Brevet FR2657346A1 — publié le 19910726

Procédé pour préparer des mélanges de dérivés hvdroxvls d'hydrocarbures aromatiques. avec des proportions réglées des constituants de ces mélanges. La présente invention concerne un procédé amélioré de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, lequel procédé consiste à faire réagir le substrat aromatique concerné avec du peroxyde d'hydrogène, en présence d'une zéolithe synthétique contenant de 0,1% à 7% en poids d'oxyde de titane; l'emploi d'une zéolithe contenant une proportion de titane comprise dans l'intervalle mentionné (et de préférence comprise dans l'intervalle de 2% à 4%) permet d'obtenir, avec des rendements élevés, un mélange de produits hydroxylés finals dans lequel les proportions des composants l'un par rapport à l'autre sont rigoureusement maîtrisées. On sait que les hydrocarbures aromatiques peuvent être convertis en leurs dérivés hydroxylés, à l'aide de peroxyde d'hydrogène, en présence de zéolithes synthétiques contenant des hétéroatomes aussi bien en tant que substituants dans le réseau cristallin qu'en tant que constituants échangés, et q une telle réaction conduit, dans la plupart des cas, à un mélange indéfini de différents produits; par exemple, quand on introduit un groupe hydroxyle dans le phénol selon ce qui vient d'être dit, on obtient un mélange de pyrocatéchol et d'hydroquinone. On peut effectuer les réactions d'hydroxylation des hydrocarbures aromatiques en utilisant une grande variété de matériaux du type zéolithe; c'est ainsi, par exemple, que les brevets français nO 81 17023 et n" 83 04502 décrivent un procédé d'hydroxylation mis en oeuvre en présence d'un matériau synthétique constitué par de la silice cristalline modifiée par la présence d'éléments qui entrent dans la constitution du réseau cristallin de la silice en remplaçant quelques atomes de silicium. Parmi les éléments modificateurs, on peut mentionner ici Cr, Be, Ti, V, Mn, Fe et Co. Selon ces demandes de brevet, la réaction de l'hydrocarbure aromatique et du peroxyde d'hydrogène est effectuée à une température choisie dans l'intervalle allant de 800C à 1200C, en présence de l'hydrocarbure seul ou en présence d'un solvant auxiliaire qui permet audit hydrocarbure de se mélanger, au moins partiellement, avec le peroxyde d'hydrogène. Comme solvant, on peut utiliser de l'eau, du méthanol, de l'acide acétique, de l'acétone, de l'isopropanol ou de l'acétonitrile. Les substrats hydrocarbonés mentionnés sont choisis parmi un grand nombre de substances: phénol, toluène, anisole, xylènes, mésitylène, benzène et dérivés du benzène, etc. D'autres matériaux du type zéolithe, que l'on peut utiliser dans un procédé d'hydroxylation conforme à la démarche mentionnée cidessus, sont ceux décrits dans le brevet européen nO 0266825 et dans la demande publiée de brevet européen nO 0265018. Le brevet européen nO 0266825 décrit un matériau cristallin synthétique poreux, du type des zéolithes, contenant des oxydes de silicium, de titane et de gallium, et correspondant, dans son état anhydre et calciné, à la formule p HGaO2 .qTiO2. SiO2 dans laquelle "p" possède une valeur supérieure à zéro et inférieure ou égale à 0,050, et "q" possède une valeur supérieure à zéro et inférieure ou égale à 0,025. L'ion H+ de HGaO2 peut être au moins partiellement remplacé par des cations. Pour sa part, la demande publiée de brevet européen nO 0265018 concerne des zéolithes présentant un diamètre de pores de 0,5 à 1,2 mu (5 à 12 ), liées avec de la silice oligomère amorphe. Les zéolithes sont au préalable dispersées dans une solution aqueuse de silice et d'hydroxyde d'alkyl-ammonium, et la suspension ainsi obtenue est ensuite rapidement séchée. L'utilisation des matériaux de type zéolithe décrit dans les brevets et demandes de brevet mentionnés ci-dessus permet de résoudre les problèmes importants constatés antérieurement dans les procédés d'hydroxylation directe d'hydrocarbures aromatiques, comme par exemple la faible sélectivité par rapport au peroxyde d'hydrogène ou par rapport à l'hydrocarbure que l'on fait réagir. Toutefois, la réaction conduit à un mélange final de produits hydroxylés qui ne sont pas toujours facilement séparables, ou dont