FR2463112A1 - Procede pour la preparation d'alkyleneglycols vicinaux - Google Patents

Abstract

PROCEDE POUR LA PREPARATION D'ALKYLENEGLYCOLS VICINAUX. DANS CE PROCEDE, ON HYDROLYSE D'EPOXY-ALCANE, COMPORTANT 6 A 24ATOMES DE CARBONE, PAR L'EAU, A UNE TEMPERATURE ET SOUS UNE PRESSION ELEVEES, EN PRESENCE DE CO ET D'UN CATALYSEUR BASIQUE, L'HYDROLYSE ETANT EFFECTUEE ENTRE 200 ET 350C ET SOUS UNE PRESSION DE CO ALLANT DE 100 A 300BARS. UTILISATION DE CE PROCEDE POUR LA PREPARATION INDUSTRIELLE EN CONTINU DES ALKYLENEGLYCOLS SUPERIEURS.

Description

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Procédé pour la préparation d'alkylèneglycols vicinaux.

La présente invention concerne un procédé pour la pré-

paration d'alkylèneglycols vicinaux non-terminaux et terminaux, comportant 6 à 24 atomes de carbone, par hydrolyse d'un époxyalcane approprié à des températures et sous des

pressions élevées.

Selon les procédés connus de l'art antérieur, les oxydes d'alkylène sont chauffés avec un grand excès d'eau en présence d'un catalyseur. L'excès d'eau empêche en effet la formation

non désirée de dialkylèneglycols, trialkylèneglycols et poly-

alkylèneglycols, mais a l'inconvénient par ailleurs de ne conduire qu'à des solutions d'alkylèneglycols diluées. Pour

la préparation industrielle de glycols vicinaux, ces pro-

cédés sont moins appropriés parce que la préparation de solutions de glycols diluées nécessite beaucoup d'énergie et une grosse dépense en appareils. En outre, les rendements n'atteignent qu'environ 90 % de la théorie même avec des

durées de réaction relativement longues.

On connait également de nouveaux procédés dans lesquels des rendements d'environ 97 % sont obtenus sans ou avec un

léger excès d'eau.

Selon un procédé décrit dans la demande de brevet allemande à l'inspection publique n0 17 93 247, les oxydes d'alkylène, en particulier l'oxyde d'éthylène et l'oxyde de propylène, sont hydrolysés en présence de gaz carbonique sous une pression de 10 à 180 bars, à une température de 80 à 2200C, en utilisant un halogénure de métal alcalin ou un composé d'ammonium quaternaire comme catalyseur. Dans ce cas, à partir de l'oxyde d'alkylène, de l'eau et du gaz carbonique, il se forme tout d'abord un carbonate d'alkylène qui, ensuite, donne avec l'eau, le glycol vicinal souhaité par départ de gaz carbonique. De préférence, l'hydrolyse est effectuée en présence de composés basiques, par exemple de carbonates, bicarbonates ou d'hydroxydes de métaux alcalins pour diminuer

la formation de dialkylèneglycols et accélérer le procédé.

Dans ce nouveau procédé, l'inconvénient d'avoir des durées de réaction relativement longues n'est pas surmonté. Ce procédé présente également l'inconvénient du fait que les catalyseurs nécessaires ne peuvent pas être séparés du produit de la réaction sans laisser de résidu. La teneur en halogénure des glycols obtenus est si élevée, que ceux-ci ne sont pas appropriés pour certains domaines d'utilisation. A l'exception

de cela, ce procédé connu met en oeuvre des époxydes supé-

rieurs insolubles dans l'eau et donne également des rendements

peu avantageux car la réaction a lieu en phase hétérogène.

