - Exemples 14 à 17 En suivant le procédé général décrit à l'exemple 1, on conduit des expériences en utilisant différentes tem- pératures de décomposition du polycarbonate On fait aussi varier le type et la quantité des réactifs et du catalyseur qui sont indiqués au Tableau 2 avec les résul- tats de ces réactions Le pourcentage de conversion indi- qué par le tableau est relatif au diol et le pourcentage de sélectivité concerne 1 ' b Exemple Diol(g) 14 6 ( 107,0) 6 ( 113,3) 16 6 ( 113,6) 17 10 ( 167,0) Catalyseur, O' en poids TIP( 1,4) TIP( 1,3) TIP( 1,3) Tyzor AA( 2,5) T A B L E A U 2 Carbonate de Température de Conversion, % Sélectivité, % diéthyle, mol% décomposition, O C 300 99,4 66,6 310 96,3 68,0 320 96,2 72,4 340 93,7 71,5 PJ ui Un - REVENDICATIONS - 1 Procédé de préparation d'alcools à insaturation terminale, caractérisé par le fait que l'on décompose thermiquement un polycarbonate en présence d'un cata- lyseur contenant du titane. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le polycarbonate est représenté par la formule: O 40 CH 2 CHR' R CH 20 Cln -2 R 2 C OC dans laquelle R est un radical alkylène de 3 à 19 atomes de carbone environ, R' un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle et N un nombre entier de 2 à 500 environ. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le catalyseur au titane est choisi parmi les titanates, les produits de condensation de ces titanates, les chélates de titane ou les acylates de titane. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le catalyseur au titane est le titanate de tétraisopropyle, le titanate de tétra-n- butyle, le titanate de tétrakis-( 2-éthylhexyle), l'acétyl- acétonate de titane, le chélate d'acide lactique et de titane, le chélate de triéthanolamine-titane, le chélate d'éthylacétoacétate de titane, le titanate de tétraoctylène glycol ou les acylates de titane répondant à la formule Ti(OCOR")4, dans laquelle R'i est un groupe alkyle en C 1 à C 10. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le catalyseur au titane est le titanate de tétraisopropyle. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on conduit la décomposition thermique àune température de 285 à 350 C environ. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on met en contact un diol 16 - avec un carbonate de dialkyle en présence d'un cataly- seur contenant du titane pour former le polycarbonate. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le diol est représenté par la formule: HOCH 2 CHR' R CH 2 OH dans laquelle R est un radical alkylène de 3 à 19 atomes de carbone environ et R' un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle. 9 Procédé suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le carbonate de dialkyle con- tient 3 à 9 atomes de carbone environ. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le polycarbonate est formé à une température de 115 à 225 C environ. 11 Procédé suivant l'une des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que le diol est l'hexanediol-1,6, le décanediol-1, 10, l'octanediol-1,8, le nonanediol-1,9, le dodécanediol-1,12, l'eicosanediol-1,20, ou un mélange de ceux-ci, et que le carbonate de dialkyle est le carbo- nate de diméthyle, de diéthyle, de dipropyle, de dibutyle ou d'éthylène. 12 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le catalyseur au titane est le titanate de tétraisopropyle. 13 Procédé suivant l'une des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que le catalyseur au titane est le titanate de tétraisopropyle.