Brevet FR3075198A1 — publié le 20190621

PROCEDE D'HYDROXYLATION D'UN COMPOSE AROMATIQUE La presente invention concerne un procede d'hydroxylation d'un compose aromatique 5 comprenant au moins un groupe alcoxy par reaction dudit compose aromatique avec du peroxyde d'hydrogene en presence d'un catalyseur. Les composes aromatiques hydroxyles sont importants dans le domaine de la synthese organique. Differentes voies de synthese de ces produits ont ete developpees au cours du 10 temps, en particulier par hydroxylation du phenol en presence d'un catalyseur. Par exemple, la reaction d'hydroxylation du phenol conduit a la production de deux isomeres, a savoir le 1,4-dihydroxybenzene ou hydroquinone (HQ) et le 1,2-dihydroxybenzene ou catechol (PC), qui sont des composes ayant un fort potentiel industriel. Ces composes aromatiques hydroxyles sont utilises dans de nombreux domaines d' applications telles que les inhibiteurs 15 de polymerisation, les agents pharmaceutiques, les agents agrochimiques, la parfumerie ou l' industrie alimentaire. Compte tenu de ce large domaine d'exploitation, it est necessaire de fabriquer ces produits a l' echelle industrielle et de disposer de procedes de fabrication optimises. Conventionnellement, des composes aromatiques dihydroxyles sont produits par 20 hydroxylation de phenol avec du peroxyde d'hydrogene en presence d'un catalyseur acide qui est un acide protique fort (voir FR 2 071 464) ou en presence d'un catalyseur solide presentant des proprietes acides tel que, par exemple, un catalyseur solide presentant des proprietes acides telles que, par exemple, une zeolite TS-1 (FR 2 489 816), ou une zeolite titanosilicalite MEL (EP 1 131 264), une zeolite titanosilicalite MFI (EP 1 123 159) ou une 25 zeolite MCM-22. Une des difficultes de ces procedes est generalement d'optimiser la productivite de la reaction pour repondre a la demande desdits composes aromatiques hydroxyles. Les parametres optimises peuvent comprendre les rendements de reaction, le rapport entre les isomeres aromatiques hydroxyles, ou l'efficacite energetique de la reaction. 30 Afin de repondre a ce probleme general de productivite, de nombreux documents mentionnent des conditions de reaction specifiques. Par exemple, la nature du solvant ou des solvants utilises pour la reaction est decrite dans la publication scientifique de Thangaraj et al., Indian Journal of Chemistry, vol. 33A, Mars 1994, p. 255-258. -2- Dans ces circonstances, la presente invention resout le probleme de fournir un procede de production d'un compose aromatique hydroxyls comprenant au moins un groupe alcoxy, de preference de production d'un compose aromatique monohydroxyle, le procede etant hautement selectif pour un isomere par rapport a l' autre isomere, tout en limitant la quantite de sous-produits formes et en maintenant un rendement eleve et une productivite elevee. La reaction de la presente invention peut egalement etre ajust& afin de selectionner l'isomere majeur. En effet, suivant l'utilisation finale du compose aromatique hydroxyls, un seul isomere peut etre requis. Par exemple, pour la synthese de guaifenesine, de vanilline ou d'ethylvanilline, le guaiacol ou le guethol seraient necessaires, qui sont les produits ortho- hydroxyles respectifs de l'anisole et du phenetol, tandis que pour des fonctionnalites d'inhibiteur de polymerisation, le para-methoxyphenol serait utilise, qui est un produit de para-hydroxylation de l'anisole. La presente invention concerne un procede d'hydroxylation d'un compose aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy, comprenant une etape (a) de reaction dudit compose aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde d'hydrogene en presence d'un catalyseur, dans un solvant comprenant de l'eau, un alcool, ou un mélange d' alcools . Un autre objet de la presente invention concerne un compose aromatique hydroxyls 20 comprenant au moins un groupe alcoxy pouvant etre obtenu par le procede de la presente invention. Dans la presente description, et sauf indication contraire, l'expression « compris entre ... et ... » inclut les limites. 