Pour cette raison, également dans ce cas, on ne peut pas envisager une transformation en continu des oxydes d'alkylène

supérieurs. Un procédé amélioré spécialement pour la prépa-

ration de l'éthylèneglycol est décrit dans la demande de brevet allemande à l'inspection publique n0 21 41 470. Comme catalyseurs, à la place des composés halogénés, on utilise

des sels alcalins d'acides monocarboxyliques ou dicarboxy-

liques aliphatiques, alicycliques,ou bien aromatiques mono-

cycliques ou polycycliques, ainsi que les sels alcalins

des acides hydroxycarboxyliques aliphatiques ou aromatiques.

De ce fait, une amélioration de la qualité du glycol est

obtenue.

Pour la préparation des glycols vicinaux non-terminaux, terminaux et cycliques, comportant 8 à 30 atomes de carbone,

on connaît un procédé d'après les demandes de brevet alle-

mandes à l'inspection publique n' 21 09 753 et 22 03 806, dans lequel les époxydes insolubles dans l'eau sont dissociés

en présence de composés à réaction alcaline, en agitant éner-

giquement, à des températures de 1500 à 3000C et sous des pressions réglées à cet effet d'environ 30 à 60 bars. Comme composés à réaction alcaline, on utilise dans ce procédé des hydroxydes alcalins. L'inconvénient de ce procédé est du au fait que dans ce cas également, la réaction a lieu en phase hétérogène et de ce fait une agitation énergique du mélange réactionnel est nécessaire. Etant donné, en outre, que des durées de réaction allant d'l/2 heure à 2 heures sont nécessaires, ce procédé n'est pas non plus approprié pour la préparation industrielle en continu des glycols vicinaux supérieurs. De plus, un procédé pour la préparation des glycols vicinaux est décrit dans la demande de brevet allemande à l'inspection publique n0 22 56 907, dans lequel l'hydrolyse est effectuée avec des solutions aqueuses de sels d'acides

monocarboxyliques et/ou d'acides polycarboxyliques alipha-

tiques, à des températures supérieures à 100C, de préférence entre 2000 et 3000C, éventuellement en présence d'unisseurs. L'hydrolyse s'effectue dans des solutions de sels ayant des concentrations de 1 à 20% en poids, de préférence de 2 à 5% en poids. Les unisseurs, de préférence une cétone ou un éther cyclique, solubles dans l'eau, en particulier l'acétone, le ie dioxanne et/ou le dioxolane, sont utilisés à raison de 0,5 à 2 parties en poids par partie pondérale d'époxyde. En effet, avec ce procédé, on obtient des rendements en partie très bons et des durées de réaction courtes, mais dans ce procédé, il faut également agiter le mélange réactionnel. L'inconvénient pour ce procédé est également dû au fait qu'il nécessite

des matières auxiliaires relativement chères.

Les auteurs de la présente invention ont maintenant découvert d'une façon tout à fait surprenante qu'on obtient des glycols vicinaux supérieurs avec des rendements très élevés même sans utiliser de catalyseurs et d'unisseurs chers ainsi que sans agitation mécanique du mélange réactionnel

avec des durées de réaction courtes.

La présente invention a pour objet de fournir un pro-

cédé pour la préparation d'alkylèneglycols vicinaux par hydrolyse d'un époxy-alcane, comportant 6 à 24 atomes de carbone, avecde l'eau, à des températures et sous des pressions élevées, en présence de CO2 et d'un catalyseur basique, procédé qui est caractérisé par le fait que l'hydrolyse est effectuée à des températures de 2000 à 3500C

et sous une pression de C02 de 100 à 300 bars.

Le procédé conforme à la présente invention est utili-

sable aussi bien pour des époxy-alcanes non-terminaux que pour des époxyalcanes terminaux. Les composés de départ peuvent contenir un ou plusieurs groupes époxy. Les restes hydrocarbonés peuvent être également ramifiés et/ou porter des substituants inertes comme par exemple des atomes d'halogène, des groupes éther, carboxyle ou bien des restes hétérocycliques. On peut également utiliser les mélanges

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d'époxydes obtenus au cours de l'époxydation des oléfines.

