Brevet FR2939790A1 — publié le 20100618

Procédé catalytique de fabrication de composés de type diol La présente invention concerne un procédé catalytique pour la production à l'échelle industrielle d'un composé de type diol, tel que le 2-méthylpentane-2-4-diol, également appelé 2,4-hexylèneglycol, ou HGL, à partir d'un composé R hydroxy carbonylé, notamment le diacétone-alcool, ou DAA. ART ANTERIEUR Le HGL est préparé industriellement par hydrogénation catalytique du DAA et le nickel de Raney est le catalyseur le plus utilisé, généralement dans des proportions importantes, notamment de 5-20% en poids par rapport au poids du DAA à hydrogéner. Les conditions opératoires de la réaction d'hydrogénation du DAA en HGL en présence du catalyseur nickel de Raney induisent des problèmes techniques et économiques reconnus qui n'ont pas été surmontés à ce jour. En effet, dans les conditions de la réaction, le DAA peut se décomposer par rétro-aldolisation conduisant ainsi à la synthèse d'acétone puis d'isopropanol par hydrogénation. Le DAA peut également dans des conditions acides former de l'hexenol qui est ensuite hydrogéné en hexanol. Par ailleurs, ces conditions acides ont tendance à désactiver voire à solubiliser partiellement le catalyseur de la réaction. Au surplus, il apparaît que le nickel de Raney doit être généralement lavé, notamment à l'eau distillée ou déminéralisée, pendant plusieurs jours, avant son utilisation dans la réaction d'hydrogénation de manière à diminuer sa basicité, afin d'accroître la sélectivité de la réaction. Cette étape est longue et contraignante et il serait fortement souhaitable de la supprimer, pour l'intérêt économique et industriel de cette réaction. D'une manière plus générale, il existait un besoin de mettre au point un procédé industriel permettant d'hydrogéner des composés 13 hydroxy carbonylés possédant une fonction alcool sur le carbone en R de la fonction carbonyle, notamment une fonction aldéhyde, obtenus par des réactions d'aldolisation, tout en évitant une rétro-aldolisation de ces composés lors de la réaction catalytique d'hydrogénation. INVENTION La demanderesse a trouvé un moyen tout a fait inattendu d'éviter les inconvénients mentionnés précédemment tout en obtenant une excellente sélectivité de la réaction d'hydrogénation sur les composé R hydroxy carbonylés, sans avoir par ailleurs besoin d'une longue étape de lavage du catalyseur au préalable. La présente invention a ainsi pour premier objet un procédé pour la préparation d'un composé de formule (IV) par réaction d'hydrogénation catalytique d'un composé de formule (III), ledit composé de formule (III) étant obtenu par une réaction d'aldolisation baso catalysée, caractérisé en ce que ladite réaction d'hydrogénation est catalysée par un catalyseur de Raney qui a été prétraité par au moins un composé tampon permettant de maintenir ladite réaction d'hydrogénation à un pH compris entre 6 et 8, bornes incluses ; les composés de formule (III) et (IV) sont les suivants : R3 R3 OH O (III) et OH OH (IV) dans lesquelles : - R' est un radical hydrocarboné comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, - R2 est un atome d'hydrogène ou un radical hydrocarboné comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, - R3 est un atome d'hydrogène ou un radical hydrocarboné comprenant de 1 à 30 10 atomes de carbone, et - X est un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, un groupe aryle, ou un groupe alkoxy. La présente invention concerne ainsi un procédé pour la préparation d'un composé de formule (IV) par réaction d'hydrogénation catalytique d'un composé de formule (III) comprenant notamment au moins les étapes suivantes : a) une étape de prétraitement du catalyseur de Raney par au moins un composé tampon permettant de maintenir un pH compris entre 6 et 8 lors de la réaction d'hydrogénation de l'étape b) ; et b) une étape d'hydrogénation d'un composé de formule (III) pour former un composé de formule (IV) ; le pH du milieu réactionnel étant maintenant entre 6 et 8 lors de la réaction d'hydrogénation ; et c) éventuellement une étape d'isolation du composé de formule (IV). La présente invention concerne plus particulièrement un procédé pour la préparation de 2-méthylpentane-2-4-diol (HGL) par réaction d'hydrogénation catalytique de diacétone-alcool (DAA), caractérisé en ce que la réaction est catalysée par un catalyseur de Raney prétraité par un composé tampon permettant de maintenir ladite réaction à un pH compris entre 6 et 