CH270252A - Procédé de préparation d'esters à point d'ébullition élevé d'acides polycarboxyliques et d'alcools aliphatiques non-saturés. - Google Patents

Procédé de préparation d'esters à point d'ébullition élevé d'acides polycarboxyliques et d'alcools aliphatiques non-saturés.

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CH270252A
CH270252A CH270252DA CH270252A CH 270252 A CH270252 A CH 270252A CH 270252D A CH270252D A CH 270252DA CH 270252 A CH270252 A CH 270252A
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diether
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American Cyanamid Co
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Description


      Procédé   <B>de préparation d'esters à point d'ébullition élevé d'acides</B>     polycarboxyliques     <B>et d'alcools</B>     aliphatiques   <B>non-saturés.</B>    La présente invention se rapporte à la  préparation d'esters à point. d'ébullition élevé  d'acides     polycarboxyliques    et d'alcools alipha  tiques non-saturés.  



  Il est connu de préparer de tels esters par  estérification directe de l'acide, en présence  ou en l'absence d'un catalyseur d'estérifica  tion approprié. On a obtenu dans certains cas  un rendement satisfaisant en ester eu égard à.  la quantité d'acide utilisée, mais souvent aux  dépens de l'alcool dont on emploie générale  ment un grand excès. Dans certains     cas,    l'esté  rification est. incomplète et le rendement. en  ester n'est     aucunement.    satisfaisant, soit.     pour     cette raison, soit. à cause de l'instabilité de  l'ester une fois formé dans les conditions de  la réaction.  



  La présente invention, qui réside en un       perfectionnement    de ce procédé connu, permet       d'abaisser    le taux de transformation de l'al  cool en son     diéther    et de produire un ester  de     grande    pureté, en évitant la formation de  quantités notables de produits de polyméri  sation dudit     ester.     



       Conformément    à l'invention,     oti    prépare    des esters à point. d'ébullition élevé d'acides       poly        carboxyliques    et d'alcools     aliphatiquesnon-          saturés,    en faisant. réagir un alcool alipha  tique     non-saturé    avec un .acide     poly    carboxy  lique ou son anhydride en présence d'une  quantité notable du     diéther    correspondant  audit alcool aliphatique non-saturé.

   La titu  laire a découvert que cette addition de     di-          éther    au mélange réactionnel diminue sensi  blement la quantité d'alcool qui est trans  formé en éther dans les conditions de la  réaction.  



  L'exemple suivant se réfère à une réalisa  tion particulière de l'invention; les propor  tions     @-        désignent.    des poids sauf indications  contraires.  



  <I>Exemple:</I>  On     char--e    dans une chaudière chauffée,  munie d'un dispositif de reflux, 184 parties  d'anhydride phtalique, 158     parties    d'alcool       allylique    et 1,7 parties d'acide     toluène-sulfo-          nique    et on chauffe jusqu'à. formation d'une  solution et commencement du reflux.

   Cette  période de chauffage     entraine    la formation  d'un ester acide conformément 'a     l'équation:     
EMI0001.0033     
    On poursuit le reflux jusqu'à ce que la  température atteigne 120  C et, à ce moment,    on ajoute sous un débit nécessaire pour main  tenir le reflux, un mélange formé en poids           de        31,4%        d'alcool        allylique,        65,71/o        d'éther          diallylique        et        2,

  9%        d'eau        additionnée        de     1,17% d'acide     tolilène-sulfonique.    Les     vapeurs     du mélange réactionnel soumis au reflux qui  traversent la colonne de     reflua,    vapeurs qui  constituent un mélange ternaire à point       d'ébullition    constant, passent dans un     conden-          seur    et le     condensat    s'écoule par un robinet  dans un décanteur où il se sépare en deux cou  ches.     Les    vapeurs     condensées    qui n'atteignent.

    pas le     condenseur    retournent à la chaudière.  