Comme exemples d'époxydes appropriés, on peut citer le 1,2-époxy-hexane, le 1,2-époxy-octane, le 3,4-époxy-octane,

le 1,2-époxydodécane, le 1,2-époxy-hexadécane, le 1,2-époxy-

octadécane, le 1,2-époxy-heptadécane, le 1,2,7,8-di-époxy- octane ainsi que des mélanges de ces époxy-alcanes-comme par exemple les mélanges de 1, 2-époxydes en C15 - C16 ou C15 - C18' Comme catalyseurs basiques.sont appropriés les composés suivants: carbonates, bicarbonates et hydroxydes de métaux alcalins et alcalino-terreux, de préférence ceux des métaux sodium et potassium. De préférence, le carbonate de sodium et le bicarbonate de sodium sont utilisés. Le catalyseur basique est utilisé à raison de 0,1 à 5 % en poids, de préférence de 0,1 à 2 % en poids, rapporté au mélange d'oxyde d'alkylène

et d'eau.

La quantité d'eau nécessaire pour l'hydrolyse n'est pas

critique dans le procédé conforme à la présente invention.

Par suite de sa teneur en gaz carbonique, le mélange réaction-

nel forme une phase homogène dans les conditions de la réaction.

Dans le cas des alkylèneglycols avec 8 atomes de carbone, le mélange réactionnel se dissocie en deux phases facilement

séparables l'une de l'autre après le départ du gaz carbonique.

La phase aqueuse, qui contient le catalyseur basique, peut être recyclée éventuellement après un processus d'extraction

avec de l'éther.

La température d'hydrolyse s'élève au moins à 2000C.

De préférence, elle est comprise entre 2500 et 2800C. Les tem-

pératures d'hydrolyse supérieures à 3500C sont à éviter pour des raisons économiques et à cause des réactions secondaires

et des réactions de décomposition des réactifs.

Selon la présente invention, il est essentiel que l'hy-

drolyse soit effectuée sous une pression de CO2 relativement élevée allant de 100 à 300 bars. Il s'est révélé notamment que, dans ces conditions, une homogénéisation du mélange réactionnel a lieu et que dans ce cas, d'une façon tout à fait inattendue, on obtient une augmentation importante de la vitesse de réaction et de la sélectivité. Tandis que dans les procédés connus, des durées de réaction d'une demi-heure à deux heures sont nécessaires, dans le procédé conforme à la présente invention, la réaction est déjà terminée au bout de quelques minutes. En général, les durées de réaction sont comprises entre 5 et 30 minutes. Dans ce cas, on peut obtenir

des taux de transformation de l'époxyde pratiquement quanti-

tatifs et des sélectivités de 98 à 100 % pour le glycol. Un autre avantage important du procédé de la présente invention repose sur le fait qu'il n'est pas nécessaire d'agiter continuellement le mélange réactionnel. Ainsi, la réalisation du procédé conforme à la présente invention s'effectue d'une façon bien plus simple que pour les procédé connus. En outre, étant donné que les durées de réaction sont très courtes, il est alors possible, lors de l'utilisation du procédé conforme à la présente invention, d'effectuer l'hydrolyse d'époxy-alcanes supérieurs insolubles dans l'eau pour avoir les glycols vicinaux correspondants, à présent d'une façon industrielle même en continu, par exemple dans

un réacteur tubulaire.

La réalisation du procédé conforme à la présente inven-

tion selon un mode opératoire en discontinu s'effectue avan-

tageusement de la façon suivante: l'époxy-alcane, l'eau et le catalyseur basique sont placés dans un réacteur sous pression et le CO est introduit en une quantité suffisante pour que la pression souhaitée du C02 s'établisse une fois atteinte la température souhaitée pour la réaction. Dans la réalisation en continu du procédé conforme à la présente

invention, on fait passer par exemple le mélange d'époxy-

alcane, d'eau et de catalyseur basique à travers un réacteur tubulaire, en même temps que le C02, dans les conditions mentionnées.

