Brevet FR3014331A1 — publié le 20150612

La présente invention concerne une nouvelle composition catalytique à base de nickel. L'invention concerne également l'utilisation de ladite composition catalytique comme catalyseur de réactions de transformations chimiques. Art antérieur : Il est connu de préparer des compositions catalytiques à base de nickel pour leur application dans divers domaines de la chimie, notamment dans le domaine des transformations catalytiques tels que l'hydroformylation, l'hydrogénation, le couplage croisé, l'oligomérisation des oléfines... On peut citer à titre d'exemples l'article C.R. Acad. Sci. 1967, C103-106 et l'article J. Mol. Catal. A 2001, 169, 19-25 dans lesquels sont décrits des complexes de nickel en présence de monophosphine. Les complexes de nickel-diphosphinamines décrits dans l'art antérieur sont symétriques et préparés au moyen de ligands diphosphinamines dans lesquels les deux atomes de phosphore sont porteurs de groupements identiques de nature aromatique (Eur. J. lnorg. Chem, 2009, 3016-3024, Organometallics, 2001, 20, 47694771). Par exemple, la demande de brevet W001/10876 décrit des complexes de nickel diphosphinamines, les ligands symétriques décrits étant substitués, sur les phosphores, uniquement par des groupements aromatiques et utilisés pour la polymérisation de l'éthylène. Ces systèmes catalytiques sont peu actifs en oligomérisation de l'éthylène et sont généralement utilisés pour la polymérisation de l'éthylène. La demanderesse a trouvé une nouvelle composition catalytique à base de nickel, préparée à partir de ligands iminobisphosphines dissymétriques, dans lesquels un des atomes de phosphore porte au moins un groupement non aromatique et l'autre atome de phosphore porte au moins un groupement aromatique. Il a été trouvé que les compositions, en présence d'un solvant ou pas, présentent une activité et une sélectivité améliorées pour les réactions de transformation catalytique, notamment pour la catalyse de la réaction d'oligomérisation ou de dimérisation des oléfines. Description détaillée de l'invention Composition catalytique Un premier objet de l'invention concerne une nouvelle composition catalytique comprenant : - au moins un précurseur de nickel A, avec - au moins un ligand iminobisphosphine B'2 de formule (R3)N=P(R2)(R'2)- p(Ri)(R,i), dans lequel - les groupements R1 et R'1, identiques ou différents, liés ou non entre eux, sont choisis parmi les groupements non aromatiques, - les groupements R2 et R'2, identiques ou différents, liés ou non entre eux, sont choisis parmi les groupements aromatiques, - R3 est choisi parmi l'hydrogène, les halogènes, les groupements hydrocarbonés aliphatiques, cycliques ou non, contenant ou non des hétéroéléments, les groupements aromatiques contenant ou non des hétéroéléments, substitués ou non, De préférence, les groupements R1 et R'1 sont choisis parmi les groupements non aromatiques et ne contenant pas de silicium. De préférence R' et R'' sont identiques. De préférence, les groupements R1 et R'1 sont choisis parmi les groupements méthyle, éthyle, isopropyle, n-butyle, iso-butyle, tert-butyle, pentyle, cyclohexyle, substitués ou non. De préférence, les groupements R2 et R'2 sont choisis parmi les groupements phényle, o-tolyl, m-tolyl, p-tolyl, mésityle, 3,5-diméthylphényle, 4-méthoxyphényle, 2- méthoxyphényle, 2-isopropoxyphényle, 4-méthoxy-3,5-diméthylphényle, 3,5-ditert- butyl-4-méthoxyphényle, 3,5-bis(trifluorométhyl)phenyle, benzyle, naphthyle, pyridyle, substitués ou non, contenant des hétéro-éléments ou non. De préférence R2 et R'2 sont identiques. Avantageusement, R3 est choisi parmi l'hydrogène, les groupements alcoxy, aryloxy, sulfure, sulfone, sulfonamino, sulfonamido, nitro, carbonyle, amino, amido comprenant ou non des groupements