8, bornes incluses. La présente invention a aussi pour objet un composé de formule (IV) susceptible d'être obtenu par le procédé mentionné précédemment. Le radical hydrocarboné comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, peut être linéaire ou branché, saturé ou insaturé, cyclique ou non, aromatique ou non. Il peut comprendre des hétéroatomes, tel que par exemple O, F et/ou N. On peut citer par exemple les radicaux suivants : méthyle, éthyle, propyle, phényle, trifluorométhyle, méthoxy, et éthoxy. On peut par exemple utiliser comme groupe alkyle, notamment pour la définition du radical X, un radical méthyle, isobutyle, éthyle et vinyle. On peut par exemple utiliser comme groupe aryle, notamment pour la définition du radical X, un radical phényle, méthyle phényle, et hydroxy phényle. On peut par exemple utiliser comme groupe alkoxy, notamment pour la définition du radical X, un radical méthoxy, éthoxy, et isobutoxy. Comme explicité précédemment, le composé de formule (III) est un composé R hydroxy carbonylé possédant une fonction alcool sur le carbone en R de la fonction carbonyle, comme une fonction aldéhyde, cétone ou ester. Comme composé R hydroxy carbonylé préféré de la présente invention on peut citer les composés suivants : la diacétone-alcool (DAA), l'hydroxy-3 propanal, l'hydroxy-3 butanal, le céto-3 hydroxy-5 méthyl-5 heptane, l'hydroxy-3 éthyl-2 hexanal, et l'aldehyde hydroxy-3 dihydrocinnamique. Les composés de formule (III) sont notamment obtenus par une réaction d'aldolisation baso catalysée entre un composé de formule (I) (R')(R2)C=O avec un composé de formule (II) R3-CH2-COX. Le composé de formule (II) peut être un ester, une cétone, ou un aldéhyde ; c'est-à-dire un composé énolisable, possédant au moins un atome d'hydrogène sur le carbone en a du CO, dans la réaction d'aldolisation baso catalysée. On peut citer par exemple comme composé de formule (IV) les composés suivants : le méthyl-2 pentane diol-2,4 (HGL), le propane diol-1,3, le butane diol-1,3, l'éthyl-2 hexane diol-1,3, le méthyl-5 heptane diol-3,5, et le phényl-1 propane diol-1,3. La présente invention consiste donc à effectuer un traitement du catalyseur par mise en présence de celui-ci avec un composé tampon, avant la conduite de la réaction d'hydrogénation. Au sens de l'invention, on appel tampon un composé capable de maintenir approximativement un pH entre 6 et 8 lors de la réaction d'hydrogénation. La réaction d'hydrogénation des composés R hydroxy carbonylés est en elle-même bien connue de l'homme du métier. La réaction de l'invention peut être conduite de manière continue ou discontinue. La réaction peut être conduite à une température comprise entre 70 et 150°C. La réaction peut être effectuée à une pression comprise entre 5 et 50 bar, notamment entre 10 et 25 bar. La durée de réaction, de manière à synthétiser une quantité optimale de composé de formule (IV) peut être comprise entre 5 minutes et 5 heures. La réaction d'hydrogénation est notamment conduite en phase liquide. L'hydrogène peut notamment être dissout en totalité ou en partie dans le composé de formule (III). La réaction peut notamment être mise en oeuvre dans un réacteur continu parfaitement agité pour la phase liquide. Le gaz peut être introduit soit par des systèmes de cannes plongeantes soit à l'aide de turbine auto-aspirante ou tout autre moyen par exemple avec une boucle de recirculation externe. On peut également utiliser un réacteur continu type piston tel qu'une colonne à bulles ou un réacteur à éjecteur venturi. On utilise généralement de 0,1 à 20 % en poids de catalyseur par rapport au poids du composé de formule (III). On utilise généralement de 0,01 à 2 % en poids de composé tampon par rapport au poids du composé de formule (III). On utilise généralement de 0,1 à 20 % en poids de composé tampon par rapport au poids du catalyseur. Le catalyseur de Raney selon l'invention peut être un nickel de Raney, un cobalt de Raney ou un cuivre de Raney. Ces catalyseurs poreux sont bien connus et son généralement appelés catalyseur squelette ou catalyseur éponge. Le nickel de Raney est un catalyseur solide utilisé dans de nombreux procédés industriels. Il est notamment utilisé comme catalyseur hétérogène pour une grande variété de réactions de la chimie organique, le plus souvent pour des réactions d'hydrogénation. Le nickel de Raney est produit en traitant une poudre d'alliage nickel-aluminium par de la soude concentrée. Au cours de ce traitement appelé � activation �, la