les proportions ne conviennent pas pour les usages ultérieurs envisagés. La demanderesse a maintenant trouvé que l'on peut mettre en oeuvre un procédé d'hydroxylation d'hydrocarbures aromatiques, tout en obtenant un mélange final de produits en des proportions fixées au préalable ou strictement maîtrisées, si l'on utilise, dans la mise en oeuvre de ladite réaction, un matériau de type zéolithe, choisi parmi les matériaux mentionnés ci-dessus, mais caractérisé par une teneur en titane strictement située à l'intérieur d'un intervalle bien précis, cette même réaction étant effectuée dans des conditions de charge particulièrement élevées. Par conséquent, l'objet de la présente invention est un procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, mélanges dont les constituants se trouvent en des proportions maîtrisées et/ou fixées au préalable, lequel procédé consiste à faire réagir le substrat concerné avec du peroxyde d'hydrogène, en présence d'un matériau de type zéolithe, contenant des hétéroatomes et du titane en une proportion, calculée en TiO2, comprise dans l'intervalle allant de 0,1% à 7% en poids, ladite réaction étant en outre effectuée avec un rapport de charge du peroxyde d'hydrogène au substrat aromatique égal ou supérieur à 0,2. On peut obtenir des résultats particulièrement intéressants quand ladite proportion de titane, mentionnée ci-dessus, se situe dans l'intervalle allant de 2% à 4% en poids. On effectue aussi la réaction à une température située dans l'intervalle allant de 60"C à 1500C, en présence du seul substrat hydrocarboné ou, de préférence, en présence d'un solvant auxiliaire choisi parmi l'alcool tert.-butylique, le méthanol, l'acétate d'éthyle, l'acétate de méthyle, l'acétate de butyle, l'acétate de propyle et le carbonate de diméthyle. Des substrats aromatiques que l'on peut utiliser sont le phénol, l'anisole, le toluène, les xylènes, le mésitylène, le benzène et l'éthylbenzène. Evidemment, on peut utiliser n'importe quels matériaux de type zéolithe, pourvu qu'ils contiennent du titane en les pourcentages mentionnés plus haut. Toutefois, il est avantageux d'utiliser des matériaux décrits dans les brevets et demandes de brevet mentionnés plus haut, auquel on se reportera pour y trouver tous les détails possibles de description de ces matériaux. Les exemples suivants illustreront de façon plus détaillée les idées inventives de la présente invention, ainsi que les avantages que l'on peut obtenir en réalisant la réaction d'hydroxylation selon le procédé particulier conforme à la présente invention. EXEMPLE 1 Dans un ballon de 50 ml, équipé d'un réfrigérant à boules et d'un agitateur à ailettes, on introduit 10 g de catalyseur silicalite au titane (TS1), 50 g de phénol, 100 g de méthanol et 10 g d'H20, puis on y ajoute goutte à goutte 7,5 g d'H202 à 60%. Le rapport de charge résultant, en nombre de moles, d'H202 au phénol vaut 0,26. 80 minutes plus tard, la réaction est terminée(100% de conversion d'H202). L'analyse du mélange réactionnel montre que celui-ci contient les produits suivants: Catéchol 3,06 g Hydroquinone 7,12 g .Goudrons 0,58 g Sélectivité, par rapport au phénol 95 % Rapport catéchoVhydroquinone 0,42 Rendement, par rapport à H2 2 70,1 % EXEMPLE 2 On réalise le procédé comme dans l'exemple précédent, mais en utilisant 1 1 g d'H202, ce qui donne un rapport de charge de 0,36.Les résultats sont les suivants: Catéchol 4,61 g Hydroquinone 11,5 g Goudrons 1,2 g Rendement par rapport à H202 75,5 % Sélectivité par rapport au phénol 93,4 % Rapport catéchoVhydroquinone 0,4 EXEMPLE 3 On réalise le procédé comme dans l'exemple précédent, mais en utilisant un mélange de charge présentant la composition suivante: 85 g de phénol, 70 g de méthanol et 7 g d'H202, auquel on ajoute 1 1 g dE202 à 60%.Les résultats sont les suivants: Catéchol 5,1 g Hydroquinone 10 g Goudrons 1,2 g Rendement par rapport à H202 70,8 % Sélectivité par rapport au phénol 92,6 % Rapport catéchoVhydroquinone 0,51 EXEMPLE 4 On effectue le procédé comme dans l'exemple 2 précédent, mais en utilisant 15 g d'H202. Les résultats sont les suivants: . Catéchol 6,1 g . Hydroquinone 14,6 g . Goudrons 1,6 g Rendement par rapport à H202 7,1 % . Sélectivité par