  Le procédé est continu. La couche     llifé-          rieiire    du décanteur est peu abondante; elle  contient     101/o    d'alcool allylique,<B>0,50/ô</B> d'éther       diallylique        et        89,5%        d'eau;

          cette        couche        est          soutirée.    La couche supérieure, qui constitue  la plus forte portion du distillat et contient       8,61/o    d'alcool allylique,     901/o    d'éther     dially-          lique    et     1,41)/o    d'eau, est renvoyée     ail    sommet  de la colonne en tant que liquide de reflua.  On poursuit l'opération de cette manière jus  qu'à ce que la réaction soit complète; on ob  tient une     transformation    de 94 à     951/ &     en       24-26    heures.  



  L'ester brut obtenu est alors purifié de  la manière suivante: On ajoute à l'ester brut,       dans    la chaudière, 3,4 parties de solution de  carbonate de sodium à     201/o    pour neutraliser  le catalyseur à base d'acide     toluène-sulfonique     et on distille le produit pour en     éliminer     la fraction à faible point d'ébullition     (maxi-          ini    in 140' C     sous    100 min de mercure).  



  L'acidité de la fraction restante est alors  complètement neutralisée par addition de  28,7 parties .de solution de carbonate de so  dium à 20% puis, la température étant main  tenue entre 70 et 800 C, le produit est trans  féré de la chaudière     dans        lin    centrifugeur où  se produit la séparation de l'eau d'avec     l'ester,     encore impur. Le produit centrifugé est alors  chargé dans la chaudière et chauffé à 1200 C,  température à laquelle on     insuffle    de l'air  pendant 1     heure.    La charge est .de nouveau  centrifugée pour enlever     .les    sels restant.  



  Le     phtalate        diadlylique    obtenu, qui peut  contenir une très petite proportion de poly  mère et certaines impuretés lui communiquant  une coloration, avec éventuellement des traces         d'eau    et (ou) d'alcool, est. alors transféré dans  un appareil de distillation duquel il est en  voyé sous pression     dans    des tubes chauffés à  la vapeur. Le liquide, sous pression et à la  température d'environ 1500 C, est envoyé dans  un appareil de  vaporisation éclair  qui est  maintenu sous une dépression d'environ 1 mm  de mercure.

   Une quantité relativement petite  d'ester se vaporise vers 1250 C et passe dans  in condenseur d'où, après condensation, elle  s'écoule dans un récepteur.- La matière non  vaporisée retourne à     l'appareil    .de     distillation     par des tubes     refroidis    par de l'eau.  



  Le     phtalate        diallylique    purifié     ainsi    ob  tenu est un produit. incolore légèrement. acide,  de densité 1,122 et     d'iin    point     d'ébullition     d'environ 1200 C sous<B>0,7</B> mm de mercure.  



  L'alcool     allylique    forme avec l'eau un mé  lange binaire à point .d'ébullition constant  dont la composition est de     72,30./o        d'alcool     allylique et     27,70io    d'eau, le point d'ébullition  étant de 880 6 C.

   On peut utiliser cette pro  priété, si on le désire, pour récupérer l'alcool  allylique contenu dans la couche inférieure du  décanteur, qui comporte principalement de  l'eau et est normalement. rejetée; l'alcool ally  lique contenu     dans    le mélange de produits à  bas point d'ébullition peut. être séparé     ali    cours  du     processus    de purification, le mélange étant  rendu normalement susceptible de réemploi  dans un autre cycle du procédé par simple  addition d'une quantité suffisante d'alcool  allylique pour obtenir la composition optimum  de mélange de charge.

   Le .fractionnement de       la        couche        inférieure        formée        de        89,5%        d'eau,          0,51/o    d'éther     diallylique    et de     101/o    d'alcool  allylique et provenant du décanteur se tra  duit par     lune    concentration considérable de  l'alcool     allylique    avec.

   production     d'un    mé  lange binaire formé de     72,31/o    d'alcool     ally-          lique        et        de        27,7%        d'eau.        Si        on        ajoute        de        l'eau     au mélange de produits à faible point d'ébul  lition à très faible teneur en eau, l'alcool ally  lique peut alors être concentré comme dans  le cas de la couche inférieure provenant du  décanteur, c'est-à-dire être récupéré     sous    forme  du mélange binaire alcool-eau.

