CA1098532A - Procede de preparation de para-benzoquinone - Google Patents

Procede de preparation de para-benzoquinone

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CA1098532A
CA1098532A CA306,126A CA306126A CA1098532A CA 1098532 A CA1098532 A CA 1098532A CA 306126 A CA306126 A CA 306126A CA 1098532 A CA1098532 A CA 1098532A
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copper
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benzoquinone
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CA306,126A
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Michel Costantini
Michel Jouffret
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Rhone Poulenc Industries SA
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    • C07C46/02—Preparation of quinones by oxidation giving rise to quinoid structures
    • C07C46/06—Preparation of quinones by oxidation giving rise to quinoid structures of at least one hydroxy group on a six-membered aromatic ring
    • C07C46/08—Preparation of quinones by oxidation giving rise to quinoid structures of at least one hydroxy group on a six-membered aromatic ring with molecular oxygen

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Abstract

La p-benzoquinone est préparée par oxydation du phénol par l'oxygène moléculaire ou un gas qui en contient, en phase liquide en présence d'ions cuivreux ou cuivriques. La réaction est conduite en présence d'un métal à l'état métallique choisi dans le groupe constitué par le nickel, le fer, l'étain, le cobalt, le chrome, le molybdène, le magnésium et le cruivre. Le procédé de l'invention permet l'utilisation de réacteurs en métal émaillé ou en tantale pour conduire la réaction.

Description

10C~8S32 -La présente invention a pour objet un procédé de préparation de la para-benzoquinone par oxyda~ion du phénol par l'oxygène ou un gaz en contenant.
La para-benzoquinone - que l'on désignera plus simple-ment ci-après benzoquinone - est un produit organique particu-lièrement important du point de vue industriel puisqu'il permet d'accéder par hydrogénation à l'hydroquinone utilis~e notamment dans l'industrie photographiqueO
On a proposé de nombreux procédés de préparation de ~ -l'hyd~oquinone à partir du phénol; ces procédés mettent en jeu d'hydroxylation du phénol essentiellement par l'eau oxygénée ,:
elle-même ou par des peracides organiques tels que les acides peracétique et performique engendrés "in situ" à partir de l'eau oxygénée et de l'acide carboxylique. Ils conduisent dans tous les cas à la formation concomitante d'hydroquinone et de pyrocatéchine, ce dernier produit étant généralement formé en quantités prépondérantes. Certains de ces procédés d'hydroxyla-tion par l'eau oxygénée se sont révélés d'un grand intérêt et font l'objet d'une exploitation industrielle pour la production des diphénols. Néanmoins l'industrie est à la recherche d'un procédé permettant d'obtenir sélectivement l'hydroquinone à
partir du phénol, la formation des autres diphénols et notamment de la pyrocatéchine étant limitée voire même totalement évitée.
L'oxydation sélective du phénol en para-benzoquinone apparaît comme un moyen de résoudre ce problème et c'est pourquoi on assiste à un effort de recherche de l'industrie pour la mise au point d'un procédé d'oxydation du phénol en benzoquinone par l'oxygène moléculaire ou un gas en contenant.
Ainsi, dans le brevet franc,ais publié sous le ~ 2.245,602, on a décrit un procédé de préparation de benzoqui- ~^
nones à partir de divers phénols et notamment de la benzoquinone à partir du phénol par oxydation par l'oxygène moléculaire ou . ~ : . . - ,,, , : , . . .

- 1()9853~

un gaz qui en contient (air par exemple), en présence d'un catalyseur comprenant du cuivre et un ligand .chlore, brome, iode thiocyanate, cyanate ou cyanure, dans un solvant polaire.
Bien que le cuivre métallique puisse être mise en oeuvre dans des conditions qui permettent son oxydation en ions cuivreux ou cuivriques, ce sont généralement des sels de cuivre qui sont utilisés et notamment des halogénures cuivreux ou cuivriques et en particulier le chlore cuivrique. Dans le brevet américain 3.987.068, on a proposé un procédé analogue selon lequel la réaction est conduite en présence d'un sel de cuivre dans un nitrile formant un complexe avec le sel de cuivre. Bien que ces procédés assurent généralement un bon taux de conversion du phénol et des rendements industriellement intéressants en benzoquinone, on a constaté que lorsqu'on opère dans un appareil réactionnel qui n'est pas inerte vis-à-vis du milieu de réaction - appareil en acier ou en fer - ses parois sont rapidement attaquées, et à un degré tel qu'il est pratiquement impossible d'envisager d'utiliser industriellement un tel procédé.
D'autre part, on a constaté que si l'on utilise un appareillage inerte vis-à-vis du milieu réactionnel tel que par exemple, les réacteurs en métal émaillé ou en tantale, il n'y a pas d'oxydation du phénol lorsqu'on conduit la réaction en présence d'ions cuivre - II.
Plus spécifiquement, la présente invention a pour objet un procédé de préparation de para-benzoquinone par oxyda-tion du phénol par l'oxygène moléculaire ou un gaz qui en con-tient, en phase liquide en présence d'ions cuivreux ou cuivri-ques, caractérisé en ce que la réaction est conduite en présence d'un métal à llétat métallique choisi dans le groupe constitué
par le nickel, le fer, l'étain, le cobalt, le chrome, le molybdène, le magnésium et le cuivre. r , ~ - - . ; . . ; , . . .. ~ . : -1~853%

