Brevet FR2601949A1 — publié le 19880129

PROCEDE DE PREPARATION D'ACIDE AROMATIQUE La présente invention concerne un nouveau procédé de préparation d'acides aromatiques. Elle concerne plus particulièrement un procédé amélioré de production d'acides aromatiques par hydroxycarbonylation d'halogénures aromatiques en présence d'un métal noble, d'une base azotée tertiaire et d'un agent complexant à base de phosphore. Parmi les divers procédés connus de préparation d'acide aromatique on peut considérer deux brevets récents. I1 est ainsi connu d'après le brevet US 4 034 004 un procédé de préparation d'acides carboxyliques par réaction en milieu alcalin d'halogénures organiques aromatiques ou aliphatiques avec du monoxyde de carbone en utilisant comme catalyseurs des complexes phosphiniques du palladium et des sels d'alkylanrnonium quaternaires. La réaction a lieu en milieu biphasique ce qui implique la présence de l'agent de transfert de phase qu'est le sel d'alkylammonium quaternaire. La phase aqueuse est composée d'une base alcaline minérale et du sel d'ammonium quaternaire. I1 est précisé dans le texte que la réaction doit avoir lieu à une température comprise entre 50 et 1500C.Au-dessus de cette température et même au-delà de 1200C le monoxyde de carbone réagit avec la base alcaline pour donner naissance à du formiate de sodium qui consomme inutilement, la base alcaline et l'oxyde de carbone introduit, abaissant fortement la productivité. I1 est également connu d'après le brevet EP 34 292 un procédé de préparation d'acide anthranilique par mise en contact de monoxyde de carbone, d'eau, d'une trialkylamine, d'un catalyseur à base de palladium complexé par une phosphine et d'un acylamino, iodo ou bromobenzène. La quantité d'eau mise en oeuvre dans ce procédé est très faible et ne permet pas d'avoir un système biphasique mais uniquement une phase homogène très visqueuse. Cette méthode ne permet pas une séparation facile du produit de réaction et du catalyseur et ne permet pas ainsi un recyclage aisé de ce dernier. Cette méthode applicable à des produits ou des intermédiaires pharmaceutiques à forte valeur ajoutée n'est pas transposable à des produits de plus grande consommation. La présente invention a permis d'améliorer les procédés déjà connus de façon à pouvoir disposer d'un procédé industriellement exploitable et économiquement rentable. Elle a plus précisément pour objet un procédé de préparation d'acide aromatique par mise en contact d'un halogénure aromatique dont le ou les halogènes sont l'iode et/au le brome en solution dans un solvant organique avec de l'oxyde de carbone et de l'eau en présence d'un catalyseur à base de palladium, d'une base organique azotée tertiaire et d'un agent complexant le palladium choisi parmi les phosphines ou les phosphites caractérisé en ce que le solvant est choisi parmi le chlorobenzène et les aryl éthers. Le solvant est de préférence le chlorobenzène. L'utilisation de ce type de solvant présente au moins deux avantages par rapport aux solvants couramment utilisés dans les réactions de carbonylation dans l'art antérieur. En effet, d'une part, la productivité, c'est-à-dire la quantité d'acide aromatique produite par heure et par litre de solution est augmentée par rapport à la même réaction réalisée dans un solvant alkylbenzénique tel que le toluène. D'autre part, ces solvants permettent de diminuer la quantité d'agent complexant du palladium, notamment de la phosphine, car ils assurent une meilleure stabilité du catalyseur et permettent ainsi un recyclage beaucoup plus aisé de ce dernier. Les halogénures aromatiques répondent de préférence à la formule générale suivante (I) (X)n - Ar - (Rî)nî (I) dans laquelle - X représente le brome ou l'iode -- Ar représente un radical mono ou polycyclique ou hétérocyclique - n est égal à 1 ou 2 par cycle - nl est un nombre entier supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à 4 - R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro, chloro, nitrile, aikyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl, cycloalcoxy, alkylcarbonyloxy, cycloalkylcarbonyloxy, aryl, aryloxy, arylcarbonyloxy, aryloxycarbonyl, les motifs alkyl et aryl ayant de 1 à 20 atomes de carbone et étant éventuellement substitués par un ou plusieurs atomes de fluor