25 Dans la presente description, et sauf indication contraire, l'expression « alkyle designe une chaine hydrocarbon& lineaire ou ramifiee, satur& ou insaturee, comprenant de 1 a 6 atomes de carbone. Dans la presente description, et sauf indication contraire, l'expression « alcoxy » represente un groupe alkyle lie a un atome d'oxygene : R-0. 30 Un premier aspect de la presente invention concerne un procede d'hydroxylation d'un compose aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy, comprenant l'etape (a) de reaction dudit compose aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde -3- d'hydrogene en presence d'un catalyseur, dans un solvant comprenant de l'eau, un alcool ou un mélange d'alcools. L'etape (a) est une reaction d'hydroxylation d'un compose aromatique, comprenant au moins un groupe alcoxy. L'etape (a) conduit typiquement a la formation de composes 5 aromatiques hydroxyles sous la forme d'isomeres. Avantageusement, le procede selon la presente invention permet de prevoir le rapport entre les isomeres. Le compose aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy selon la presente invention est un compose de formule (I) dans lequel R est un groupe alkyle lineaire ou ramifie, sature ou insature comprenant de 1 a 6 atomes de carbone, de preference R est choisi 10 dans le groupe constitue de methyle, ethyle, isopropyle, butyle, tert-butyle, de maniere prefer& le groupement R est choisi dans le groupe constitue de methyle ou ethyle. OR Formula (I) Dans un aspect prefere de la presente invention, le compose de formule (I) est substitue par 1 ou 2 groupes alcoxy, dans un aspect prefere, le compose de formule (I) est 15 substitue par 1 groupe alcoxy. Par consequent, dans un aspect prefere de la presente invention, le compose de formule (I) est choisi dans le groupe constitue de l'anisole ou du phenetol. Facultativement, le compose de formule (I) peut etre substitue par d'autres groupes, par exemple le compose aromatique substitue comprenant au moins un groupe alcoxy peut comprendre en outre un groupe alkyle facultativement substitue par des heteroatomes. Par exemple, le compose de formule (I) peut etre substitue une, deux, trois ou quatre fois par un groupe choisi parmi methyle, ethyle, propyle, butyle. Lorsque le compose de formule (I) est l'anisole ou le phenetol, les reactions et produits sont decrits dans le schema 1 : -4- OMe OMe OMe H202 OH + H2O + Anisole OEt OEt OEt H202 + H20 Phenetol Schema 1 La reaction d'hydroxylation (etape(a)) permet, dans le cas de l'anisole, de produire un mélange de guaiacol (GA) et de para-methoxyphenol (PMP), et dans le cas du phenetol, de 5 produire un mélange de guetol (GE) et de para-ethoxyphenol (PEP). Plus generalement la reaction d'hydroxylation permet la production de mélange d'ortho-alcoxyphenol et de paraalcoxyphenol. Avantageusement, le procede selon la presente invention permet de selectionner le rapport ortho/para souhaite. De preference, le rapport ortho/para est inferieur a 1, plus preferablement inferieur ou egal a 0,7, encore plus preferablement inferieur ou egal a 10 0,4, et de maniere prefer& entre toutes inferieur ou egal a 0,2. Dans un mode de realisation prefere, le rapport molaire GA/PMP est inferieur a 1, plus preferablement inferieur ou egal a 0,7, encore plus preferablement inferieur ou egal a 0,4, et de maniere prefer& entre toutes inferieur ou egal a 0,2. Dans un autre mode de realisation prefere, le rapport molaire GE/PEP est inferieur a 1, plus preferablement inferieur ou egal a 0,7, encore plus preferablement 15 inferieur ou egal a 0,4, et de maniere prefer& entre toutes inferieur ou egal a 0,2. La presente invention peut etre conduite par l'un quelconque parmi un procede discontinu, un procede semi-discontinu et un procede a flux continu. Differents types de reacteur peuvent etre utilise pour conduire le procede selon l'invention. Avantageusement, le procede selon l'invention est conduit dans un reacteur agite ou une cascade de reacteurs 20 agites ou, en variante, dans un reacteur a ecoulement piston, par exemple un reacteur tubulaire place horizontalement, verticalement ou incline. De preference, le catalyseur de la presente invention est un catalyseur heterogene, de preference une zeolite comprenant du titane et, plus preferablement, une zeolite titanosilicate, de preference