majeure partie de l'aluminium de l'alliage est dissous avec en parallèle un fort dégagement d'hydrogène. La structure poreuse qui en résulte possède une surface spécifique très importante de l'ordre de 100 m2/g., ce qui contribue à son efficacité en catalyse. Il existe de très nombreux tampons, utilisés seuls ou en combinaison, qui permettent de maintenir approximativement un pH entre 6 et 8 lors de la réaction d'hydrogénation du composé de formule (III) selon la présente invention. On peut notamment mentionner les composés tampons organiques ou inorganiques cités dans les documents suivants : Good, N.E., et al. (1966) Hydrogen Ion Buffers for Biological Research. Biochemistry 5(2), 467-477; CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc. David R. Lide, 1992-1993, 73eme édition, pages 8-37 û 8-42. Le composé tampon selon l'invention peut être choisi dans le groupe comprenant : - phosphate de potassium monobasique, - phosphate de sodium monobasique, - phosphate de lithium monobasique, - acide 2-[(2-Hydroxy-1,1-bis(hydroxyméthyl)éthyl)amino]éthanesulfonique - sel de sodium d'acide N-[Tris(hydroxymethyl)methyl]-2-25 aminoéthanesulfonique - acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - sel de sodium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - sel de sesquisodium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - sel de disodium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique 30 - sel de dipotassium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - acide 13-Hydroxy-4-morpholinepropanesulfonique - sel de sodium d'acide 3-(N-Morpholinyl)-2-hydroxypropanesulfonique - acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - sel de sodium d'acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - sel d'hémisodium d'acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - acide 4-(N-Morpholino)butanesulfonique - sel de potassium d'acide N-(2-Hydroxyethyl)piperazine-N'-(2-ethanesulfonique) - sel d'hémisodium d'acide 4-(2-Hydroxyéthyl)piperazine-1-ethanesulfonique - acide 3-(N,N-Bis[2-hydroxyéthyl]amino)-2-hydroxypropanesulfonique - 2,2-Bis(hydroxyméthyl)-2,2',2"-nitrilo-triéthanol - 1 ,3-Bis[tris(hydroxyméthyl)méthylamino] propane - 2,2-Bis(hydroxyméthyl)-2,2',2"-nitrilo-triéthanol - acide N,N-Bis(2-hydroxyéthyl)-2-aminoéthanesulfonique - sel de sodium de l'acide N,N-Bis(2-hydroxyéthyl)-2-aminoéthanesulfonique - acide N-(2-Acetamido)iminodiacetique - sel monosodium d'acide N-(2-Acetamido)iminodiacetique - acide N-(2-Acetamido)-2-aminoethanesulfonique - citrate de sodium dibasique Il est à noter que l'on peut utiliser un ou plusieurs agents tampons lors de la réaction. Le prétraitement peut être effectué en procédant à un mélange du catalyseur avec le composé tampon pendant une durée généralement comprise entre 1 heure et 24 heures. Ce mélange peut être effectué sans agitation particulière et à température ambiante. Le tampon peut se présenter sous forme liquide et le catalyseur peut se présenter sous forme de poudre. Le catalyseur ainsi prétraité est alors mis en contact avec le milieu de la réaction de la présente invention. En fin de réaction d'hydrogénation, on sort un mélange comprenant le composé de formule (III), le composé de formule (IV), le catalyseur et quelques sous produits. Le catalyseur peut être séparé des produits organiques à l'aide de tout30 moyen de séparation solide/liquide tel que par exemple un filtre ou un décanteur. Le liquide obtenu peut notamment être dirigé vers une colonne de distillation pour procéder à la séparation du composé de formule (III) et du composé de formule (IV). Un langage spécifique est utilisé dans la description de manière à faciliter la compréhension du principe de l'invention. Il doit néanmoins être compris qu'aucune limitation de la portée de l'invention n'est envisagée par l'utilisation de ce langage spécifique. Des modifications, améliorations et perfectionnements peuvent notamment être envisagés par une personne au fait du domaine technique concerné sur la base de ses propres connaissances générales. Le terme et/ou inclut les significations et, ou, ainsi que toutes les autres combinaisons possibles des éléments connectés à ce terme. D'autres détails ou avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au vu des exemples donnés ci-dessous uniquement à titre indicatif. PARTIE EXPERIMENTALE 20 Exemple 1 Dans un réacteur autoclave d'une capacité de 150 ml, on charge du DAA (80 g), du nickel de Raney (8 g) et éventuellement des quantités variables de tampon. Le catalyseur nickel de Raney peut être lavé à l'eau distillée pendant une semaine pour diminuer la basicité du catalyseur. C'est la procédure classiquement utilisée 25 pour les catalyseurs nickel de Raney dans la réaction d'hydrogénation du DAA. Le catalyseur peut également être prétraité au préalable en le mélangeant avec le KH2PO4 pendant quelques heures. L'autoclave est alors scellé, puis purgé avec de l'azote et de l'hydrogène. 