et/ou de chlore. Dans la formule générale (1) Ar représente un radical mono ou polycyclique. Parmi les radicaux polycycliques on peut notamment utiliser les cycles condensés tels que le naphtalène, l'anthracène ou des cycles reliés entre eux par une liaison covalente tel que le biphényle ou reliés par un hétéroatome, par exemple l'oxygène ou le soufre tel que l'oxyde de biphényle. Parmi les composés de formule (I) on préfère mettre en oeuvre ceux pour lesquels Ar représente un motif benzénique ou un motif diphényléther et ceux pour lesquels R1 représente -un groupe alkyle ou alcoxy ayant 1 à 4 atomes de carbone tel que les radicaux méthyle, éthyle, propyles, butyles, trifluorométhyle, difluorochlorométhyle, méthoxy, éthoxy, propyloxy, butoxy, trifluorométhoxy, tr ichlorométhoxy, - un groupe cycloalkyle ou cycloalcoxy ayant 5 à 10 atomes de carbone tel que les radicaux cyclopentyle, cyclohexyle, cyclooctyle, - un groupe aryl ou aryloxy tel que les radicaux phényle, xylyle, toluyle, méthoxyphényle, éthoxyphényle, phénoxy, méthylphényloxy, diméthylphényloxy, - un groupe alcoxycarbonyle ou alkylcarbonyloxy dont le groupe alkyl a de préférence 1 à 4 atomes de carbone, - un groupe cycloalcoxycarbonyl ou cycloalkylcarbonyloxy tel que les radicaux cyclopentyloxycarbonyle, cyclohexyloxycarbonyl. Corne exemples de composés de formule (I) on peut citer le bromobenzène, les bromotoluènes, les diméthylbromobenzènes, les fluorobromobenzènes, les fluoroiodobenzènes, les difluorobromobenzènes, les tri fluorométhylbromobenzènes, les tri fluorométhyliodobenzènes , les difluorochlorométhylbromobenzènes, les difluorochlorométhoxybromobenzènes, les bromobenzonitriles, les dibromobenzènes, les diiodobenzènes, les bromonaphtalènes, les bromopyridines, les bromodiphényléthers, les bromobenzoates de méthyle, les bromoanisoles, les bromophénétoles, les diméthoxybromobenzènes, les triméthoxy-3,4,5 bromobenzènes, le bromo-3 méthylènedioxybenzène, les dibromodiphényléthers. On préfère mettre en oeuvre le pbromodiphényléther et le dibromo-4,4'diphényléther en solution dans le diphényléther. Le catalyseur à base de palladium utilisé est choisi parmi les sels d'acides minéraux ou organiques ou leurs complexes avec des composés donneurs de doublets électroniques, en particulier avec les phosphines, les phospites ou les arsines. Comme exemples spécifiques de dérivés du palladium, on peut citer les carboxylates (acétate, propionate, butyrate, benzoate) de palladium (II) et les complexes du palladium de formules générales PdX21P(R)312 ou Pdx2ïP(oR)3i2 dans lesquelles X représente un atome d'halogène (brome, chlore) ou un reste d'un acide minéral ou carboxylique et R un radical hydrocarboné. on peut citer en particulier. le dichlorodi (triphénylphosphino)palladium (II) et le dichlorodi (tritolylphosphino ) palladium (II). on peut citer comme exemples non limitatifs de phosphines ou phosphites : la triphénylphosphine, le triphénylphosphite, la diéthylphénylphosphine, le diéthylphénylphosphite, la tritolylphosphine, le tritolylphosphite, la trinaphtylphosphine, le trinaphtylphosphite, la diphénylméthylphosphine, le diphénylméthylphosphite, la diphénylbutylphosphine, le diphénylbutylphosphite, la tris- (p-méthoxycarbonyl- phényl )-phosphine, le tris- (préthoxycarbonylphényl )-phosphite, la tris-(pcyanophényl )-phosphine, le tris-(cyanophényl)-phosphite, le triéthylphosphite, la tributylphosphine, le tributylphosphite. La présence d'un agent complexant phosphoré libre dans le milieu réactionnel dépend de la nature du catalyseur et/ou des conditions de la réaction. Lorsque le catalyseur est constitué par un complexe d'un métal noble avec une phosphine ou un phosphite, la présence de ces derniers à l'état libre n'est pas indispensable. Toutefois elle s'avère avantageuse lorsque la réaction est conduite à température élevée, par exemple à une température supérieure à 1500C. Lorsqu'on met en oeuvre un métal noble à l'état métallique ou un dérivé non complexé par une phosphine ou un phosphite tel que les carboxylates de métaux nobles par exemple, il est nécessaire d'opérer en présence du composé phosphoré La quantité de catalyseur exprimée en atome-gramme de métal ou en mole de dérivé métallique par mole d'halogénure aromatique peut varier dans de larges