La forme sous laquelle le métal libre est utilisé
n'est pas critique. En général, on a récours à un métal sous forme divisée : granulés, poudre, copeaux par exemple.
La réaction est généralement conduite dans un solvant polaire pris dans le groupe formé par les nitriles, les alcools aliphatiques inférieurs (alcools ayant de 1 à 4 atomes de carbone), les amides dérivés d'amines secondaires et les sulfoxydes. Parmi ces solvants, ceux pris dans le groupe formé par l'acétonitrile, le méthanoI, le diméthylformamide et le diméthylsulfoxyde conviennent tout particulièrement bien.
Comme source d'ions cuivre - I ou II, on peut utiliser divers sels de cuivre, toutefois on fait appel de préférence aux halogénures de cuivre et en particulier aux chlorures cuivreux ou cuivriques et au nitrate cuivrique. On a constaté
que lorsqu'on utilise des dérivés cuivreux tels que Cu2 C12 comme catalyseur, la présence de l'un quelconque des métaux libres precités permet, toutes choses étant égales par ailleurs, d'obtenir des taux de conversion plus élevés du phénol, ce qui améliore la productivité de la réaction.
La quantité de catalyseur au cuivre exprimée en nombre d'ions cuivre par mole de phénol, peut varier dans de larges limites. En général, cette quantité représente de 0,01 à 5 ions cuivre par mole de phénol; cependant, il n'est pas souhai-table d'un point de vue pratique d'avoir recours à des quantités de catalyseur introduisant plus de 1 ion cuivre par mole de phénol. On utilise en général de 0,02 à 1 ion cuivre par mole de phénol.
La quantité de métal associé au cuivre est en général comprise entre 0,1 et 10 atomes-grammes par ion cuivre présent et de préférence entre 0,1 et 1 atome-gramme par ion cuivre.
Parmi ces métaux, le nickel, le fer et le cuivre sont utilisés préférentiellement.

` l~q~53~

La température à laquelle on conduit la réaction peut varier dans de larges limites. Des temppratures de 10 à
120C et de préférence de 20 ~ 100C conviennent bien. L'oxyda-tion est réalisée sous une pression partielle d'oxygène d'au moins 5 bars. Bien qu'il n'y ait pas de limite supérieure critique de la pression, en pratique on ne recourt pas à des pressions partielles d'oxygène supérieures à 100 bars et de préférence supérieures à 50 bars.
Le gaz contenant de l'oxyg~ne moléculaire peut être l'air ou de l'air appauvri ou enrichi en oxygène, ou des mélan-ges d'oxygène avec divers gaz inertes.
La concentration du phénol dans le solvant n'est pas critique et peut prendre des valeurs extrêmement variées.
On a encore constaté qu'il est particulièrement avantageux de conduire le procédé selon l'invention en présence d'halogénures alcalins ou alcalino-terreux qui augmentent la vitesse de la réaction. On fait appel de préférence aux fluorures, chlorures et bromures de lithium, de potassium, de sodium. La quantité de ces sels est en général comprise entre 0,1 et 5 moles par ion cuivre et de préférence entre 0,5 et 2.
D'un point de vue pratique, la réaction est conduite dans un appareillage résistant à la pression inerte vis-à-vis de la masse réactionnelle tel que les autoclaves en acier émaillé ou chemisé en tantale.
Les exemples suivants illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique.

-Dans un autoclave chemisé en tantale de 0,5 l agité

par secousses, on charge successivement 90 cm3 de méthanol, 0,0755 mole de phénol, 0,022 mole de Cu C12 et 0,022 atome-gramme de nickel sous forme de poudre. On ferme l'autoclave, 1(~\9853~
introduit de l'air jusqu'à une pression de 100 bars puis porte son contenu à 65C pendant 2 heures sous agitation. Après refroidissement, on dégaze la masse réactionnelle dans laquelle on dose par chromatographie en phase gazeuse et par polarogra-phie, le phénol restant, la p-benzoquinone et le cas échéant les diphénols.
Le taux de transformation du phénol s'élève dans ces conditions à 64 % et le rendement par rapport au phénol trans-formé en para-benzoquinone, à 68,5 %.
A titre comparatif, on a répété l'expérience précédente en opérant en absence de nickel. Après 2 heures, on ne note pas la moindre oxydation du phénol.