aliphatiques, cycliques ou aromatiques, contenant ou non des hétéroéléments, substitués ou non. Le précurseur de nickel A peut être choisi parmi le chlorure de nickel(11), le chlorure de nickel(11)(diméthoxyéthane), le bromure de nickel(11), le bromure de nickel(11)(diméthoxyéthane), le fluorure de nickel(11), l'iodure de nickel(11), le sulfate de nickel(11), le carbonate de nickel(11), le dimethylglyoxime de nickel(11), l'hydroxyde de nickel(11), l'hydroxyacétate de nickel(11), l'oxalate de nickel(11), les carboxylates de nickel(11) tel que par exemple le 2-éthylhexanoate, les phénates de nickel(11), l'acétate de nickel(11), le trifluoroacétate de nickel(11), le triflate de nickel(11), l'acétylacétonate de nickel(11), l'hexafluoroacétylacétonate de nickel(11), le nickel(0) bis(cycloocta-1,5- diène), le nickel(0) bis(cycloocta-1,3-diène), le nickel(0) bis(cyclooctatétraène), le nickel(0) bis(cycloocta-1,3,7-triène), le bis(o-tolylphosphito)nickel(0)(éthylène), le nickel(0) tétrakis (triphénylphosphite), le nickel(0) tetrakis(triphenylphosphine), le nickel bis(éthylène), le bis(triphenylphosphine)nickel(0)-bis(éthylène), le nickel(0) tétracarbonyle, le bis(triphenylphosphine)nickel(0)-bis(carbonyle), le chlorure de Trallylnickel(l1), le bromure de Tr-allylnickel(11), le dimère du chlorure de methallylnickel(11), l'hexafluorophosphate de n3-allylnickel(11), l'hexafluorophosphate de n3-methallylnickel(11), le bis(cyclopentadienyle) de nickel(11), le bis(allyl)nickel(11), le bis(methallyl)nickel(11) et le 1,5-cyclooctadiényle de nickel(11), sous leur forme hydratée ou non, pris seul ou en mélange. Lesdits précurseurs de nickel peuvent éventuellement être complexés à des bases de Lewis. La préparation des ligands iminobisphosphines B'2 de formule (R3)N=P(R2)(R'2)- P(R1)(R'1) s'effectue selon les méthodes connues de la littérature (Inorg. Chem. 2003, 2125-2130). Les ligands iminobisphosphines B'2 de formule (R3)N=P(R2)(R'2)- P(R1)(R'1) peuvent être préparés et isolés en faisant réagir une amine primaire ou aromatique R3-NH2 et 1 équivalent de chlorophosphine Cl-P(R2)(R'2) et 1 équivalent de chlorophosphine Cl-P(R1)(R'1) introduits successivement en présence de triethylamine. Utilisation de la composition catalytique dans une réaction de transformation chimique La composition catalytique selon l'invention peut être utilisée dans une réaction de transformation chimique, telle que la réaction d'hydrogénation, d'hydroformylation, de couplage croisé ou d'oligomérisation des oléfines. En particulier, la composition catalytique selon l'invention est utilisée dans un procédé d'oligomérisation des oléfines comportant avantageusement 2 à 10 atomes de carbone; de préférence dans un procédé de dimérisation de l'éthylène ou du propylène. La composition catalytique selon l'invention peut être utilisée en mélange avec un composé C appelé agent activateur. Ledit agent activateur est avantageusement choisi dans le groupe formé par les composés tris(hydrocarbyl)aluminium, les composés chlorés ou bromés d'hydrocarbylaluminium, les halogénures d'aluminium, les aluminoxanes, les composés organo-borés, les composés organiques susceptibles de donner ou de capter un proton, pris seuls ou en mélange. Les tris(hydrocarbyl)aluminium, les composés chlorés ou bromés d'hydrocarbylaluminium et les halogénures d'aluminium répondent de préférence à la formule générale AlxRyW, dans laquelle R représente un radical hydrocarboné monovalent contenant par exemple jusqu'à 12 atomes de carbone tel que alkyle, aryle, aralkyle, alkaryle ou cycloalkyle, W représente un atome d'halogène choisi par exemple parmi le chlore et le brome, W étant de préférence un atome de chlore, x prend une valeur de 1 à 2, y et z prennent une valeur de 0 à 3. Comme exemples de tels composés, on