CH346867A - Procédé de préparation d'un acide mono- ou polycarboxylique aromatique - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de préparation d'un acide   mono-    ou polycarboxylique aromatique
 La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un acide mono- ou   polycarboxy-    lique aromatique par oxydation d'un composé aromatique comportant au moins un substituant aliphatique nucléaire présentant une fonction aldéhyde ou cétone en position alpha.



   L'emploi pour cette oxydation de catalyseurs d'oxydation à base de métaux lourds est déjà connu, mais on a découvert que des rendements étonnamment supérieurs peuvent être obtenus si une quantité catalytique de brome est présente dans le système réactionnel, en plus du catalyseur d'oxydation à base de métaux lourds.



   Le procédé selon l'invention est donc caractérisé en ce que   l'on    effectue l'oxydation au moyen d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, en présence conjointe d'un métal lourd et de brome comme catalyseur.



   L'expression  métal lourd  est définie dans la table périodique des éléments, pages 56 et 57 du     Handbook    of   Chemistry >     8e édition, 1952, Handbook Publisher Sandusky, Ohio, USA, et les métaux lourds utilisés comme catalyseurs sont pris parmi les métaux lourds mentionnés dans cette table.



   Les métaux lourds utilisables comme catalyseur d'oxydation dans le procédé selon l'invention sont, par exemple, le manganèse, le cobalt, le fer et le nickel, séparément ou en mélange. Les métaux lourds préférés sont le manganèse, le cobalt ou un mélange de manganèse et de cobalt.



   Le métal lourd et le brome peuvent avantageusement être introduits dans la réaction sous forme de sels et être présents sous forme ionique. Ils peuvent donc être introduits comme bromure du métal lourd ou à l'état de sels séparés dont   l'un    contient le métal et l'autre contient le brome. On peut donc ajouter, par exemple, du bromure de manganèse   etl    ou du bromure de cobalt comme catalyseur mixte du procédé. Le métal lourd peut également être introduit sous forme de carboxylate, par exemple acétate ou sel de l'acide carboxylique préparé, alors que le brome peut être introduit sous forme de bromure, avantageusement un bromure non métallique tel que le bromure d'ammonium ou un bromure organique soluble dans le mélange réactionnel.

   La proportion de catalyseur mixte, calculée comme   MnBr2    ou autre bromure de métal lourd est ordinairement de 0,1 à 10    /o    en poids de la matière aromatique soumise à l'oxydation. Avec MnBr2, la proportion est avantageusement de   0,3-à    2   O/o    en poids et, de préférence, de 0,50 à 1,7   O/o    en poids. Le rapport du métal lourd au brome peut être différent du rapport stoechiométrique. Par exemple, dans le cas du manganèse, il peut aller d'environ 1 à 10 atomes de manganèse pour 10 à 1 atomes de brome.



   On opère avantageusement en présence d'un milieu organique inerte qui est, de préférence, un acide monocarboxylique saturé aliphatique contenant de 2 à 8 atomes de carbone et, de préférence, de 2 à 4 atomes de carbone dans sa molécule. Lorsqu'on utilise un tel milieu, il convient que sa proportion n'excède pas celle nécessaire à un maniement commode du produit, par exemple dans les limites de 1 à 10 parties en poids par partie en poids de la matière aromatique à oxyder. En général, la proportion du milieu inerte est de 1 à 4 et, de préférence, de 1 à 2,5 parties en poids par partie de la matière  aromatique à oxyder. On peut également employer l'acide benzoïque comme milieu inerte.



   L'oxygène utilisé peut être de l'oxygène   sensible-    ment pur mais peut être également avec avantage sous forme d'un mélange d'oxygène et d'un gaz inerte, par exemple sous forme d'air, qui contient environ   20  /o    d'oxygène. Le rapport de l'oxygène total fourni au mélange réactionnel peut être de 4 à 500 moles d'oxygène par mole de matière aromatique à oxyder. Les limites préférées sont de 5 à 75 moles d'oxygène par mole de matière aromatique et il n'est normalement pas désirable d'utiliser une proportion d'oxygène tombant en dehors des limites de 5 à 300 moles par mole de matière aromatique.



   Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre par charges séparées, de façon intermittente, ou en continu, et le produit partiellement oxydé peut être séparé et renvoyé dans le système de réaction.



  L'eau peut être enlevée, afin de maintenir la concentration désirée, par exemple par distillation ou par adjonction d'anhydride acétique.