limites.Ainsi elle peut entre comprise entre et 10'1 at.g ou mole par mole et de préférence entre 10 4 et 10 at.g ou mole par mole. Lorsqu'on conduit la réaction en présence d'un phosphite ou d'une phosphine la quantité en est choisie de façon à ce que le rapport du nombre d'atome-gramme de phosphore (P) au nombre d'atomegrannne de métal (M) soit au moins égal à 2. Le rapport P/M peut prendre des valeurs aussi élevées que 10 000. Un rapport P/M compris entre 5 et 1000 est en général convenable. A titre de base azotée tertiaire, on peut faire appel à des amines de formule générale N - (R1)3 dans laquelle les radicaux R1, identiques ou différents, représentent des restes hydrocarbonés comportant de 1 à 20 atomes de carbone tels que les radicaux alkyles, cycloalkyles ou aryles. De préférence les symboles R1 représentent des radicaux alkyles comportant de 1 à 10 atomes de carbone ou des radicaux cycloalkyles ayant de 5 à 10 atomes de carbone. Comme exemple de telles bases on peut citer la triéthylamine, la tri-npropylamine, la tri-n-butylamine, la méthyldibutylamine, la méthyldicyclohexylamine, l'éthyldiisopropylamine. On peut encore faire appel à des bases tertiaires, hétérocycliques telles que la pyridine et les picolines. On préfère tout particulièrement utiliser la triéthylamine. La quantité de base doit être suffisante pour neutraliser l'acide aromatique formé et l'hydracide libéré par la réaction, c'est-à-dire qu'elle doit être d'au-moins 2 moles par équivalent d'halogène réactif dans la molécule d'halogénure aromatique. On entend par halogène réactif l'iode et/ou le brome. I1 n'y pas de limite supérieure à la quantité de base introduite. Elle sera simplement adaptée par 1 'home de l'art à l'économie du procédé. La température à laquelle est mis en oeuvre le procédé selon l'invention peut varier dans de larges limites. on préfère cependant maintenir une température comprise entre 50 et 250 C et tout particulièrement une température comprise entre 100 et 2000C. On utilise le solvant selon un rapport préférentiel calculé en moles de catalyseur complexé par rapport au solvant inférieur à 2 moles/litre. Il n'y a pas de limite quant à la quantité maximale de solvant introduit , elle sera simplement adaptée par l'homme de l'art à l'économie du procédé. Les acides aromatiques obtenus par le procédé de la présente invention répondent à la formule générale (II) (Rl)nl - Ar (COAH)n n dans laquelle Ar, n, nl et R1 ont la méme signification que prédédenment. On peut citer parmi les composé de formule (II) : les acides benzoïques, chlorobenzoiques, toluïques, méthoxybenzoïques, 2, 3 ou 4-trifluorométhoxybenzoïques, 2, 3 ou 4-trifluorométhylbenzoïques, phénoxybenzoïques, les diacides tels que les acides phtaliques, le 4,4' dihydroxycarbonyldiphériyiéther . D'un point de vue pratique le procédé sélon l'invention est mis en oeuvre par introduction dans un autoclave inerte de 1 'halogénure d'aryle, de la base azotée, du catalyseur et le cas échéant du dérivé phosphoré et d'un solvant puis alimentation dans l'autoclave fermé d'une pression adéquate de monoxyde de carbone. Le contenu de l'autoclave est ensuite porté sous agitation à la température convenable jusqu'à ce que l'absorption de gaz cesse. En fin de réaction le contenu de l'autoclave est refroidi, l'autoclave dégazé et la phase aqueuse contenant l'acide aromatique neutralisé par la base organique est séparée. La phase organique contenant le catalyseur et l'agent complexant peut être recyclée pour une nouvelle opération. L'acide libre est obtenu par précipitation à partir de la phase aqueuse après traitement avec un acide minéral. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre en continu ou en discontinu. Les exemples suivants illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique. EXEMPLES EXEMPLES 1 Dans un autoclave de 125 mi en Hastelloy (R) B2 on charge 12,45 g de parabromophénoxybenzène (50 mmoles), 22,4 mg de palladium diacétate (0,1 mole), 524 mg de triphénylphosphine (2 mmoles) et 11,11 g de triéthylamine (110 mmoles). On ajoute ensuite 10 ml de toluène et 15 ml d'eau. Le réacteur est fermé puis purgé au monoxyde de carbone et agité par un système de va et vient. La température est progressivement amenée à 1300C et le monoxyde de carbone introduit dans le réacteur