30 L'autoclave est alors mis sous pression avec de l'hydrogène à 20 bar et chauffé à une température de 100°C. L'agitation est effectuée par entrainement magnétique à 1500 tours par minute. Les données de la réaction telles que la température, la pression, la consommation d'hydrogène, la durée de la réaction et la conversion15 sont mesurées ou calculées pendant toute la réaction. A la fin de la réaction, le réacteur est refroidi et un échantillon est mesuré par une technique de chromatographie en phase gazeuse et caractérisé par un spectromètre de masse. La sélectivité S d'une réaction chimique spécifie la quantité de produit désiré formé par rapport au nombre de moles consommées du réactif limitant. Elle indique si plusieurs réactions se produisent en parallèle, conduisant à des sous-produits non désirés, ou si la réaction recherchée est la seule à consommer du réactif. Les résultats sont reportés sur le tableau 1 suivant : Tableau 1 Conversion Sélectivité Essais Catalyseur Tampon (%) (%) Cl Lavé - 98,29 96,48 C2 Non-lavé Acide acétique (pH 7,0) 99,96 40,89 C3 Non-lavé KH2PO4 5 % 99,99 43,52 1 Non-lavé Pré-traitement KH2PO4 5 % 99,99 98,41 2 Lavé Pré-traitement KH2PO4 5 % 99,97 98,42 Le pourcentage de KH2PO4 est exprimé en poids par rapport au poids du catalyseur. Dans l'essai Cl, le catalyseur a été lavé pendant 7 jours à l'eau distillée. On observe une sélectivité insuffisante due à la formation d'IPA. Dans l'essai C2, le catalyseur n'a pas été lavé à l'eau au préalable mais a été prétraité avec une solution aqueuse contenant de l'acide acétique pour obtenir un pH de 7. On observe une sélectivité très médiocre due à une formation massive d'IPA. Dans l'essai C3, le catalyseur n'a pas été lavé ni prétraité. Du KH2PO4 a uniquement été ajouté dans le milieu de réaction. On observe encore une sélectivité très médiocre. Dans l'essai 1, le catalyseur non lavé a été prétraité avec du KH2PO4. On observe une très bonne sélectivité. Dans l'essai 2, le catalyseur a été lavé et prétraité. On observe une sélectivité équivalente. Il apparaît ainsi que le prétraitement du catalyseur avec un tampon selon la présente invention permet non seulement d'obtenir une excellente sélectivité, mais également d'éliminer une étape de lavage du catalyseur au préalable. Exemple 2 La réaction est conduite de la même façon que dans l'exemple 1 mais en 10 présence de 0,5 % en poids de nickel de Raney par rapport au poids de DAA. Les résultats sont reportés sur le tableau 2 suivant : Tableau 2 Conversion Sélectivité Essais Catalyseur Tampon (%) (%) C4 Lavé - 95,56 93,58 3 Lavé Pré-traitement KH2PO4 5 % 95,17 96,34 4 Lavé Pré-traitement KH2PO4 5 % 84,70 96,54 Le pourcentage de KH2PO4 est exprimé en poids par rapport au poids du catalyseur. On observe ainsi une très bonne sélectivité même en présence d'une faible 20 quantité de catalyseur ; alors même qu'il est connu de l'art antérieur d'utiliser une quantité importante de catalyseur, de l'ordre de 5-20 % par rapport au DAA à hydrogéner. 15 REVENDICATIONS1. Procédé pour la préparation d'un composé de formule (IV) par réaction d'hydrogénation catalytique d'un composé de formule (III), ledit composé de formule (III) étant obtenu par une réaction d'aldolisation baso catalysée, caractérisé en ce que ladite réaction d'hydrogénation est catalysée par un catalyseur de Raney qui a été prétraité par au moins un composé tampon permettant de maintenir ladite réaction d'hydrogénation à un pH compris entre 6 et 8; les composés de formule (III) et (IV) sont les suivants : R3 R3 OH O (III) et OH OH (IV) dans lesquelles : - R' est un radical hydrocarboné comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, - R2 est un atome d'hydrogène ou un radical hydrocarboné comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, - R3 est un atome d'hydrogène ou un radical hydrocarboné comprenant de 1 à 20 10 atomes de carbone, et - X est un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, un groupe aryle, ou un groupe alkoxy. 