Brevet FR2616786A1 — publié le 19881223

La présente invention concerne un procédé de préparation d'acides sulfoniques aliphatiques, tels que l'acide iséthionique, à partir de thiols aliphatiques à l'intervention de peroxyde d'hydrogène en milieu aqueux et en présence d'un catalyseur tel qu'un dérivé du molybdène ou du tungstène. On a déjà proposé dans le brevet US 4052445 un procédé de préparation d'acides alkylsulfoniques par oxydation d'un alkylmercaptan, tel que le méthylmercaptan, à l'aide de peroxyde d'hydrogène dans un milieu inerte, tel que de l'eau, en présence d'un catalyseur, tel que le molybdate d'ammonium, dans lequel le peroxyde d'hydrogène aqueux est ajouté à une solution de mercaptan et de catalyseur dans l'eau. On a également déjà proposé dans le brevet US 3670002 un procédé d'oxydation de thiols en acides sulfoniques en présence d'hydroperoxydes organiques et d'un catalyseur qui est un composé de molybdène, tel que l'acétylacétonate de molybdène, en milieu organique. Ces procédés connus donnent des rendements de l'ordre de 85 à 90 Z par rapport aux thiols mis en oeuvre, ce qui, d'un point de vue industriel, peut être qualifié d'insuffisant. On a maintenant trouvé un procédé de préparation d'acides sulfoniques aliphatiques par oxydation de thiols aliphatiques ne présentant plus cet inconvénient et permettant d'atteindre des excellents rendements de l'ordre de 95 à 100 Z par rapport au thiol mis en oeuvre. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de préparation d'acides sulfoniques aliphatiques par oxydation de thiols aliphatiques en milieu aqueux à l'intervention de peroxyde d'hydrogène aqueux et d'un catalyseur dans lequel on ajoute le thiol au milieu aqueux contenant déjà le peroxyde d'hydrogène et le catalyseur. Par thiol aliphatique, on entend tout composé de formule générale R-SH, encore appelé thio-alcool ou mercaptan, dans laquelle R représente un radical aliphatique, linéaire, ramifié ou cyclique, substitué ou non, saturé ou non. Généralement, R représente un radical aliphatique linéaire, ramifié ou cyclique, substitué ou non, saturé ou non, contenant jusqu'à 25 atomes de carbone. Habituellement, R représente un radical aliphatique linéaire ou ramifié, saturé, substitué par un atome d'halogène tel que le chlore ou le fluor, ou par un groupement hydroxyle ou un groupement azote, et contenant jusqu'a 12 atomes de carbone. De manière préférée, R représente un radical aliphatique saturé, linéaire ou ramifié, substitué par un groupement hydroxyle et contenant jusqu'a 6 atomes de carbone. De manière particulièrement préférée, R représente un radical aliphatique linéaire, saturé, substitué par un groupement hydroxyle en position beta et contenant jusqu'a 4 atomes de carbone. De bons résultats ont été obtenus avec le 2-mercaptoéthanol qui conduit à la formation d'acide iséthionique ou acide 2-hydroxyéthane sulfonique. La quantité de thiol aliphatique mis en oeuvre dans le présent procédé dépend essentiellement de la nature chimique de celui-ci et de la quantité de peroxyde d'hydrogène contenu dans le milieu aqueux. On met généralement en oeuvre 0,1 à 20 moles de peroxyde d'hydrogène par mole de thiol aliphatique et de préférence 0,5 à 10 moles. De manière particulièrement préférée, on met en oeuvre environ 3 moles de peroxyde d'hydrogène par mole de thiol aliphatique. La réaction d'oxydation a lieu en présence d'un catalyseur qui est un dérivé du molybdène ou du tungstène. Par dérivé du molybdène ou du tungstène, on entend tout oxyde, tout sel tel qu'un sel d'un métal alcalin ou alcalino-terreux, un sel d'ammonium ou tout complexe tel que les complexes formés avec des molécules organiques. Habituellement, on met en oeuvre un oxyde de molybdène, un molybdate d'ammonium, un oxyde de tungstène ou un tungstate de sodium. De manière préférée, on met en oeuvre le trioxyde de molybdène de formule MoO3, l'oxyde de tungstène de formule H2W04, le tungstate de sodium de formule Na2W04 et le paramolybdate d'ammonium de formule (NH4)6 Mo7 024 . 4 H20. De manière particulièrement préférée, on met en oeuvre le trioxyde de molybdène ou le tungstate de sodium. La quantité de catalyseur nécessaire pour la réaction d'oxydation peut varier entre de larges limites. Généralement, on met en oeuvre de 1 à 1000 m.moles de dérivés de molybdène ou de tungstène par mole de thiol aliphatique et de préférence de 10 à 100 m.moles. La réaction d'oxydation a lieu en milieu aqueux, la quantité d'eau nécessaire pour la réaction peut varier entre de larges limites et dépend essentiellement des autres composants, tel que la concentration en peroxyde d'hydrogène. Pour des raisons de sécurité évidentes, on veille à ce que le'rapport entre la concentration de peroxyde d'hydrogène et la concentration d'eau ne dépasse pas 30 % et de préférence 20 %. Habituellement, la réaction a lieu en solution aqueuse, c'est pourquoi on met en oeuvre de 1 à 100 ml d'eau par ml de thiol aliphatique et de préférence de 1 à 20 ml d'eau. Le procédé selon l'invention consiste à ajouter le thiol aliphatique au milieu aqueux contenant le peroxyde d'hydrogène et le catalyseur. Ainsi, on introduit dans le réacteur l'eau, le peroxyde