Brevet FR2903983A1 — publié le 20080125

Procédé de fabrication de diesters La présente invention concerne un procédé de fabrication de diesters à partir de composés imides ou dinitriles. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de fabrication de composés diesters à partir de composés dinitriles mettant en oeuvre une hydrolyse en phase vapeur de composés dinitriles. Elle concerne encore plus particulièrement un procédé de fabrication de diesters à partir de composés dinitriles ramifiés tels que le méthylglutaronitrile ou les composés dinitriles ramifiés obtenus comme sous produits dans le procédé de fabrication de l'adiponitrile par hydrocyanation du butadiène. 15 Les solvants oxygénés à base de diesters sont de plus en plus utilisés en remplacement d'autres solvants hydrocarbonés, chlorés ou oxygénés plus agressifs pour l'environnement. En effet, les solvants diesters tels que ceux commercialisés sous le nom connu de Rhodia Solv 20 RDPE obtenus à partir d'un mélange d'acide adipique, acide glutarique et acide succinique présentent l'avantage d'avoir un profil toxicologique très favorable et sont biodégradables et facilement recyclables. II a également été proposé dans la demande de brevet français non publiée n 0602011 des composés diesters obtenus à partir de composés ramifiés et plus particulièrement d'un mélange de méthyl-glutaronitrile, éthyl-succinonitrile et adiponitrile. 25 Dans ce brevet un procédé de fabrication a été décrit, consistant à faire réagir les composés dinitriles avec un alcool en présence d'un acide minéral suivi par une hydrolyse. Ce procédé est connu sous le nom de réaction de PINNER. 30 Toutefois, un sel d'ammonium est obtenu comme sous-produit dans ce procédé. Un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de diesters à partir de composés dinitriles ne présentant pas les inconvénients des procédés de l'art antérieur et notamment ne générant pas d'effluents ou sous-produits importants et éventuellement nocifs pour 35 l'environnement. 5 2903983 2 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de composés diesters par réaction entre un composé imide de formule générale (I) suivante : Dans laquelle : R, est un radical divalent hydrocarboné comprenant de 2 à 12 atomes de carbones, linéaires ou ramifiés avec un alcool de formule générale Il suivante : 10 R2 ù OH (Il) Dans laquelle R2 est un radical hydrocarboné pouvant comprendre des hétéroatomes, linéaires ou ramifiés, aliphatique, cycloaliphatique, aromatique ou arylalkyl comprenant de 1 à 20 atomes de carbone. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention le composé imide de formule (I) est obtenu par hydrolyse cyclisante de composés dinitriles de formule générale III suivante : NC ù R, ù CN (III) 20 dans laquelle R1 a la signification indiquée ci-dessus. Cette réaction d'hydrolyse cyclisante est réalisée en phase vapeur en présence d'un catalyseur solide 25 Selon un second mode de réalisation de l'invention encore plus préféré, le procédé de l'invention est réalisé en une seule étape mettant en oeuvre un mélange réactionnel comprenant le ou les composés dinitriles de formule III, de l'eau et de l'alcool de formule Il, et un catalyseur solide. Dans un tel mode de réalisation, les réactions d'hydrolyse cyclisante du composé dinitrile et 30 d'estérification d'un imide interviennent dans le réacteur. Le milieu réactionnel est mis en contact avec le catalyseur après avoir été vaporisé. 2903983 3 Dans ce second mode de réalisation, il est avantageux que les quantités d'eau et d'alcool utilisées permettent d'avoir un rapport molaire R entre le nombre de molécules d'alcool et le nombre de molécules d'eau supérieur d'au moins 10% à un rapport stoechiométrique Rstoech entre le nombre 5 stoechiométrique de molécules d'alcool pour transformer l'imide formé à partir du dinitrile en diesters et le nombre stoechiométrique de molécules d'eau nécessaire pour hydrolyser le composé dinitrile en composé imide. Le nombre stoechiométrique de molécule d'eau pour faire l'hydrolyse cyclisante d'un composé 10 dinitrile est égal à 2. Le nombre stoechiométrique de molécule d'alcool nécessaire pour obtenir le diester est également égal à 2. Donc le rapport Rstoech est égale à 1. Le rapport R est supérieur à 1,1 et avantageusement inférieur à 20 et de préférence inférieur ou 15 égal à 10 La réaction d'hydrolyse cyclisante est avantageusement mise en oeuvre à une température inférieure à 500 C, de préférence comprise entre 250 C et 450 C. Par ailleurs, le rapport molaire entre l'eau et le composé nitrile est compris entre 1 et 