peut mentionner le sesquichlorure d'éthylaluminium (Et3Al2C13), le dichlorure de méthylaluminium (MeA1C12), le dichlorure d'éthylaluminium (EtA1C12), le dichlorure d'isobutylaluminium (iBuAlC12), le chlorure de diéthylaluminium (Et2AICI), le triméthylaluminium, le tributylaluminium, le tri-n-octylaluminium et le triéthylaluminium (AI Et3). Dans le cas où ledit agent activateur est choisi parmi les aluminoxanes, ledit agent activateur est avantageusement choisi parmi le méthylaluminoxane (MAO), l'éthylaluminoxane et les méthylaluminoxanes modifiés (MMAO). Ces agents activateurs peuvent être utilisés seuls ou en mélange. De préférence, ledit agent activateur C est choisi parmi le dichloroéthylaluminium (EtAIC12) et le méthylaluminoxane (MAO). Dans le cas où ledit agent activateur est choisi parmi les composés organoborés, ledit agent activateur est de préférence choisi parmi les acides de Lewis de type 15 tris(aryl)borane tels que le tris(perfluorophényl)borane, le tris(3,5- bis(trifluorométhyl)phényl)borane, le tris(2,3,4,6-tétrafluorophényl)borane, le tris(perfluoronaphtyl)borane, le tris(perfluobiphényl)borane et leurs dérivés et les (aryl)borates associés à un cation triphénylcarbénium ou à un cation ammonium trisubstitué tels que le triphénylcarbenium tétrakis(perfluorophényl)borate, le N,N- 20 diméthylanilinium tétrakis(perfluorophényl)borate, le N,N-diéthylanilinium tétrakis(3,5- bis(trifluorométhyl)phényl)borate, le triphénylcarbenium tétrakis(3,5- bis(trifluorométhyl)phényl)borate. Dans le cas où ledit agent activateur est choisi parmi les composés organiques 25 susceptibles de donner un proton, ledit agent activateur est de préférence choisi parmi les acides de formule HY dans lequel Y représente un anion. Dans le cas où ledit agent activateur est choisi parmi les composés organiques susceptibles de capter un proton, ledit agent activateur est de préférence choisi parmi 30 les bases de Bronsted. 301433 1 6 La composition catalytique selon l'invention est avantageusement utilisée dans un procédé d'oligomérisation ou de dimérisation des oléfines, de préférence dans un procédé de dimérisation de l'éthylène ou du propylène. 5 Le solvant du procédé d'oligomérisation ou de dimérisation peut être choisi parmi les solvants organiques et de préférence parmi les éthers, les alcools, les solvants chlorés et les hydrocarbures saturés, insaturés, aromatiques ou non, cycliques ou non. En particulier, ledit solvant est choisi parmi l'hexane, le cyclohexane, le méthylecyclohexane, l'heptane, le butane ou l'isobutane, les monooléfines ou 10 dioléfines comportant de préférence 4 à 20 atomes de carbone, le benzène, le toluène, l'ortho-xylène, le mésitylène, l'éthylbenzène, le dichlorométhane, le chlorobenzène, le méthanol, l'éthanol, purs ou en mélange, et les liquides ioniques. Dans le cas où ledit solvant de réaction est un liquide ionique, il est avantageusement choisi parmi les liquides ioniques décrits dans les brevets US 6,951,831 B2 et FR 2895406 B1. Les compositions catalytiques selon l'invention peuvent être préparées in situ dans la section réactionnelle ou non. L'oligomérisation est définie comme la transformation d'une unité monomère en un composé ou mélange de composés de formule générale CpH2p avec 4 p 80, de préférence avec 4 p 50, de manière préférée avec 4 p 26 et de manière plus préférée avec 4 p 14. Les oléfines utilisées dans le procédé d'oligomérisation ou de dimérisation sont des oléfines comportant de 2 à 10 atomes de carbone. De préférence, lesdites oléfines sont choisies parmi l'éthylène, le propylène, les n-butènes et les n-pentènes, seules ou en mélange, pures ou diluées. Dans le cas où lesdites oléfines sont diluées, lesdites oléfines sont diluées par un ou plusieurs alcane(s), tels qu'on les trouve dans des « coupes » issues des procédés de raffinage du pétrole, comme le craquage catalytique ou le craquage à la vapeur. De manière préférée, l'oléfine utilisée dans le procédé d'oligomérisation ou de dimérisation est de l'éthylène ou du propylène. Lesdites oléfines peuvent venir de ressources non fossiles telles que la biomasse. Par exemple, les oléfines utilisées dans le procédé d'oligomérisation selon l'invention peuvent avantageusement être produites à partir d'alcools, et en particulier par déshydratation des alcools. La concentration du nickel dans la solution catalytique est avantageusement comprise entre 1.10-8 et 1 mol/L, et de préférence entre 1.10-6 et 1.10-2 mol/L. Le rapport molaire entre le ligand B'2 et le précurseur de nickel A est avantageusement compris entre 0,05 et 10, de préférence entre 0,5 et 2 et préférentiellement 1. Le rapport molaire entre l'agent activateur C et le précurseur de nickel est avantageusement compris entre 1/1 et 10000/1, de préférence entre 1/1 et 1000/1 pour les aluminoxanes et de préférence entre 1/1 et 100/1 pour les autres dérivés d'aluminium et les autres acides de Lewis. Le procédé d'oligomérisation ou de dimérisation selon l'invention opère avantageusement à une pression totale comprise entre la pression atmosphérique et 20 MPa, de préférence entre 0,5 et 8 MPa, et à une température comprise entre -40 et +250 °C, de préférence entre -20°C et 150 °C. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. La notation Cy représente le groupement cyclohéxyle. Exemple 1 : Synthèse des ligands Des ligands iminobisphosphines R'-S02-N=P(R2)(R'2)-P(R1)(R'1) sont préparés et isolés en faisant réagir un sulfonamide et 2 équivalents de chlorophosphine (identiques ou différents) en présence de triéthylamine. On exemplifie les ligands 1 et 2 dans lesquels R1=R'1=R2=R'2 (exemples comparatifs) et les ligands 3' et 4' dans lesquels R1=R'l et R2=R'2 et R1 est différent de R2. Les structures des quatre ligands sont représentées ci-dessous. 0 Ph nBu 0 Ph V I Ph k0 I Ph P Ph N POP/Ph N P I Ph I Ph 2 I nBu 3' 0 Ph ") I Ph \ NP\P /1Pr I /Pr nBu 0 Ph k0 I Ph \ P\P /CY I Cy 4' Préparation des compositions Les ligands 1, 2, 3' et 4' sont mis en mélange avec du NiBr2(dme) pour donner les compositions 5, 6, 7' et 8', respectivement. Exemple 2. Oligomérisation de l'éthylène La réaction d'oligomérisation de l'éthylène a été évaluée avec les compositions 5 et 6, 7' et 8' en présence de méthylaluminoxane (MAO) à 45°C et sous 30 bar d'éthylène (1 bar = 0,1 MPa). Conditions opératoires : Le réacteur de 100 mL est séché sous vide à 100°C pendant 2 heures et mis sous pression d'éthylène. Le catalyseur est introduit (0,1 mmol dans 8 mL de toluène) suivi par le méthylaluminoxane (2 mL, 10% dans le toluène, 300 éq.). La température et la pression sont fixées à 45°C et 30 bar. L'agitation est mise en route (t=0). Après le temps de réaction défini, le réacteur est refroidi à température ambiante et dépressurisé sous agitation. La phase liquide est neutralisée avec H2SO4 aqueux et est analysée par GC. Pour les compositions 5 et 6 activés par le MAO (300 éq.), la consommation d'éthylène est considérée comme négligeable (activité catalytique inférieure à 106gc2H4/(molNi.h)). Les compositions 7' et 8', activées par le MAO sont très actives en oligomérisation de l'éthylène (activité supérieure à 4.106 gc2H4/(molN.h)) et aucun polymère n'est formé. Les analyses GC confirment que les produits formés sont principalement des butènes et des hexènes. Les résultats figurent dans le tableau 1. Tableau 1.0ligomérisation de l'éthylène catalysée par 5, 6, 7' et 8'.a Compo- Temps Conso. Entrée Activitéb Distribution en oligomères [% pds] sition (min.) C2H4 (g) C4c C6c C8±c 1-C4d 2-C4d le 5 22 n.d.f - - - - - 2e 6 20 n.d.f - - - - - 3 7' 45 36,2 4,8. 