choisie dans le groupe constitue de MFI, MEL, TS-1, TS-2, Ti-MWW, Ti-MCM68, et encore plus preferablement TS-1. De preference, la zeolite a un rapport molaire Ti/(Ti+Si) de 0,0001 a 0,10 et de -5- preference de 0,0001 a 0,05, par exemple de 0,005 a 0,04. Le titanosilicalite peut etre prepare par un procede publiquement connu quelconque. Bien que le catalyseur au titanosilicate puisse etre utilise tel quel, celui-ci peut etre utilise apres avoir ete moule. En tant que procede pour mouler le catalyseur, le moulage par extrusion, la fabrication de comprimes, la 5 granulation par culbutage, la granulation par pulverisation ou similaire est generalement utilise. Lorsque le catalyseur est utilise dans le procede a lit fixe, le moulage par extrusion ou la fabrication de comprimes est preferable. Dans le cas du procede a lit en suspension, la granulation par pulverisation est preferable et, comme decrit dans, par exemple, US 4 701 428, un procede comprenant le mélange d'une suspension de titanosilicate preparee 10 a l'avance avec un liant, par exemple la silice ou l'alumine et la conduite d'une granulation par pulverisation en utilisant un sechoir a pulverisation est un procede general. Avantageusement, si la reaction est conduite en suspension concentree, la quantite du catalyseur au titanosilicate utilise est de preference dans la plage de 0,1 a 30 % en masse, plus preferablement 0,5 a 20 % en masse, et de maniere prefer& entre toutes 1 to 20 % en masse 15 en termes de rapport externe sur la base de la masse totale du milieu de reaction. Lorsque la quantite du catalyseur n'est pas inferieure a 0,1 % en masse, de preference pas inferieure a 0,5 % en masse, plus preferablement pas inferieure a 1 % en masse, la reaction est complete dans un temps court et la productivite est augmentee, de sorte qu'une telle quantite est preferable. Lorsque la quantite de celui-ci n'est pas superieure a 30 % en masse, de 20 preference pas superieure a 20 % en masse, la quantite du catalyseur devant etre separee et recuperee est faible, de sorte qu'une telle quantite est preferable. De preference, l' agent oxydant est utilise dans un rapport molaire par rapport au compose aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy, de de 0,005 a 0,60, de preference de 0,05 a 0,50 et encore plus preferablement de 0,15 a 0,35. Bien que la 25 concentration de peroxyde d'hydrogene utilisee ne soit pas specifiquement restreinte, une solution aqueuse usuelle ayant une concentration de 30 % peut etre utilisee, ou une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogene d'une concentration superieure peut etre utilisee telle quelle ou peut etre utilisee apres avoir ete diluee avec un solvant qui est inerte dans le systeme de reaction. Des exemples du solvant utilise pour la dilution comprennent un alcool, de preference choisi dans le groupe constitue du methanol, de methanol, de l'isopropanol, du n-butanol ou du tert-butanol et de l'eau. Suivant le choix du mode de reaction, le peroxyde d'hydrogene peut etre ajoute en une fois ou peut etre ajoute petit a petit sur une longue duree. Avantageusement, le procede de la presente invention est conduit dans un solvant comprenant de l'eau, un alcool ou un mélange d' alcools. De preference, l'alcool est choisi -6- parmi des alcools ayant 1 a 6 atomes de carbone, de preference des alcools comprenant un atome de carbone tertiaire ou quaternaire. Des exemples d'alcools comprenant un atome de carbone tertiaire ou quaternaire comprennent le tert-butanol, le 2-methyl-1-propanol, le 2- methy1-1-butanol, le 3-methyl-1-butanol, le 2,2-dimethylpropanol, le 2-methyl-2-butanol et le 5 3-methyl-2-butanol. Parmi ceux-ci, le tert-butanol, le 2,2-dimethyl-l-propanol et l'isopropanol sont preferables. Le solvant peut etre utilise seul ou en presence d'un co-solvant. Le co-solvant peut etre choisi parmi l eau, l'acetone, l'acetonitrile, le 1,4-dioxane ou un autre alcool, de preference choisi dans le groupe constitue du methanol, de methanol, de l'isopropanol, du n-propanol, du n-butanol ou du tert-butanol. Avantageusement, le rapport 10 en masse entre le solvant et le co-solvant utilise dans la reaction est comprise entre 1:99 et 99:1, de preference entre 10:90 et 