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PROCEDES DE FABRICATION DE L'ACIDE TEREPHTALIQUEo
La présente invention est relative à des procédés pour la fabri- cation de l'acide térephtalique par oxydation, au moyen d'acide nitrique, d'un benzène para-disubstitué dans lequel un substituant est en groupe alkyl et l'autre substituant est un radical aliphatique; plus particulièrement l'inven- tion concerne un procédé conduisant à une haute efficacité de fonctionnement.
Il est connu que les produits d'oxydation peuvent être obtenus par réaction de benzène para-dialkyl avec l'acide nitrique et des procédés connus antérieurement ont montré que les produits d'oxydation prédominants comprennent de l'acide para-toluique. Il est connu de la même manière, que les benzènes para-disubstitués, dans lesquels les deux substituants comprennent des radicaux aliphatiques substitués, tel que cela est le cas avec du para- xylène de glycol ou avec du alpha-dibromo-para-xylène, peuvent être oxydés au moyen diacide nitrique.
Par des procédés connus antérieurement le produit d'oxydation prédominant est dans ce cas de l'aldéhyde térephtalique. Lorsque, avec l'un ou l'autre des produits de base décrits, l'acide térephtalique était le produit final désiré en quantités substantielles, il était néces- saire d'oxyder encore plus les produits intermédiaires par d'autres procé- dés.
Un objet de la présente invention réside en un procédé pour la production d'acide térephtalique par l'effet d'oxydation de l'acide nitrique sur un benzène para-disubstitué, dans lequel un substituant est un groupe alkyl et l'autre est un radical aliphatique substitué. Un autre objet de la présente invention est un procédé dans lequel on obtient un rendement élevé en acide térephtalique. Un autre objet encore est un procédé pour l'oxyda- tion de l'aldéhyde para-toluique et de l'acide para-toluique, ce dernier étant obtenu antérieurement comme produit principal ou produit dominant de l'oxyda- tion du p-xylène par l'acide nitrique, procédé caractérisé par un processus grandement simplifié et une efficacité accrue.
Des objets additionnels se- ront indiqués dans la description détaillée suivante de l'invention.
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La Demanderesse a trouvéque les objets précédents sont atteints lorsque l'on amené de l'acide nitrique dilué et de l'aldéhyde para-toluique, de l'acide para-toluique ou des benzènes para-disubstitués analogues, dans lesquels un substituant est un groupe alkyl et l'autre substituant est un radical aliphatique, à réagir à une température élevée, par exemple entre 180 et 250 C. Après un temps de réaction suffisant on sépare l'acide té- rephtalique de l'acide liquide résiduel.
Les exemples suivantsserviront d'exemples de réalisation spéci- fiques des procédés suivant la présente invention, mais il doit être bien compris que ces exemples sont donnés à titre d'illustration et non pas coin-- me une limitation de la portée de l'invention.
EXEMPLE 1:
5 grammes d'aldéhyde para-toluique sont introduits dans un ré- ceptacle résistant à la pression avec 100 grammes d'une solution d'acide nitrique à 30 %. Le mélange est chauffé pendant 30 minutes à 190 C. La char- ge est alors enlevée du réceptacle à réaction et les produits d'oxydation séparés. Le rendement en produit total était de 71,4 %, dont environ 90 % comprenait l'acide térephtalique.
EXEMPLE 2:
6,5 grammes d'acide para-toluique sont introduits dans un récep- tacle résistant à la pression avec 112 grammes d'une 'solution d'acide nitri- que à 25 %. Le mélange est chauffé à 185 C. pendant 30 minutes. La charge est alors enlevée du réceptacle à réaction et les produits d'oxydation sépa- rés. Le rendement en produit total était de 87,6 % dont environ 89 % compre- naît l'acide térephtalique.
EXEMPLE 3:
30 grammes d'acide para-toluique sont introduits dans un récep- tacle résistant à la pression avec 1000 grammes d'une solution d'acide ni- trique à 3 %. Le mélange est chauffé à 230-240 C. pendant 30 minutes. La charge est alors enlevée du réceptacle à pression et les produits d' oxydation séparés. Un rendement en produit total de 92 % était obtenu dont environ 97 % comprenait l'acide térephtalique.
EXEMPLE 4:
5 grammes de para-toluate de méthyle sont introduits dans un ré- ceptacle résistant à la pression avec 100 grammes d'une solution d'acide ni- trique à 30 %. Le mélange est chauffé à 185 C. pendant 30 minutes. La charge est alors enlevée du réceptacle à réaction et les produits d'oxydation sépa- rés. Le rendement en produit total était de 90,5 % dont environ 92 % compre- nait l'acide térephtalique.
EXEMPLE 5:
5 grammes d'alpha-nitro-para-xylène sont introduits dans un ré- ceptacle résistant à la pression avec 60 grammes d'une solution d'acide ni- trique à 30 %. Le mélange est chauffé à 185 C. pendant 30 minutes. La charge est alors enlevée du réceptacle à réaction et les produits d'oxydation sépa- rés. Le rendement en produit total était de 87,4 % dont environ 89 % compre- nait l'acide térephtalique. @ EXEMPLE 6:
5 grammes de diacetate-para-tolualdéhyde sont introduits dans un réceptacle résistant à la pression avec 100 grammes d'une solution d'acide nitrique à 30 %. Le mélange est chauffé à 185 C. pendant 30 minutes. La charge est alors enlevée du réceptacle à réaction et les produits d'oxydation sépa- rés.
Le rendement en produit total était de 93 % dont environ 91 % comprenait l'acide térephtalique.
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EXEMPLE 7:
5 grammes de toluène para-(chlorométhyle) sont introduits dans un réceptacle résistant à la pression avec 100 grammes d'une solution d'aci-.