   On soumet en général le système de réaction à une pression suffisante pour y maintenir une phase liquide. A cet effet, en opérant à une température comprise entre 120 et 2750 C, on emploie une pression manométrique de   0    à 106 k/cm2, selon la matière de départ et le milieu organique inerte éventuellement présent dans le mélange réactionnel. Dans le cas d'un milieu organique inerte tel qu'un acide monocarboxylique inférieur, la phase liquide devrait contenir au moins un peu de l'acide.



   La température de réaction doit être suffisante pour que la réaction d'oxydation désirée ait lieu, mais ne devrait pas être élevée au point de provoquer une calcination ou une formation de goudrons indésirables. En général, les températures allant de 120 à 2750 C se sont montrées satisfaisantes. Dans la plupart des cas, les limites avantageuses sont de 150 à 2500 C et les limites préférées de 170 à 2100 C.   I1    convient que le temps de réaction soit suffisant pour permettre une conversion satisfaisante de la matière de départ aromatique en acide carboxylique désiré, par exemple environ de 0,5 à 25 heures ou davantage, de préférence environ 4 heures au plus.



   Parmi les matières de départ aromatiques ayant au moins un substituant nucléaire aliphatique avec une fonction aldéhyde ou cétone en position alpha, on peut mentionner, à titre d'exemple:
 le benzaldéhyde,
 l'o-, le m-, et le p-carboxybenzaldéhyde,    le phtalaldéhyde,   
 l'isophtalaldéhyde,
 le téréphtalaldéhyde,
 le 1, le 2, ou le 3-naphtaldéhyde,
 le 1,2-, le 1,3-, le 1,4-, le 2,4-, le 2,6-, le
 2,7-naphtalène-dialdéhyde et autres naphta
 lène-dialdéhydes,
 les biphénylaldéhydes,
 l'acide 2-formylisophtalique,
 l'acide 2-formyltéréphtalique,
 le p-isopropylbenzaldéhyde,
 les toluylaldéhydes,
 les éthylbenzaldéhydes,
 les acides naphtaldéhyde carboxyliques,
 le   1,3,5-triformylbenzène,   
 l'acétophénone,
 la propiophénone,
 la butyrophénone et les alcoylphénones analogues,
 le o-, le m- et le p-diacétylbenzène,
 le 4-acétyl-m-xylène,

  
 le 2, 5-diacétyl-m-xylène,
 le 4, 6-diacétyl-m-xylène,
 le   2-acétyl-m-xylène,   
 le 2, 6-diacétyl-m-xylène,
 le diacétylmésitylène,
 le diacétyldurène,
 le diacétylisodurène,
 les acétylnaphtalènes,
 les acétylbiphényles,
 les acides o-, m-, et   p-acétylbenzoiques,   
 l'acide 4-acétylisophtalique,
 l'acide 5-acétylisophtalique,
 l'acide acétyltéréphtalique,
 l'acide 4-acétyl-o-phtalique,
 l'anhydride 4-acétylphtalique,
 les acides acétylbiphénylcarboxyliques,
 les acides acétylnaphtoïques,
 le   1,3 ,5-triacétylbenzène,   
 l'acétylpseudocumène,
 le 6-acétyl-4-éthyl-m-xylène,
 le p-acétylbenzaldéhyde.



   Exemple   1   
 Dans un appareil convenable à surface interne résistant à la corrosion (par exemple en verre, céramique ou métal ou alliage résistant à la corrosion), muni de moyens d'agitation tels qu'un dispositif d'agitation mécanique ou des moyens d'agitation par écoulement de gaz, et de moyens pour chauffer ou refroidir son contenu, tels qu'un serpentin ou une chemise (et facultativement d'un condenseur à reflux muni d'un dispositif séparateur pour enlever l'eau et faire refluer le condensat non aqueux au récipient de réaction), d'un tube d'introduction de gaz et d'un passage de sortie pour les substances à bas point d'ébullition, on introduit:
 106 parties en poids de benzaldéhyde,
 2,0     de naphténate de
 cobalt, et
 0,5     de tétrabromoéthane.



   On chauffe le mélange réactionnel à 1500 C à pression atmosphérique. On fait passer de l'oxygène sensiblement pur dans le mélange réactionnel, à un débit de 50   l/h    (mesuré à la sortie du réacteur, à pression atmosphérique et à environ 270 C) pendant environ 10 à 15 min, au bout desquelles la brusque augmentation de la teneur en oxygène du gaz sortant indique que la réaction est pratiquement terminée.  