rapport au phénol 92,8 % .Rapport catécholihydroquinone 0,42 EXEMPLE 5 Dans un ballon de 250 mil, on introduit 112 g de phénol, 21 g d'acétate de méthyle et 27 g d'H202, puis 6,4 g de TS1. On chauffe le tout, et quand on atteint la température de reflux, on ajoute 17 g d'H202 à 60%, tout en agitant. Au bout d'une heure, on obtient les résultats suivants . Catéchol 12,3 g .Hydroquinone 12,28 g . Goudrons 1,78 g .Rendement par rapport à H202 74,6 % ,Sélectivité par rapport au phénol 93,2 % . Rapport catéchoVhydroquinone 1 EXEMPLE 6 On réalise le procédé comme dans l'exemple 5 précédent, sauf que l'on utilise 2 g d'acétate d'éthyle à la plage de l'acétate de méthyle. Les résultats sont les suivants: . Catéchol 12,01 g .Hydroquinone 13,26 g . Goudrons 1,77 g .Rendement par rapport à H202 76,6 % .Sélectivité par rapport au phénol 93,4 % . Rapport catécholihydroquinone 0,9 EXEMPLE 7 On réalise le procédé comme ci-dessus, excepté que l'on utilise 21 g d'acétate de butyle à la place de l'acétate d'éthyle. Les résultats sont les suivants: . Catéchol 11,4 g .Hydroquinone 14,23 g .Goudrons 1,59 g .Rendement par rapport à H202 77,7 % . Sélectivité par rapport au phénol 94,1 % . Rapport catécholihydroquinone 0,8 EXEMPLE 8 On réalise le procédé comme ci-dessus sauf que l'on utilise 2 g de DMC à la place de l'acétate de butyle. Les résultats sont les suivants: .Catéchol 11,3 g . Hydroquinone 12,53 g . Goudrons 2,16 g . Rendement par rapport à H202 72,2 % .Sélectivité par rapport au phénol 91,6 % Rapport catéchollhydroquinone 0,90 EXEMPLE 9 On réalise le procédé comme ci-dessus, sauf que l'on utilise 21 g d'acétate de propyle. Les résultats sont les suivants: . Catéchol 11 g ,Hydroquinone 13,56 g . Goudrons 2,03 g .Rendement par rapport à H202 74,5 % . Sélectivité par rapport au phénol 92,3 % . Rapport catécholihydroquinone 0,81 EXEMPLE 10 Dans un ballon de 250 ml, équipé d'un réfrigérant et d'un agitateur à ailettes, on introduit 10 g de TS1, 83,2 g de phénol, 70,4 g d'alcool tert.-butylique et 7 g d'H20. On chauffe le tout, et quand le système a atteint la température souhaitée, on ajoute goutte à goutte 1 1 g dE202 à 60% (p/p). Au bout de 60 minutes, la conversion dE202 est complète. Les résultats, obtenus par chromatographie en phase gazeuse, sont les suivants: . Catéchol 4,12 g . Hydroquinone 14,74 g . Goudrons 1,11 g .Rendement par rapport à H202 88,2 % .Sélectivité par rapport au phénol 94,4 % . Rapport catéchoVhydroquinone 0,28 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, présentant des proportions maîtrisées et/ou fixées au préalable de leurs constituants, caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir le substrat concerné avec du peroxyde d'hydrogène, en présence d'un matériau de type zéolithe contenant des hétéroatomes et du titane en une proportion, calculée en TiO2, située dans l'intervalle allant de 0,1% à 7% en poids, et en ce que ladite réaction est en outre effectuée avec un rapport de charge du peroxyde d'hydrogène au substrat aromatique égal ou supérieur à 0,2. 2. Procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, conforme à la revendication précédente, caractérisé en ce que la réaction est effectuée à une température située dans l'intervalle allant de 60"C à 1500C. 3. Procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, conforme aux revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction est effectuée en présence d'un matériau de type zéolithe contenant du titane en une proportion, calculée en TiO2, située de préférence dans l'intervalle allant de 2% à 4% en poids. 4. Procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée en présence d'un solvant choisi parmi l'alcool tert.-butylique, le méthanol, l'acétate d'éthyle, l'acétate de méthyle, l'acétate de butyle, l'acétate de propyle et le carbonate de diméthyle. 5. Procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction est effectuée en la seule présence du substrat aromatique. 6. Procédé de préparation de mélanges de dérivés hydroxylés d'hydrocarbures aromatiques, conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat aromatique est choisi parmi le phénol, l'anisole, le toluène, les xylènes, le mésitylène, le benzène et l'éthylbenzène.