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de nitrique à 30 i Le mélange est chauffé à 185 0 pendant 30 mi-nutes. La charge est alors enlevée du réceptacle à réaction et les produits d'oxyda- tion séparés. Le rendement en produit total était de 78 % dont environ 88%
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comprenait l'acide térephtalique.
Dans Inexécution du procédé, la force de l'acide nitrique peut être changée dans de grandes proportions.Dans les exemples;,l'acide nitrique avec une concentration comprise entre 3 et 30 % était ajouté pendant la réac- tion et ces concentrations sont suffisantes. Des concentrations en excès de ce chiffre peuvent aussi être utilisées. Bien que la force de l'acide nitri- que puisse varier de façon appréciable, la Demanderesse a trouvé qu'il était désirable d'employer une concentration initiale de 3 à 6 % de NO3H.
Le rap- port d'acide nitrique préféré par la Demanderesse est au voisinage de 6 d'aci-
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de nitrique à 100 % pour 1 de para-benzène diSUbstitll s mais des variations considérables de ce rapport sont possibles entre 1 et 30 sans détriment par- ticulier pour le rendement.
En ce qui concerne les conditions de fonctionnement,, une tempé- rature comprise entre 180 et 2500C. sera. maintenue pendant le cours de la réaction. Une pression élevée sera, également maintenue dans l'autoclave en raison de la production de produits gazeux et de la haute température régnan-
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te. Une pression d3 14 à 35 L:g/ cm2 est maintenue dans les exemples et des pressions de cet ordre de grandeur sont très satisfaisantes.
Plusieurs variantes du procédé illustré dans les exemples peu- vent être utilisées. Dans la méthode considérée, on introduit d'abord du ben- zène para-disubstitué dans l'autoclave ot l'acide nitrique par la suite. Ce- ci correspond au processus préféré.La Demanderesse a trouvé qu'il pouvait être désirable cependant de mettre ensemble les deux substances destinées
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à réagir sjJnultwlément, soit dans un procédé par étapes, soit dans un procé- dé continu.
Bien que les exemples décrits soient relatifs à un procédé par étapes le processus de l'invention peut parfaitement être adapté à un fonc- tionnement continu et ceci peut, dans certains cas, être le processus le plus satisfaisant. On peut parfois trouver désirable d'introduire de l'air
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ou un. gaz contenant de l'oxygène avec l'acide 11itrique pour aider l'oxyda- tion.
Un grand nombre de benzènes para-disubstitués dans lesquels un substituant est. un groupe alkyl et l'autre substituant est un radical ali- phatique substitué peuvent être utilisés dans le processus suivant la pré- sente invention.La Demanderesse préfère un radical alkyl non substitué de la forme CnH2n + 1 ne contenant pas plus de trois atomes de carbone; par exemple la Demanderesse utilise des benzènes substitués dans une des positions para par des groupes méthyle, éthyle, propyle ou iso-propyle.
Le substituant dans la second position para peut être l'un quelconque des
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radicaux a.,3.,ipha-ti.cues substLqaés parmi les groupes mono, di ou tri-ha10- alky1 ou des groupes :;itro-a1kylj ou hydro:walkyl ou des groupes aldéhy- des et des esters de ceux-ci elkenyle, acetale, carboxyle, carboa.:L1coxy,et des groupes cyano.
Des exemples de composés des types décrits ici sont le para-tolualdéhyde, le diaoetate de parato1ualdélry"de, l'acide paratoluique' le p3.ra-toluate de méthyle, le par ;.rl énemalpna-W .+>ro9 le para-éthyle-veny1- benzène, P alpha-cloro-par8J"'Çlène, le 7-hydoxy-para-eywène, le 8-hydroxy- para-cymène et le para-Tléthyle-lJenzonitri1e Dans la pratique préférée du procédé suivant la présente invention, un benzène para-disubstitué est uti- lisé dans lequel un substituant aliphatique substituée par distinction avec le radical alkyl dans la. position para par rapport à lui, est un radical
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carboy' un radical aldéhyde ou un radical a1koxy.
De tels composés sont par exemple l'acide para-toluique le para-tolualdéhyde et le 7 ou le 8-hy- drozg--pa,ra-ciTn1éne La méthode décrite constitue un progrès remarquable par rapport
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aux procédés utilisés antérieurement. Par l'emploi de températures élevées et des conditions de pression décrites, un processus a été développé qui don- ne des conversions et des rendements excellents.
Tandis que les procédés an- térieurs pour la préparation de l'acide térephtalique par l'acide nitrique et par l'oxydation des benzènes para-disubstitués nécessitait une oxydation pendant des périodes de temps longues ou même des procédés d7 oxydation en deux étapes, ou l'emploi concommitant de sels ou d'oxydes contenant de l'oxy- gène ou des combinaisons de ces moyens, la présente invention permet d'obte- nir de l'acide térephtalique en un seul cycle d'opérations exécutées en moins d'une heure et ne nécessite pas l'emploi de sels ou d'oxydes comme agents oxydants supplémentaires.
L'acide térephtalique est un composé chimique d'importance con- sidérable comme élément intermédiaire de la préparation d'autres composés organiques ou de compositions, et un procédé efficace pour sa fabrication re- présente un progrès très désirable.
Les procédés de la Demanderesse ont été décrits en détails dans ce qui précède mais il doit être bien compris que de nombreuses variantes dans les conditions et dans le processus d'opération peuvent être utilisées sans sortir des limites de la présente invention. Bien que des rendements très fa- vorables aient été obtenus sans l'emploi de catalyseurs, les procédés de la présente invention peuvent utiliser des réactions activées catalytiquement et un grand nombre de catalyseurs différents peuvent être employés.