L'alkylèneglycol vicinal est obtenu après la sépara-

tion du gaz carbonique et de la phase aqueuse. Les alkylène-

glycols solubles dans l'eau comme l'hexanediol-1,2 et les constituants dissous dansl'eau sont séparés de la phase

aqueuse par une extraction avec l'éther.

Le procédé conforme à la présente invention se diffé-

rencie des procédés connus non seulement par des rendements et des sélectivités élevés et des vitesses de réaction plus

grandes, mais également par la pureté des produits obtenus.

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Les glycols vicinaux supérieurs représentent des substan-

ces précieuses qui sont utilisées dans l'industrie comme produits intermédiaires pour des synthèses organiques servant à la préparation de lubrifiants, de bases pour pommades, d'enduits, de plastifiants et de stabilisants de mousse. La présente invention est illustrée par les exemples

descriptifs et non limitatifs ci-après.

EXEMPLES 1 à 7

Dans un autoclave en acier inoxydable, on place tout d'abord le composé époxy avec 3 à 5 fois son poids d'une solution de carbonate de sodium ou de bicarbonate de sodium

à 5 %.

Après avoir fermé l'autoclave, le CO2 est introduit sous pression de manière à ce qu à la température souhaitée

la pression indiquée dans le tableau ci-après soit obtenue.

Ainsi, par exemple, dans un autoclave de Thiedig, de ml, après avoir chargé 5 g de 1,2-époxydécane, 5 ml d'une solution à 5% de NaHCO et 20 g de C02, à 250-260oC,

3 2

une pression de 131,7 bars est obtenue. En utilisant un autoclave à agitateur élévateur de 2 litres, il prend naissance à 2500C une pression de 243,1 bars après avoir ajouté 180 g de 1,2-époxy-octadécane, 750 ml d'une solution

à 5 % de NaHCO3 et 450 g de CO2.

On chauffe alors aux températures indiquées dans le tableau, on laisse réagir le tout pendant les temps mentionnés dans le tableau, on refroidit à environ 1000C et on commence à détendre la pression du C02 jusqu'à la pression normale en continuant de refroidir à la température ordinaire. Ensuite, les deux couches de chaque essai sont séparées et la phase

aqueuse est extraite éventuellement avec l'éther. Sans pro-

céder à une autre purification, les produits obtenus de cette façon ont une pureté de 94 % (déterminé par le procédé de dosage des diols avec HI04). On obtient une pureté plus

élevée par recristallisation dans le n-hexane.

Exemple Composé Rapport N de départ pondéral Epoxyde: H2o Tepé- rature de la réacticn (Oc) Pression

à la tema-

pérature de la réaction (bars) Durée de

la réac-

tion (min)

Trans-

formation (%)

Sélec-

tivité (6) P.f. C de

1 'alkylène-

glycol brut

1 1, 2-époxy-

hexane

2 1,2-époxy-

décane

3 1, 2-époxy-

dodécane

4 1, 2-époxy-

octadécane 1,2-époxy eicosane 6 Mélange

d' époxy-

hexadécanes non terminaux 7 Epoxy-oléate de sodium 1:3,5 1:5

1: 4,2

1: 4,2

1:5 1:5 1:5 121,6 131,7 121,6 243,1 273,5 222,9 non déterminé -46 58-60 76-77 82-83 non déterminé 93-94 tu w- o %;r tu

L'essai n 7 a été acidifié avec des acides minéraux avant de séparer les phases.

Non déterminé. Concerne les produits qui se cristallisent mal.

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Claims (2)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la préparation d'alkylèneglycols vici-

naux par hydrolyse d'un époxy-alcane, comportant 6 à 24 atomes de carbone, avec de l'eau, à température élevée et sous pression élevée en présence de C02 et d'un catalyseur basique,

ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on effectue l'hy-

drolyse à des températures allant de 2000 à 3500C et sous

des pressions de C02 allant de 100 à 300 bars.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par

le fait que la température de la réaction va de 2500 à 2800C.