10 et préférentiellement compris entre 2 et 5 La réaction d'hydrolyse cyclisante réalisée en absence d'alcool (premier mode de réalisation) ou en présence d'alcool (second mode de réalisation) est mise en oeuvre en continu ou en discontinu dans des types de réacteurs permettant d'utiliser un catalyseur solide soit sous forme de lit fixe ou de lit fluidisé. La réaction peut être conduite sous pression atmosphérique ou sous pression par exemple sous une pression pouvant aller jusqu'à 10 bar. Les composés diesters après condensation sont extraits du milieu réactionnel par les techniques usuelles de séparation et purification des composés organiques telles que distillation, extraction liquide/liquide, par exemple. De même, dans le premier mode de réalisation de l'invention, le composé imide obtenu par hydrolyse du composé dinitrile peut être avantageusement séparé du milieu réactionnel et purifié par les techniques usuelles. Toutefois, il est également possible d'utiliser directement comme réactif dans l'étape de réaction avec un alcool, le milieu réactionnel obtenu après l'étape d'hydrolyse, sans séparation ni purification. 2903983 4 Le catalyseur solide utilisé par la réaction d'hydrolyse cyclisante est choisi dans le groupe comprenant les oxydes métalliques tels que l'alumine, les hétéropolyacides, les zéolithes de type pentasil et faujasite, les argiles, les phosphates métalliques, l'oxyde de titane, les mélanges 5 silice/alumine et analogues Ainsi, les argiles convenables pour l'invention sont notamment des phyllosilicates qui sont classés par groupes selon leur nature et leurs propriétés physico-chimiques, groupes parmi lesquels on peut citer les kaolins, les serpentines, les smectites ou montmorillonites, les illites ou micas, les 10 glauconites, les chlorites ou vermiculites, les attapulgites ou sépiolites, les argiles à couches mixtes, les allophanes ou imogolites et les argiles à haute teneur en alumine. Certaines argiles possèdent une structure lamellaire à réseau expansible. Elles présentent la particularité d'adsorber divers solvants, notamment l'eau, entre les feuillets qui les composent, ce 15 qui provoque un gonflement du solide par suite de l'affaiblissement des liaisons électrostatiques entre les feuillets. Ces argiles appartiennent essentiellement au groupe des smectites (ou encore groupe de la montmorillonite) et pour certaines d'entre elles au groupe des vermiculites. Leur structure est composée de feuillets Revendications 1. Procédé de fabrication de composés diesters par réaction entre un composé imide de formule 5 générale I suivante : 10 Dans laquelle : R, représente un radical divalent hydrocarboné comprenant de 2 à 12 atomes de carbones, linéaires ou ramifiés avec un alcool de formule générale Il suivante : R2 ù OH (Il) Dans laquelle : R2 représente un radical hydrocarboné pouvant comprendre des hétéroatomes, linéaires ou ramifiés, aliphatique, cycloaliphatique aromatique ou arylaikyl comprenant de 1 à 20 atomes de carbone. 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé imide de forme générale (I) est obtenue par hydrolyse de composés dinitriles de formule générale III suivante : NC ù R, ù CN (III) 25 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hydrolyse du composé dinitrile est mise en oeuvre en phase vapeur en présence d'un catalyseur solide. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux étapes d'hydrolyse et de réaction entre l'alcool et l'imide sont réalisées simultanément dans un seul réacteur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité d'alcool ROH et d'eau mise en oeuvre sont déterminées pour avoir un rapport molaire R entre le nombre de molécules 15 30 2903983 16 d'alcool et le nombre de molécules d'eau supérieur d'au moins 10% à un rapport stoechiométrique Rstoech entre le nombre stoechiométrique de molécules d'alcool pour transformer l'imide formé à partir du dinitrile en diesters et le nombre stoechiométrique de molécules d'eau nécessaire pour hydrolyser le composé dinitrile en composé imideun rapport molaire R ROH/H2O supérieur d'au moins 10% au rapport Rstoech de la quantité stoechiométrique d'eau calculée par rapport à la quantité de dinitrile engagé. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport R est supérieur à 1.1, avantageusement inférieur à 20 et de préférence inférieur ou égal à 10 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les composés dinitriles sont choisis dans le groupe comprenant le méthylgiutaronitrile, l'éthylsuccinonitrile, l'adiponitrile ou leurs mélanges. 