   Cette récupé  ration de l'alcool allylique n'est évidemment      pas économique en raison des petites quan  tités d'alcool mises en jeu et du réemploi du  mélange     alcool.-éther-eau    obtenu au cours du  processus de     purification.    La présente inven  tion présente cet. avantage net que le distillat       aleool-éther-eau    peut être employé dans une  autre opération par simple addition d'alcool  frais.  



  Bien que le procédé selon l'invention ait  été décrit d'une manière détaillée dans son  application à la. préparation du     phtalate        di-          allylique,    il peut être appliqué à la prépara  tion de tout     ester    à point     d'ébullition    élevé  d'un alcool aliphatique     non-saturé    et d'un  acide     polycarboxvlique.    C'est     ainsi    que     l'oxa-          late        diallylique,    qui bout à 217"C sous -la  pression atmosphérique, peut     étre    préparé  conformément au présent procédé,

       comme    peu  vent l'être également les polyesters de l'alcool  allylique, du     4-inétliylpentène-3-ol-1.,    du     pen-          tène-4-ol-2    et de l'alcool     crotonique,    avec les  acides oxalique,     inalonique,        suecinique,        adi-          pique,        sébaeidue,        subérique.    citrique,     fumari-           < lue,    maléique, téréphtalique, phtalique,     ben-          zène-tricarboxylique,

          eycloliexane-dicarboxyli-          que,        pyridine-polvearboxylique,    ou     naphta-          lène-polyearboxyl        ique.     



  L'expression      esters    à point d'ébullition  élevé  se réfère aux esters dont le point d'ébul  lition est supérieur à     l.00     C sous une pression  de 1 mm. Les esters entrant clans cette caté  gorie ont un point d'ébullition généralement  compris entre 250 et 275" C environ sous la  pression atmosphérique.  



  On peut utiliser     comme    catalyseur, à la  place de l'acide     toluène-sulfonique,    d'autres  acides     sulfoniques    aromatiques tels que  l'acide     bêta-naplitalène-sulfonique.    des acides       sulfoniques        Halogénés    tels que les acides       chlorobenzène-sulfoniques,    les acides     di-          chlorobenzène-sulfoniques    et.

   les acides     bromo-          naphtalène    -     sulfoniques,    des acides     nitro-          sulfoniques    tels que les acides     nitrobenzène-          sulfoniques    et.

   les acides     nitronaphtalène-sulfo-          niques,        hydroxysulfoniques    tels que les acides       phénol-sulfoniques    et les acides     naphtol.-sulfo-          niqtxès,    des     acides        sulfoniques    polyacides tels  que les acides     benzène-disulfonique    et nitro-         benzène-disulfoniques.    On peut     employer    dans  certains cas des acides minéraux plus forts,  mais on doit prendre soin d'éviter la décom  position explosive de l'alcool non-saturé.

   Quel  ques exemples de ces acides sont les acides sul  furique, phosphorique et     analogues.     



  La titulaire a trouvé que la manière la  plus efficace d'utiliser le catalyseur est de  dissoudre au moins une partie dudit cataly  seur dans le mélange de charge     alcool-éther    au  lieu de l'ajouter en totalité dans la charge  initiale d'acide et d'alcool. Par ce moyen, on  obtient une plus grande vitesse de réaction.  



  Si l'on n'emploie pas de catalyseur, l'esté  rification ne se     produit,    qu'extrêmement lente  ment. C'est ainsi que dans le cas de la prépa  ration du     phtalate        diallylique    à partir de  l'anhydride phtalique et de l'alcool allylique  en l'absence de catalyseur, il ne se produit       que        32%        d'estérification        en        200        heures        de     chauffage à 100  C.

   On peut comparer ce  chiffre avec celui de 95% de transformation  obtenu au bout de 12 heures de chauffage à       140         C        ou        de    9 7     %        après        25        heures        de        chauf-          fage    à 120' C en. présence d'acide     toluène-sul-          tonique    comme catalyseur d'estérification.  