2. Procédé pour la préparation d'un composé de formule (IV) par réaction 25 d'hydrogénation catalytique d'un composé de formule (III), selon la revendication 1, comprenant notamment au moins les étapes suivantes : a) une étape de prétraitement du catalyseur de Raney par au moins un composé tampon permettant de maintenir un pH compris entre 6 et 8 lors de la réaction d'hydrogénation de l'étape b) ; etb) une étape d'hydrogénation d'un composé de formule (III) pour former un composé de formule (IV) ; le pH du milieu réactionnel étant maintenant entre 6 et 8 lors de la réaction d'hydrogénation ; et c) éventuellement une étape d'isolation du composé de formule (IV). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le radical hydrocarboné est choisi parmi les radicaux suivants : méthyle, éthyle, propyle, phényle, trifluorométhyle, méthoxy, et éthoxy. 10 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe alkyle est choisi parmi les groupes suivants : méthyle, isobutyle, éthyle et vinyle. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 15 en ce que le groupe aryle est choisi parmi les groupes suivants : méthyle phényle, et hydroxy phényle. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe alkoxy est choisi parmi les groupes suivants : méthoxy, 20 éthoxy, et isobutoxy. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé de formule (III) est choisi dans le groupe comprenant : la diacétone-alcool (DAA), l'hydroxy-3 propanal, l'hydroxy-3 butanal, le céto-3 25 hydroxy-5 méthyl-5 heptane, l'hydroxy-3 éthyl-2 hexanal, et l'aldéhyde hydroxy-3 dihydrocinnamique. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé de formule (IV) est choisi dans le groupe comprenant : le 30 méthyl-2 pentane diol-2,4 (HGL), le propane diol-1,3, le butane diol-1,3, l'éthyl-2 hexane diol-1,3, le méthyl-5 heptane diol-3,5, et le phényl-1 propane diol-1,3.5 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction d'hydrogénation est conduite en phase liquide ; l'hydrogène étant dissout en totalité ou en partie dans le composé de formule (III). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise de 0,1 à 20 % en poids de catalyseur par rapport au poids du composé de formule (III). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que l'on utilise de 0,01 à 2 % en poids de composé tampon par rapport au poids du composé de formule (III). 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise de 0,1 à 20 % en poids de composé tampon par rapport au 15 poids du catalyseur. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le catalyseur de Raney est un nickel de Raney, un cobalt de Raney ou un cuivre de Raney. 20 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé tampon est choisi dans le groupe comprenant : - phosphate de potassium monobasique, - phosphate de sodium monobasique, 25 - phosphate de lithium monobasique, - acide 2-[(2-Hydroxy-1,1-bis(hydroxyméthyl)éthyl)amino]éthanesulfonique - sel de sodium d'acide N-[Tris(hydroxymethyl)methyl]-2-aminoéthanesulfonique - acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique 30 - sel de sodium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - sel de sesquisodium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - sel de disodium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique - sel de dipotassium d'acide 1,4-Piperazinediéthanesulfonique- acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - acide 13-Hydroxy-4-morpholinepropanesulfonique - sel de sodium d'acide 3-(N-Morpholinyl)-2-hydroxypropanesulfonique - acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - sel de sodium d'acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - sel d'hémisodium d'acide 3-(N-Morpholino)propanesulfonique - acide 4-(N-Morpholino)butanesulfonique - sel de potassium d'acide N-(2-Hydroxyethyl)piperazine-N'-(2-ethanesulfonique) - sel d'hémisodium d'acide 4-(2-Hydroxyéthyl)piperazine-1-ethanesulfonique - acide 3-(N,N-Bis[2-hydroxyéthyl]amino)-2-hydroxypropanesulfonique - 2,2-Bis(hydroxyméthyl)-2,2',2"-nitrilo-triéthanol - 1,3-Bis[tris(hydroxyméthyl)méthylamino] propane - 2,2-Bis(hydroxyméthyl)-2,2',2"-nitrilo-triéthanol - acide N,N-Bis(2-hydroxyéthyl)-2-aminoéthanesulfonique - sel de sodium de l'acide N,N-Bis(2-hydroxyéthyl)-2-aminoéthanesulfonique - acide N-(2-Acetamido)iminodiacetique - sel monosodium d'acide N-(2-Acetamido)iminodiacetique - acide N-(2-Acetamido)-2-aminoethanesulfonique - citrate de sodium dibasique. 15. Composé de formule (IV) susceptible d'être obtenu par un procédé mentionné selon l'une quelconque des revendications précédentes.