Brevet FR2565975A1 — publié le 19851220

PROCEDE DE PREPARATION D'IMIDES D'ACIDE DICARBOXYLIQUE CYCLIQUE La présente invention a pour objet la préparation d'imides d'acide dicarboxylique cyclique dans un milieu exempt de solvant par réaction d'anhydrides d'acide dicarboxylique cyclique avec de l'urée. Les imides d'acide dicarboxylique cyclique, tels que le phtalimide, le tétrahydrophtalimide ou l'imide succinique sont des produits intermédiaires connus dans l'industrie de préparation des agents de protection des. plantes, des colorants et des produits pharmaceutiques. On connait plusieurs méthodes de préparation des imides d'acide dicarboxylique cyclique, par exemple la réaction des anhydrides d'acide dicarboxylique et de l'urée a temperature élevée. La réaction de l'ure est extrêmement exothermique et difficile à contrôler. Le produit obtenu est habituellement un solide vitreux fortement contaminé par des produits secondaires et il est difficile de le traiter a cause de sa consistance. Lorsque l'on prépare des imides d'acide dicarboxylique cyclique conformément au brevet des Etats Unis d'Amérique n" 3 819 648 on utilise, comme solvants, des hydrocarbures aromatiques. Dans ce milieu de solvant, on peut facilement contrôler la réaction et mieux traiter le produit final. T. Zdrojek et col. (Organica 44-49, 1978) ont étudie la préparation de phtalimides a partir d'anhydrides d'acide phtalique et d'urée dans un milieu xylène. L'avantage du xylène est que l'on peut l'utiliser, non seulement comme solvant, mais également pour éliminer l'eau formée pendant la réaction par distillation azéotropique. On utilise un excès de 20X d'urée et la température de réaction est de 135 à 1400C, le rendement de 94%. On sait que l'inconvénient des procédés qui utilisent un solvant est que l'on doit manipuler le solvant et le récupérer dans des équipements différents et que ceci occasionne des opérations supplementaires. Par conséquent, les pertes de solvant entraînent des coûts supplémen taires. Les procedes modernes visent donc a éliminer l'utilisation de solvant. Selon le brevet israélien no 45 451, on prépare des imides a partir d'anhydrides d'acide dicarboxylique en les faisant reagir avec de l'urée sans solvant au point de fusion du produit final a préparer. Pendant la réaction en milieu fondu homogène, on ajoute progressivement de l'urée au milieu fondu d'anhydrides d'acide dicarboxylique cyclique de facon à ce qu'un exces de 10% soit présent. On démarre la réaction a 200"C et on la termine a 230 C. Le produit fondu obtenu est versé sur des plateaux refroidis sur lesquels le produit final se precipite sous la forme d'une masse difficile a fondre. La qualité du produit final est mauvaise (93,5%), point de fusion 228-230 C. Un autre inconvénient est que l'imide d'acide dicarboxylique cyclique formé et l'anhydride se subliment à partir du melange réactionnel et polluent ainsi l'environnement. De même, les effluents gazeux entraînent avec eux des substances organiques qui polluent également l'environnement. On peut éliminer les inconvenients des procédes ci-dessus a l'aide du procédé selon la présente invention en preparant des imides d'acide dicarboxylique cyclique à partir des anhydrides d'acide dicarboxylique et d'urée dans un milieu exempt de solvant. Le procédé selon l'invention consiste a ajouter, progressivement, de l'urée dans l'anhydride d'acide dicarboxylique fondu, tandis que l'on maintient le milieu réactionnel à un pH acide et l'on ajoute l'urée jusqu'à ce que le pH atteigne une valeur donnée. Du fait que la réaction est mise en oeuvre en milieu acide, on augmente la pureté du produit et le rendement; en même temps, les produits qui se subliment a partir de l'installation sont repris et séparés, ce qui assure un procédé qui epargne l'environnement. Le rapport molaire de l'anhydride d'acide phtalique et de l'urée est, de préférence, ajusté à 2/1 et l'on utilise l'anhydride d'acide phtalique en excès de 1% par comparaison avec le rapport stoechiométrique.On démarre la réaction à 180-2000C et la quantité totale d'urée est ajoute en quatre portions: a 200-220"C, 220-230"C et finalement à 230-240 > C. Lorsque l'on a ajouté l'urée, le produit obtenu est amené sur le plateau de l'installation de mise en plaque maintenu a 260"C et le phtalimide est mis en plaque sur un cylindre rotatif de mise en plaque. Les gaz qui s'échappent pendant la réaction sont séparés dans une chambre de sublimation et le phtalimide ou l'anhydride d'acide phtalique séparé sont réutilisés dans la synthèse. On évacue les gaz par l'intermEdiaire d'un laveur à l'eau. On fait circuler l'eau de lavage en permanence dans le laveur à l'eau et le solide qui précipite est éliminé de l'eau de lavage à l'aide d'un filtre. La substance filtrée est ramenée vers l'étape de synthèse et l'eau de lavage est recyclée. On prépare, de même, le terahydrophtai- imide ou le succinimide. Les avantages du procédé selon la présente invention peuvent se résumer comme suit: - on peut préparer l'imide d'acide dicarboxylique cyclique recherché avec une pureté de 99,9% à partir d'anhydrides d'acide du par boxylique cyclique et d'urée; - il n'y a pas besoin d'utiliser un excès d'urée et le rendement, par rapport à