  On peut ajouter à la charge des propor  tions variées du     diéther    3e     l'acool    aliphatique       non-saturé    à     estérifier.    Il est indiqué d'ajou  ter une quantité d'éther représentant environ  40% en poids de l'alcool total utilisé dans  la     réaction    d'estérification.

   On peut toutefois       bénéficier    des avantages spécifiés en employant       une        quantité        d'éther        allant        de        30    à     50        %        envi-          ron    en poids de l'alcool total utilisé.  



  Quand on opère comme dans l'exemple  exposé plus haut, la composition du mélange  d'alcool     non-saturé,        d'éther    et d'eau que l'on  ajoute au départ à la charge d'acide, d'alcool  et de catalyseur d'estérification contenu dans  la chaudière, doit être déterminée pour chaque  cas particulier.

   La titulaire a trouvé par  exemple que, dans la préparation du     phtalate          diallylique,    la composition optimum dudit mé  lange comprend environ â0% d'alcool     allyli-          que,        environ        66        %        d'éther        diallylique        et        envi-          ron        41/o    d'eau.

   Cette proportion peut varier       niais.    pour obtenir une vitesse satisfaisante de      réaction et     une    transformation pratiquement  totale d'ester, la teneur en éther     diallylique     doit être maintenue dans ce mélange à envi  ron 700%.  



  La présente invention présente cet avan  tage que l'on peut réaliser d'une manière plus  économique le processus d'estérification d'un       alcool.    aliphatique     non-saturé    et d'un acide       polycarboxylique    en raison de ce que l'addi  tion au mélange d'estérification d'une     certaine     quantité du     diéther    correspondant à l'alcool       non-saturé    à estérifier diminue considérable-    ment la. perte d'alcool     résultant    de la forma  tion du     diéther.    C'est.

   ainsi que, dans l'esté  rification directe de l'anhydride phtalique et  de l'alcool allylique en présence     d'iui    cataly  seur, mais en l'absence de toute addition  d'éther     diallylique,    on réalise un taux d'estéri  fication de     971/o    par rapport à l'anhydride  phtalique après 25 heures de réaction à 120  C.

    En revanche, il se produit une perte d'alcool       de        21    à     24%,        par        suite        de        la        formation     d'éther, conformément à l'équation  
EMI0004.0022     
  
    2CHZ=CHCH20yI <SEP> ) <SEP> (CH2 <SEP> = <SEP> CHCH2)=0 <SEP> +H20       Le pourcentage de perte d'alcool représente  le nombre de parties d'alcool     allylique    décom  posé pour 100 parties d'alcool consommé et  non récupérable par distillation.

   De même,  après 12 heures de chauffage à 1400C, une  transformation de     951/o    rapportée à l'anhy  dride phtalique est accompagnée par     une          perte        de        28    à     29%        d'alcool.        Les        températures          inférieures    à 1200 C     donnent        une    vitesse plus  faible de décomposition, mais la. durée de  l'estérification est augmentée     d'une    manière  correspondante et la décomposition totale de  l'alcool en éther est relativement la même.

    Quand on applique le procédé de la présente  invention à la préparation de     phtalate        dially-          lique    et quand on ajoute progressivement à    la charge d'alcool allylique et d'anhydride  phtalique, en présence d'un catalyseur     d'esté-          rification,        une        charge        contenant        environ        30%     d'alcool allylique, 66% d'éther     diallylique    et       environ        4%        d'eau,

          on        -.obtient        une        transfor-          mation    de 94 à     951/o    par rapport à l'anhy  dride phtalique après chauffage pendant     2-1     à 26 heures à 1200 C, avec seulement une perte       de    7 à 8     %        d'alcool        par        décomposition        en     éther. Cela représente un rendement total de       901/o.     