à 1000C pour que la pression totale à 130 C soit égale à 6 bar. Le réacteur est relié à une réserve de monoxyde de carbone qui maintient la pression constante dans le dit réacteur et à partir de laquelle on détermine l'absorption de monoxyde de carbone par la mesure de la chute de pression. Après 2 h 20 mn de réaction l'absorption de monoxyde de carbone a cessé. Le réacteur est refroidi et dégazé. On sépare ensuite la phase organique et la phase aqueuse. Cette derniere est acidifiée par HC1 2 N jusqu'à pH = 2. L'acide précipité est filtré, lavé et séché. On obtient 10,34 g d'acide paraphénoxybenzoïque (rendement 97 %). La productivité en acide est de 89 g/heure/litre. En fin de réaction on retrouve dans la phase organique 84 t du palladium théoriquement chargé. EXEMPLE 2 à 4 On procède comme dans l'exemple 1 avec quelques modifications précisées dans le tableau suivant. Les résultats obtenus pour chaque essai figurent dans le méme tableau. Exemple Solvant P#3 Durée de Productivité Palladium (mmole) réaction (g/h/l) (%) I I I I I I 2 Ph Cl 2 1 h 50 mn 115 100 3 #o# 2 2 h 100 73 4 toluène 4 5 h 40 100 Le chlorobenzène amène un gain en productivité et permet par rapport aux autres solvants de minimiser la quantité de phosphine pour tenir le catalyseur en solution et ainsi le recycler. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'acide aromatique par mise en contact d'un halogénure aromatique dont le ou les halogènes sont l'iode et/ou le brome en solution dans un solvant organique avec de l'oxyde de carbone et de l'eau en présence d'un catalyseur à base de palladium, d'une base organique azotée tertiaire et d'un agent complexant le palladium choisi parmi les phosphines ou les phosphites caractérisé en ce que le solvant est choisi parmi le chlorobenzène et les aryl éthers. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le solvant choisi est le chlorobenzène. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que 1 'halogénure aromatique répond à la formule (I) (X)n - Ar - (Rî)nî (I) dans laquelle - X représente le brome ou l'iode - Ar représente un radical mono ou polycyclique ou hétérocyclique - n est égal à 1 ou 3 par cycle - nl est un nombre entier supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à 4 - R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro, chloro, nitrile, alkyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl, cycloalcoxy, alkylcarbonyloxy, cycloalkylcarbonyloxy, aryl, aryloxy, arylcarbonyloxy, aryloxycarbonyl, les motifs alkyl et aryl ayant de 1 à 20 atones de carbone et étant éventuellement substitués par un ou plusieurs atomes de fluor et/ou de chlore. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que dans la formule (I) Ar représente un motif benzénique ou diphényléther. 5. Procédé selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que dans la formule (I) R1 représente un ou plusieurs groupes identiques ou différents choisi parmi les radicaux : hydrogéno, fluoro, chloro, nitrile, alkyl, alkenylène, alcoxy, cycloalkyl, cycloalcoxy, alkylcarbonyloxy, cycloalkylcarbonyloxy, aryl, aryloxy, arylcarbonyloxy, aryloxycarbonyl, les motifs alkyl et aryl ayant de 1 à 20 atomes de carbone et étant éventuellement substitués par un ou plusieurs atomes de fluor et/ou de chlore. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que parmi les composés de formule (I) on utilise la parabromodiphényléther et le dibromo 4'4-diphényléther en solution dans le diphényléther. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le catalyseur est constitué par du palladium métallique ou un dérivé du palladium. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la quantité de palladium exprimée en atome-gramme de métal noble ou en mole de dérivé métallique par mole d'halogénure aromatique est comprise dans un intervalle de 10-5 à à 10 1. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la quantité de dérivé phosphoré est telle que le rapport du nombre des atomes-grammes de phosphore au nombre des atomes-grammes de métal soit compris dans un intervalle de 1 à 10 000. 10. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la base azotée tertiaire est la triéthylamine. 11. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température réactionnelle est comprise entre 100 et 200 C.