  On retire le mélange réactionnel, on le laisse se solidifier, on le dissout dans 100 parties en poids d'acide acétique glacial à 65 - 660 C, et on recristallise à 250 C. On lave l'acide benzoïque recristallisé avec de l'eau à 100 C et on sèche. On obtient ainsi de l'acide benzoïque en rendement sensiblement théorique.



   Exemple 2
 Le mode d'exécution de l'exemple 1 peut être mis en oeuvre en continu en introduisant continuellement dans un réacteur un mélange contenant du benzaldéhyde et de l'acide acétique glacial en poids approximativement égaux et contenant environ 2   o/o    en poids d'un mélange d'acétates de manganèse et de cobalt, avec environ   0,5 o en poids    de tétrabromoéthane, rapporté au benzaldéhyde, en contrecourant avec un courant d'oxygène sensiblement pur.



  De l'acide benzoïque très pur peut être retiré du produit sortant du réacteur par cristallisation à environ   25o C    suivie de lavage à l'eau du produit cristallin.



   Exemple 3
 On introduit dans un réacteur tel que décrit à l'exemple 1:
 125 parties en poids de p-diacétylbenzène,
 125     d'acide acétique glacial,
 1,0 partie   d'acétate de cobalt,
 1,0     d'acétate de manganèse, et
 1,0     de bromure d'ammonium.



   On règle une soupape régulatrice de pression à une valeur d'environ 28kg/cm2 au manomètre, et on chauffe le mélange réactionnel à 1950 C. On fait alors passer de l'air dans le mélange réactionnel à un débit d'environ   400 1/h    (mesuré comme indiqué à l'exemple 1) jusqu'à ce que la teneur en oxygène du gaz sortant soit d'environ 20   o/o    en volume, soit pendant environ 1 heure. On maintient la température de réaction en éliminant de la chaleur de réaction en condensant les matières vaporisées et en renvoyant le condensat dans le réacteur. Les matières non condensées, contenant un peu de vapeur d'eau, de l'oxygène et de l'anhydre carbonique, et surtout de l'azote, sont évacuées.



   On refroidit le mélange réactionnel résultant à environ 1200 C, on le retire du réacteur et on filtre.



  On obtient ainsi de l'acide téréphtalique en rendement d'au moins 90 moles pour cent.



   Exemple 4
 En procédant comme décrit dans l'exemple 3, on obtient de l'acide téréphtalique en rendement sensiblement théorique par oxydation du 4-carboxybenzaldéhyde avec de l'air en présence d'un poids égal d'acide acétique glacial et de 1,0   o/o    en poids de bromure de manganèse, rapporté au carboxybenzaldéhyde.



   On obtient l'acide trimésique en haut rendement par oxydation du   1,3, 5-triacétylbenzène,    conformément au procédé selon l'invention. L'acétophénone donne de l'acide benzoïque. L'acide téréphtalique est obtenu en haut rendement à partir de l'acide p-acétylbenzoïque. L'acide isophtalique est obtenu en haut rendement à partir de l'acide m-acétylbenzoïque. Le p-isopropylbenzaldéhyde fournit l'acide téréphtalique en haut rendement, de même que le p-acétylbenzaldéhyde.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION: Procédé de préparation d'un acide mono- ou polycarboxylique aromatique par oxydation d'un composé aromatique comportant au moins un substituant aliphatique nucléaire présentant une fonction aldéhyde ou cétone en position alpha, caractérisé en ce que l'on effectue l'oxydation au moyen d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, en présence conjointe d'un métal lourd et de brome comme catalyseur.

   SOUS-REVENDICATIONS : 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, pour former le catalyseur, l'on introduit ledit métal dans la zone de réaction sous forme d'un sel autre qu'un bromure, et en ce que l'on introduit le brome sous forme d'un composé non métallique du brome.

   2. Procédé selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit ledit métal sous forme d'un carboxylate.

   3. Procédé selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit le brome sous forme de bromure d'ammonium.

   4. Procédé selon les sous-revendications 2 et 3.

   5. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que l'on effectue l'oxydation en présence d'un solvant organique inerte.

   6. Procédé selon la sous-revendication 5, caractérisé en ce que ledit solvant est un acide monocarboxylique aliphatique saturé de 2 à 8 atomes de carbone dans la molécule, ou de l'acide benzoïque.

   7. Procédé selon la sous-revendication 6, caractérisé en ce que ledit solvant est de l'acide acétique.

   8. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction à une température de 120 à 2750 C et sous une pression manométrique de 0 à 106 k/cm2.