  Comme dans toute réaction d'estérifica  tion, il est nécessaire que l'eau     produite    soit  éliminée pour que la réaction soit complète.  Dans la préparation du     phtalate        diallylique,     il s'établit par exemple l'équilibre suivant  
EMI0004.0068     
    L'eau qui prend naissance peut. être éliminée  efficacement de plusieurs manières.

   Tout  d'abord, l'eau peut être balayée par l'excès  d'alcool en profitant du fait que l'alcool     ally-          lique    et l'eau forment un mélange binaire à       point        d'ébullition        constant        contenant        72,3%          d'alcool        allylique        et        27,

  7%        d'eau.        L'eau        peut          aussi    être enlevée par addition au mélange ré  actionnel d'un     entraîneur    formant un mélange    ternaire à point d'ébullition constant avec,  l'alcool et l'eau.

   Diverses substances telles que  le benzène, le toluène, le trichloréthylène,  l'éther     isopropylique    et l'éther     diallylique     peuvent servir d'entraîneurs d'eau dans le  présent procédé, mais, en raison de ce qu'il  se forme de petites quantités d'éther     dially-          liqiie    au cours de la réaction et que l'on ajoute  délibérément de l'éther     diallylique    au milieu      réactionnel, cet éther constitue l'entraîneur le  plus économique et le plus efficace de l'eau  formée au cours de la réaction.

   L'éther     dially-          lique    forme avec l'alcool et l'eau un mélange  ternaire à point d'ébullition constant et cons  titue par conséquent un agent déshydratant  efficace.  



  On a trouvé que, pour obtenir un rende  ment élevé en ester pur, par distillation de  l'ester brut correspondant, il convient d'éli  miner les substances     étrangères    telles que l'es  ter acide, le     catalyseur        acide    utilisé, etc, sous  forme de sels, d'une manière sensiblement  complète avant la distillation.

   C'est ainsi que,  dans la préparation du     phtalate        diallylique,     quand le mélange réactionnel brut est traité  au moyen de carbonate de sodium, filtré puis  distillé, on obtient     94,71/o    d'ester distillé,       1,3%        de        produits    à     faible        point,

          d'ébullition          et        4%        de        résidu.        Quand        l'ester        brut.        est        traité     au     moyen    de carbonate de sodium, séché,       filtré        et        distillé,        on        obtient        97,9%        d'ester        dis-          tillé,

      pas de produits à faible point     d'ébulli-          tion        et        ?,1%        de        résidu.        Cet        ester        étant        un     ester     non-saturé    et. par     conséquent    susceptible  clé     polymérisation,    il est avantageux de le dis  tiller     sous    vide     profond    par le système de la  distillation éclair.

Claims (1)

  1. REVENDICATION: Procédé de préparation d'esters à point d'ébullition élevé d'acides polvcarboxyliques et d'alcools aliphatiques non-saturés, par ré action entre lesdits acides ou leurs anhvdrides et lesdits alcools, caractérisé en ce qu'on effec tue cette estérification en présence d'une quantité notable du diéther correspondant audit alcool aliphatique non-saturé. SOL S-REVENDIC ATION q 1.
    Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que le mélange réactionnel com prend un catalyseur acide d'estérification. 2. Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce qu'on ajoute un mélange de l'al cool et du diéther correspondant à un mé lange, sousmis au reflux, de l'alcool et de l'acide. 3.
    Procédé suivant la revendication et la sous-revendication \?, caractérisé en ce qu'on condense les vapeurs qui échappent au reflux, sépare la couche supérieure du condensai, for mée principalement du diéther, de la couche inférieure, qui est principalement. aqueuse, et renvoie d'une manière continue ladite couche supérieure principalement, éthérée au mélange réactionnel soumis au reflux jusqu'à ce que la transformation des réactifs soit. sensiblement complète. 4. Procédé suivant la. revendication et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que ledit mélange d'alcool et du diéther contient une petite quantité d'un catalyseur d'estérifi cation. 5.
    Procédé suivant la revendication, carac- térisé en ce qu'on incorpore de 30 à 50% en poids du diéther au mélange réactionnel.
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