106 71,7 17,9 10,4 20,9 79,1 4 8' 48 32,7 4,1. 106 69,2 19,7 11,1 22,2 77,8 a Conditions de réaction : nni =10 !mol, co-catalyseur : MAO (300 éq.), 30 bar C2H4, 45°C, solvant : toluène (50 mL). b gC2H4/(MOINi.h). c Déterminé par GC, % pds / tous les oligomères. d % pds / aux autres produits de la coupe C4. e Exemples comparatifs. f non déterminé: consommation d'éthylène négligeable, activités observées Les compositions 7' et 8' comprenant les ligands dissymétriques 3' et 4', respectivement conduisent à des performances très supérieures en termes d'activité par rapport aux compositions 5 ou 6 comprenant les ligands symétriques 1 et 2. Les exemples ci-dessus démontrent que les compositions catalytiques utilisées dans le procédé selon l'invention présentent une activité et une sélectivité améliorées pour l'oligomérisation des oléfines comportant de préférence 2 à 10 atomes de carbone, plus particulièrement pour la dimérisation des oléfines comportant de 2 à 10 atomes de carbone.10 REVENDICATIONS1. Composition catalytique comprenant : - au moins un précurseur de nickel A, avec - au moins un ligand iminobisphosphine B'2 de formule (R3)N=p(R2)(R,2)- P(R1)(R'1), dans lequel - les groupements R1 et R'1, identiques ou différents, liés ou non entre eux, sont choisis parmi les groupements non aromatiques, - -les groupements R2 et R'2, identiques ou différents, liés ou non entre eux, sont choisis parmi les groupements aromatiques, - -R3 est choisi parmi l'hydrogène, les halogènes, les groupements hydrocarbonés aliphatiques, cycliques ou non, contenant ou non des hétéroéléments, les groupements aromatiques contenant ou non des hétéroéléments, substitués ou non. 2. Composition selon la revendication 1 dans lequel les groupements R1 et R'1 sont choisis parmi les groupements non aromatiques et ne contenant pas de silicium. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les groupements R1 et R'1 sont choisis parmi les groupements méthyle, éthyle, isopropyle, n-butyle, iso-butyle, tert-butyle, pentyle, cyclohexyle, substitués ou non. 4. Composition selon l'une des revendications précédentes dans lequel les groupements R2 et R'2 sont choisis parmi les groupements phényle, o-tolyl, m-tolyl, p- tolyl, mésityle, 3,5-diméthylphényle, 4-méthoxyphényle, 2-méthoxyphényle, 2- isopropoxyphényle, 4-méthoxy-3,5-diméthylphényle, 3,5-ditert-buty1-4- méthoxyphényle, 3,5-bis(trifluorométhyl)phenyle, benzyle, naphthyle, pyridyle, substitués ou non, contenant des hétéro-éléments ou non.30 5. Composition selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un composé C choisi dans le groupe formé par les composés tris(hydrocarbyl)aluminium, les composés chlorés ou bromés d'hydrocarbylaluminium, les aluminoxanes, les composés organo-borés, les composés organiques susceptibles de donner ou capter un proton, pris seuls ou en mélange. 6. Procédé d'oligomérisation d'une charge d'oléfines comprenant la mise en contact de ladite charge avec la composition selon l'une des revendications 1 à 5, en présence ou pas de solvant. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel les oléfines sont choisies parmi l'éthylène, le propylène, les n-butènes et les n-pentènes, seules ou en mélange, pures ou diluées. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 à 7 dans lequel le nickel est présent dans une concentration comprise entre 1.10-8 et 1 mol/L. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel on opère à une pression totale comprise entre la pression atmosphérique et 20 MPa et à une température 20 comprise entre -40 et +250°C. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel la réaction est une réaction de dimérisation. 25 11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel la réaction est une réaction de dimérisation de l'éthylène ou du propylène.