l'urée, est donc augmenté; - on met la réaction en oeuvre dans une masse fondue par addition d'urée à l'anhydride d'acide dicarboxylique fondu et on maintient la masse fondue à une température à laquelle le mélange se trouve tout juste à l'état fondu, On peut ainsi éviter l'effet défavo- rable d'une temperature élevée qui en fait ne s'avère pas néces- saire;; - au cas où l'on recycle le produit sublime ou le produit de départ au cours de la production, le rendement peut être supérieur a 96%; - on peut utiliser une technologie qui protège l'environnement si l'anhydride d'acide dicarboxylique cyclique et l'imide qui quit tent le réacteur par sublimation peuvent être repris dans un equipement de désublimation et les gaz de queue être envoyés dans un quipement de lavage à l'eau tandis que les substances solides obtenues sont ramenées dans l'étape de production, Les détails de l'invention sont illustrés par les exemples suivants. Exemple 1 305 g (2,06 moles) d'anhydrides d'acide phtalique sont introduits dans un ballon et, à 1800C, on démarre l'addition de 60,06 g (1 mole) d'urée. On ajoute, en tout, quatre portions: à 180-200 C, 200-220 C, 220-230"C et finalement a 230-240"C. La derniere portion d'urée est ajoutée a un pH égal à 4,5-5,5. On agite alors le mélange réactionnel pendant encore 10 minutes à 2400C, on verse le produit obtenu sur les plateaux. Il présente un point de fusion 234 à 235"C, une pureté de 99,9% et est obtenu avec un rendement supérieur à 96%. Exemple 2 (comparatif) Cet exemple sert a illustrer la diminution de qualité du phtalimide et la diminution du rendement du procédé lorsqu'on le met en oeuvre dans un exces d'urée selon le procéde connu. 305 g (2,06 moles) d'anhydrides d'acide phtalique sont ajoutes dans un ballon selon l'exemple 1 et, a 220-2300C, on ajoute 75,6 g (1,26 mole) d'urée. On agite ensuite le mélange pendant encore 10 minutes a 230"C et le produit obtenu est coulé sur des plateaux. Il présente un point de fusion de 228-233"C et une pureté de 93%. Exemple 3 Dans un réacteur, dans lequel passe un courant d'azote à 1700C, on introduit 3051 kg (20,6 kmoles) d'anhydrides d'acide phtalique fondu. On démarre l'addition d'uree a. 1800C. On ajoute un total de 6006 kg (10 kmoles) d'urée en quatre portions. La premiere portion est ajoutée à 180-200 C, la seconde a 200-220"C, la troisième a 220-230"C et la quatrieme à 230-240"C. On détermine l'achèvement de la réaction par mesure du pH par suspension d'un échantillon dans de l'eau distillée et la valeur du pH est déterminée à l'aide d'un papier indicateur.On ajuste la valeur du pH à 4,5-5,5; lorsque l'addition est achevée, on agite le mélange pendant 10 minutes a 240"C et ensuite versé dans un réservoir maintenu à 2600C et, de là, on fait passer le mélange sur les plateaux de l'équipement de mise en plaque maintenu à 26O0C. Du plateau, on recycle le phtalimide en excès vers le réservoir. Le phtalimide est mis en plaque sur un cylindre rotatif de mise en plaque. Il présente un point de fusion de 234-235"C et une pureté de 99,9% et est obtenu avec un rendement supérieur a 96%. On sépare les gaz qui quittent le réacteur dans une chambre de sublimation et l'on recycle l'anhydride d'acide phtalique sépare et le phtalimide pour la poursuite de la reaction. A la suite de la chambre de sublimation est disposé un laveur a l'eau dans lequel les gaz sont envoyés. On recycle, en permanence, l'eau de lavage dans l'équipement de lavage à l'eau et le solide qui précipite est enlevé a l'aide d'un filtre. Le produit filtré est ramené a la synthèse après sechage. Exemple 4 On procède selon l'exemple 3 en vue de preparer le tétrahydro- phtalimide avec les étapes differentes suivantes. Dans 3163,7 Kg (20,8 kmoles) d'anhydride d'acide tetrahydrophtalique fondu, on ajoute de l'urée a llO"C. Une quantité totale de 600,6 kg (10 kmoles) d'urée est ajoutée en quatre portions: la premiere portion a 110-1300C, la deuxieme a 130-150 C, la troisieme à 150-170 C et la quatrième a 170-1800C. L'addition est achevée a un pH egal a 3-4 et l'on agite le mélange réactionnel a 1800C pendant 10 minutes. Le tétrahydrophtalimide obtenu fond a 132-1340C. Il présente une pureté de 97-98% et est obtenu avec un rendement de 94%. REVENDICATIONS 1.- Procéda de préparation d'imides d'acide dicarboxylique cyclique par réaction d'anhydrides d'acide dicarboxylique cyclique et d'urée dans un milieu exempt desolvant sans utiliser d'excès d'uree, ce procédé consistant à ajouter, progressivement, de l'urée dans de l'anhydride d'acide dicarboxylique fondu tout en maintenant le mélange réactionnel constamment à une valeur de pH acide, a absorber les gaz et les vapeurs qui se subliment pendant la réaction et à les recycler après récupération. 2.- Procédé selon la revendication 1, qui consiste à ajouter de l'urée dans l'anhydride d'acide phtalique fondu en quatre portions: à 180-200 C, 200-220 C, 220-23 C et, finalement, à 230-240 C jusqu'à ce que l'on obtienne une valeur de pH à 4 à 5,5. 3.- Procédé selon la revendication 1, qui consiste à ajouter de l'urée dans la masse fondue d'anhydride d'acide tétrahydrophtalique a 110-1800C en quatre portions: à 110-130 C, 130-1500C, 150-170 C jusqu'à ce que l'on obtienne une valeur de pH de 3 à 4.