d'hydrogène et le catalyseur lors d'une première étape, puis on introduit le thiol aliphatique lors d'une seconde étape. De préférence, on ne dissout pas le thiol aliphatique dans l'eau préalablement à son introduction dans le réacteur. ta réaction est stoechiométrique et a lieu de préférence en phase homogène, tous les composants étant rendus solubles dans le milieu aqueux. En fin de réaction, le catalyseur précipite et est ainsi facilement séparé. La température à laquelle est réalisé le procédé selon l'invention est généralement inférieure à la température d'ébullition des composants de la réaction d'oxydation. Habituellement, elle est comprise entre 50 et 100"C à pression atmosphérique et de préférence entre 60 et 900C. La pression à laquelle est réalisé le procédé n'est pas critique en soi. Elle est généralement comprise entre 0,1 et 10 bar et de préférence elle est égale à la pression atmosphérique. Le procédé selon l'invention peut être réalisé dans tout appareillage ou tout réacteur permettant de réunir les conditions opératoires décrites ci-avant. Les acides sulfoniques aliphatiques, tel que l'acide iséthionique, obtenus selon le procédé de l'invention, peuvent être utilisés dans toutes les applications connues de ces produits. Ainsi, ils conviennent notamment comme tensio-actif, comme agent fixant de teintures basiques, adhésif, additif pour des bains électrolytiques, additif en pharmacie humaine et vétérinaire, additif pour certains polymères, comme intermédiaire chimique dans la fabrication d'émulsionnants copolymérisables tels que le méthacrylate de 2-sulfoéthyle nécessaire pour la fabrication de latex adhésifs. Les exemples qui suivent servent à illustrer l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple 1 Dans un réacteur en verre muni d'un système de réfrigération interne, d'un système d'agitation, d'un réfrigérant et d'un système d'introduction de liquide, on introduit 200 ml d'eau déminéralisée, 185 ml de peroxyde d'hydrogène à 30 % (1,8 moles) et 200 mg d'oxyde de tungstène de formule H2W04. On chauffe le réacteur à 70 C. On introduit ensuite lentement en 75 minutes 42 ml (0,6 mole) de 2-mercaptoéthanol; la réaction est fortement exothermique, on maintient la température à 800C à l'aide du réfrigérant monté sur le réacteur. Après 1 heure de réaction, on obtient l'acide iséthionique avec un rendement de 95 Z. Exemple 2 Dans un réacteur tel que décrit à l'exemple 1, on introduit 100 ml d'eau, 200 mg (1,4 m.moles) de trioxyde de molybdène MoO3 et 90 ml (0,9 mole) de peroxyde d'hydrogène à 30 %. On chauffe à 700C, puis on ajoute lentement en 1 heure 21 ml (0,3 mole) de 2-mercaptoéthanol. La température est maintenue à 8O0C pendant la réaction. Après 1 heure de réaction, on obtient l'acide iséthionique avec un rendement de 100 Z. Exemple 3 Dans un réacteur tel que décrit à l'exemple 1, on introduit 100 ml d'eau, 245 mg de paramolybdate d'ammonium [(NE4)6 Mo7 024 . 4 H20] (1,4 m.moles de Mo) et 0,9 mole de peroxyde d'hydrogène à 30 Z. On chauffe à 700C et on ajoute lentement en 1 heure 21 ml (0,3 mole) de 2-mercaptoéthanol en maintenant la température à 80 C par passage d'eau froide dans le serpentin. Après 1 heure de réaction, on obtient acide iséthionique avec un rendement de 99 Z. Exemple 4R de comparaison Dans un réacteur de 250 ml tel que décrit à l'exemple 1, on introduit 50 ml d'eau, 21 ml (0,3 mole) de 2-mercaptoéthanol et 2,5 g de paramolybdate d'ammonium [(NH4)6 Mo7 024 . 4 H20]. Ensuite, on ajoute 90 ml (0,9 mole) de peroxyde d'hydrogène à 30 Z en I heure; la réaction est très exothermique, la température passe de 25 à 100"C. Après 1,5 heure de réaction, on obtient l'acide iséthionique avec un rendement de 75 %. Exemple 5R de comparaison Dans un réacteur tel que décrit à l'exemple 1, on introduit 100 ml d'eau, 245 mg de paramolybdate d'ammonium (1,4 m.moles de Mo) et 21 ml (0,3 mole) de 2-mercaptoéthanol. On chauffe à 700C et on ajoute lentement en 1 heure 0,9 mole de peroxyde d'hydrogène à 30 Z en maintenant la température à 800C. Après 1 heure de réaction, on obtient l'acide iséthionique avec un rendement de 41 %. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'acides sulfoniques aliphatiques par oxydation de thiols aliphatiques en milieu aqueux à l'intervention de peroxyde d'hydrogène aqueux et d'un catalyseur caractérisé en ce qu'on ajoute le thiol aliphatique au milieu aqueux contenant déjà le peroxyde d'hydrogène et le cataîyseur. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le catalyseur est un dérivé du molybdène ou du tungstène. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dérivé du molybdène ou du tungstène est un oxyde ou un sel d'un métal alcalin ou alcalino-terreux ou un sel d'ammonium. 4 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on met en oeuvre le trioxyde de molybdène. 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température, à laquelle est réalisé le procédé, est comprise entre 50 et 100 cl. 6 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en-ce que le thiol aliphatique est un -hydroxy-mercaptan. 7 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le -hydroxy-mercaptan est le 2-mercaptoéthanol.