15 8. Procédé selon l'une des revendications) à 7, cractérisé en ce que l'alcool est choisi dans le groupe comprenant méthanol, propanol, isopropanol, alcool benzylique, éthanol, n-butanol, isobutanol, cyclohexanol, hexanol, isooctanol, 2-éthyl hexanol et leurs mélanges 9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la réaction d'hydrolyse est 20 réalisée à une température inférieure à 500 C de préférence entre 250 et 450 C. 10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le rapport molaire entre l'eau et le composé nitrile est compris entre 1 et 10 et préférentiellement compris entre 2 et 5 25 11. Procédé selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le catalyseur solide est choisi parmi les oxydes métalliques tels que l'alumine, les hétéropolyacides, les zéolithes de type pentasil et faujasite, les argiles, les phosphates métalliques, l'oxyde de titane, les mélanges silice/alumine et analogues. 30 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'argile est choisie parmi les kaolins, les serpentines, les smectites ou montmorillonites, les illites ou micas, les glauconites, les chlorites ou vermiculites, les attapulgites ou sépiolites, les argiles à couches mixtes, les allophanes ou imogolites et les argiles à haute teneur en alumine. 35 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'argile est une montmorillonite. 14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'argile est pontée. 2903983 17 15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le catalyseur est un catalyseur particulaire obtenu par mise en forme d'au moins un oxyde minéral simple ou mixte d'au moins un élément choisi dans le groupe consistant en le silicium, l'aluminium, le titane, le zirconium, 5 le vanadium, le niobium, le tantale, le tungstène, le molybdène, le fer, les terres rares, et en ce qu'il comprend au moins une macroporosité caractérisé par un volume poreux correspondant aux pores de diamètre supérieur à 500 Â, supérieur ou égal à 5ml/100g. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le catalyseur particulaire présente 10 une surface spécifique supérieure à 10 m2/g et un volume poreux total supérieur ou égal à 10 ml/100 g, le volume poreux correspondant aux pores de diamètre supérieur à 500 A étant supérieur ou égal à 10 ml/100 g. 17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que le catalyseur présente une surface spécifique supérieure à 50 m2/g. 18. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le catalyseur présente un volume poreux total supérieur ou égal à 20 ml/100g avec un volume poreux correspondant aux pores de diamètre supérieur à 70 Â supérieur ou égal à 20 ml/100g. 19. Procédé selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que le catalyseur particulaire est un oxyde d'aluminium. 20. Procédé selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un 25 élément choisi dans la liste consistant en le silicium, le titane, le zirconium, le vanadium, le niobium, le tantale, le tungstène, le molybdène, le fer, les terres rares ou au moins un composé oxygéné d'au moins un élément choisi dans le groupe consistant en les éléments appartenant aux groupes 1 à 16 de la classification universelle des éléments ( nouvelle classification), cette liste incluant également les terres rares, déposé ou adsorbé sur le 30 catalyseur particulaire en oxyde minéral simple ou mixte 21. Procédé selon l'une des revendications 11 caractérisé en ce que le catalyseur est un phosphate métallique de formule générale : 35 (PO4)n Hh M, (Imp)p 2903983 18 dans laquelle : M représente un élément divalent, trivalent, tétravalent ou pentavalent choisi dans les groupes 2a, 3b, 4b ,5b, 6b, 7b, 8, 2b, 3a, 4a et 5a de la classification périodique des éléments ou un mélange de plusieurs de ces éléments ou M=O, 5 lmp représente un composé d'imprégnation basique constitué d'un métal alcalin ou alcalino-terreux ou de mélanges de plusieurs de ces métaux, associé à un contre-anion pour assurer la neutralité électrique, n représente 1, 2 ou 3, h représente 0, 1 ou 2, 10 r p représente un nombre compris entre 0 et 1/3 et correspond à un rapport molaire entre l'imprégnant lmp et l'imprégné (PO4)n Hh M 22. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le catalyseur est un pyrophosphate de terres rares 23. Procédé selon la revendication 11, 21, ou 22, caractérisé en ce que le catalyseur est unmélange de pyrophosphate de terre rare et d'orthophosphate de terre rare. 24. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 21, caractérisé en ce que le catalyseur est un 20 mélange d'orthophosphate de terre rare et d'acide phosphorique. 1530