90:10. La quantite de l'alcool ou mélange d'alcools utilisee est de preference dans la plage de 1 a 90 % en masse, plus preferablement 3 a 50 % en masse, sur la base de la masse totale du liquide de reaction. La quantite d'eau utilisee dans la presente invention peut etre l eau contenue dans la 15 solution aqueuse de peroxyde d'hydrogene. La quantite d'eau est, de preference, dans la plage de 5 a 90 % en masse, plus preferablement dans la plage de 8 a 90 % en masse, encore plus preferablement dans la plage de 8 a 85 % en masse sur la base de la masse totale du liquide de reaction. La temperature de la reaction peut etre superieure ou egale a 30 °C, de preference 20 superieure ou egale a 40 °C. La temperature de la reaction peut etre inferieure ou egale a 130 °C, de preference inferieure ou egale a 100 °C. La reaction peut etre conduite sous pression atmospherique. La reaction peut etre conduite a une pression egale ou inferieure a 10 bar, de preference egale ou inferieure a 6 bar. La presente reaction peut etre conduite de fawn discontinue, ou peut etre conduite de 25 fawn semi-discontinue, ou peut etre conduite en continu, par exemple dans un modele de reacteur a ecoulement piston de type a ecoulement a lit fixe. De plus, une pluralite de reacteurs peuvent etre raccordes en serie et/ou en parallele. Le nombre de reacteurs est, de preference, de 1 a 4 du point de vue du coot d' equipement. Lorsqu'une pluralite de reacteurs sont utilises, le peroxyde d'hydrogene peut etre place de fawn divisee dans ceux-ci. 30 Lorsque la presente reaction est conduite dans un mode en suspension concentree, it est preferable qu'une etape de separation du catalyseur a partir du liquide de reaction soit incluse. Pour la separation du catalyseur, une separation par precipitation, un filtre centrifuge, un filtre a bande sous vide, un filtre a pression, un filtre-presse, un filtre a toile, un filtre rotatif ou similaire est utilise, que ce soit dans la configuration horizontale ou verticale. Dans -7- le cas d'un filtre continu tel qu'un filtre rotatif, une suspension concentree de catalyseur, qui est celle obtenue apres qu'une phase liquide alt ete prelevee a partir du liquide de reaction contenant le catalyseur, peut etre utilise pour la reaction a nouveau. Lorsque la reaction est conduite en continu, la phase liquide est prelevee en continu. Lorsque le catalyseur est separe 5 non sous la forme d'une suspension, mais sous la forme d'un gateau, it peut etre utilise pour la reaction a nouveau tel quel, ou bien it peut etre utilise pour la reaction a nouveau apres avoir ete soumis a un traitement de regeneration. Le traitement de regeneration comprend des stapes multiples de lavage du catalyseur, d'inertisation, d'evaporation du solvant, d'oxydation de depot organique controlee. Pour le traitement de regeneration, un sechoir a 10 plateaux, un sechoir a bande, un sechoir rotatif, un sechoir a pulverisation, un sechoir instantane ou similaire est utilise. Le traitement de regeneration peut etre conduit dans une atmosphere d'un gaz inerte tel que l'azote, une atmosphere d'air, une atmosphere d'air dilue avec un gaz inerte, de preference la quantite d'oxygene pendant le traitement de regeneration est controlee, la quantite d'oxygene est generalement inferieure a 10 %, de preference 15 inferieure a 8 %, de maniere prefer& entre toutes inferieure a 5 %, une atmosphere de vapeur d'eau, une atmosphere de vapeur d'eau diluee avec un gaz inerte, ou similaire. La temperature de sechage est, de preference, de 60 a 800 °C, de fawn particulierement preferable de 100 a 700 °C, de maniere prefer& entre toutes de 150 °C a 650 °C. Lorsque la temperature de regeneration est cette temperature, les substances organiques ayant adhere 20 peuvent etre eliminees sans degradation significative des performances du catalyseur. Le traitement de regeneration peut egalement etre conduit par combinaison d'une pluralite de regions de temperature differentes. La regeneration peut etre effectuee a une frequence donnee sur la charge catalytique totale ou uniquement sur une partie de celui-ci apres une separation du milieu de filtration. La partie peut etre dans la plage de 1 a 50 % de la charge 25 catalytique, de preference de 2 a 40 %, plus preferablement de 5 a 20 % de la charge catalytique. Afin de compenser la desactivation irreversible au cours du temps du catalyseur, du catalyseur frais peut etre introduit pour maintenir les performances. La quantite de catalyseur frais est dans la plage de 0 a 20 %, telle qu'exprimee en fonction de la quantite totale de catalyseur, plus preferablement de 0,2 a 10 %, encore plus preferablement de 0,5 a 30 2 %. Afin d'obtenir un compose aromatique hydroxyls comprenant au moins un groupe alcoxy a partir du liquide de reaction, un traitement de purification tel que la separation des composants n'ayant pas reagi et des sous-produits peut etre conduit sur le liquide de reaction ou un liquide separe contenant un compose aromatique hydroxyls comprenant au moins un -8- groupe alcoxy, ledit liquide separe etant celui apres separation du catalyseur. Le procede selon la presente invention peut comprendre en outre une etape (b) de purification de la composition obtenue apres l'etape (a). Le traitement de purification peut etre conduit plus preferablement sur le liquide separe contenant un compose aromatique hydroxyls comprenant 5 au moins un groupe alcoxy, ledit liquide separe etant celui apres separation du catalyseur. Le procede pour le traitement de purification n'est pas specifiquement limits, et des exemples specifiques des procedes comprennent la decantation, l'extraction, la distillation, la cristallisation et des combinaisons de ces procedes. Le procede, la procedure du traitement de purification ne sont pas specifiquement limites, mais par exemple, le procede suivant permet 10 de purifier le liquide de reaction et le liquide separe contenant un compose aromatique hydroxyls comprenant au moins un groupe alcoxy, ledit liquide separe etant obtenu apres separation du catalyseur. Le procede selon la presente invention peut comprendre en outre une etape (c) de faconnage de la composition obtenue apres l'etape (a) ou (b) sous la forme d'une poudre 15 amorphe ou cristallisee, de billes, de perles, de pastilles, de granules ou de flocons. Un autre objet de la presente invention concerne un compose aromatique hydroxyls comprenant au moins un groupe alcoxy obtenu par le procede de la presente invention. Le compose aromatique hydroxyls obtenu par le procede de la presente invention contient 20 certaines impuretes qui sont derivees du procede decrit dans la presente invention et, en particulier, derivees de l'utilisation d'un REVENDICATIONS1. Procede d'hydroxylation d'un compose aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy comprenant une etape (a) de reaction dudit compose aromatique comprenant au moins un groupe alcoxy avec du peroxyde d'hydrogene en presence d'un catalyseur, dans un solvant comprenant de l'eau, un alcool ou un mélange d'alcools. 2. Procede selon la revendication 1 dans lequel le catalyseur est un catalyseur heterogene, de preference une zeolite comprenant du titane, et plus preferablement TS-1, TS-2, Ti-MWW, Ti-MCM68, et encore plus preferablement TS-1. 3. Procede selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le solvant est choisi parmi des alcools ayant 1 a 6 atomes de carbone, de preference des alcools comprenant un atome de carbone tertiaire ou quaternaire, plus preferablement l'isopropanol, le 2,2- dimethylpropanol ou le tert-butanol. 4. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, dans lequel le solvant comprend un co-solvant choisi dans le groupe constitue de l'eau, l'acetone, l'acetonitrile, le 1,4-dioxane ou un autre alcool, de preference choisi parmi l'eau, le methanol, l'ethanol, l'isopropanol, le n-propanol, le n-butanol ou le tert-butanol. 5. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 4 comprenant une etape additionnelle (b) de purification de la composition obtenue apres l'etape (a). 6. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 5 comprenant une etape (c) de faconnage de la composition obtenue apres l'etape (a) ou (b) sous la forme d'une poudre amorphe ou cristallisee, de billes, de perles, de pastilles, de granules ou de flocons. 7. Compose aromatique hydroxyls comprenant au moins un groupe alcoxy obtenu par le procede defini dans les revendications 1 a 6.