On opère comme à l'exemple 1 en chargeant 0,00755 at. g de nickel au lieu de 0,022. Le taux de transformation du phénol est de 49,4 % et le rendement en p-benzoquinone de 59,5 %.

On opère comme à l'exemple 1 en ajoutant 0,022 mole ;~
de fluorure de lithium au milieu réactionnel. Le taux de conversion du phénol s'élève à 79.5 % et le rendement en p- -~
benzoquinone à 39 %.

On opère comme à l'exemple 1 en remplacant le chlorure -;
cuivrique par 0,022 mole de nitrate cuivrique et en opérant en présence de 0,044 mole de chlorure de lithium. Le taux de transformation du phénol s'élève à 83 % et le rendement en p-benzoquinone à 47,5 %.

On opère comme à l'exemple 1 mais en rempla~ant le ~30 méthanol par 24 cm3 d'acétonitrile et le nickel par 0,00475 at.
g de cuivre métallique. La quantité de Cu C12 chargée est de 0,00475 mole. Après 1 heure à 50C sous une pression d'air l~q853~

de 100 bars, le taux de transformation du phénol est de 78 %
et le rendement en p-benzoquinone de 56 %.
A titre comparatif, on a répété cette expérience en opérant en absence de cuivre métallique. Après 1 heure, le taux de conversion du phénol est de 9 % et il ne s'est pas formé de p-benzoquinone.

Dans l'autoclave de l'exemple 1, on charge 90 cm3 d'acétonitrile 0,0755 mole de phénol, 0,022 mole de Cu C12 et 0,022 at. g de fer métallique. Après 2 h à 65C sous 100 bars d'air, le taux de conversion du phénol s'élève à 100 % et le rendement en p-benzoquinone à 68 %.

.
On opère dans les conditions de l'exemple 1 en présence de divers métaux et de chlorure de lithium (0,044 mole~. Les résultats sont consignés dans le tableau suivant:

. . . -METAL
EXEMPLE TT (1) PHENOL RT (2) BENZO_ NATURE en at. g % QU NONE

7 Ni 0,022 98,5 54 8 Co " 100 58 9 Mg ll 98,7 25 Cr ll 96,7 65 (1) taux de transformation
(2) rendement par rapport au phénol transformé

On opère dans les conditions de l'exemple 6 en rempla-~ant le fer par l'étain et le nickel. Les taux de conversion sont de 100 /O dans les deux cas et les rendements en benzoqui-none respectivement de 49 % et de 63 %.

~9853~Z

Dans l'autoclave décrit à l'exemple.l, on charge 40 cm3 d'acétonitrile, 0,085 mole de phénol, 0,0056 mole de chlorure cuivreux et 0,0056 at. g de nickel. Après 1 h à 50C sous 100 bars d'air, le taux de conversion du phénol est de 67 % et le rendement en p-benzoquinone par rapport au phénol transformé
de 52 %.
Si l'on opère toutes choses égales par ailleurs en absence de nickel, le taux de conversion du phénol n'est que ; 10 de 56,5 % et le rendement en p-benzoquinone de 53,5 %. .~;

On opère comme à l'exemple 6 en remplaçant l'acétoni-trile par 90 cm3 de diméthylformamide, à 70C. Le taux de transformation du phénol est de 63 % et le rendement en p-benzo~uinone de 49 %.

Claims (10)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé de préparation de p-benzoquinone par oxydation du phénol par l'oxygène moléculaire ou un gaz qui en contient, en phase liquide en présence d'ions cuivreux ou cuivri-ques, caractérisé en ce que la réaction est conduite en présence d'un métal à l'état métallique choisi dans le groupe constitué
par le nickel, le fer, l'étain, le cobalt, le chrome, le molybdène, le magnésium et le cuivre.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les ions cuivre sont sous forme de chlorure cuivrique ou cuivreux, ou de nitrate cuivrique.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caracté-risé en ce que la quantité d'ions cuivre par mole de phénol est comprise entre 0,01 et 5.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la quantité de métal libre exprimée en atomes-grammes de métal par ion cuivre est comprise entre 0,1 et 10.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la réaction est conduite en présence d'un halogénure alcalin ou alcalino-terreux.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé
en ce que la quantité d'halogénure alcalin ou alcalino-terreux est comprise entre 0,1 et 5 moles par ion cuivre.
7. Procédé selon les revendications 5 ou 6, caracté-risé en ce que l'halogénure alcalin est le chlorure de lithium ou le fluorure de lithium.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la réaction est conduite dans un solvant inerte choisi dans le groupe constitué par le méthanol, l'acétonitrile, le diméthylformamide et, le diméthylsulfoxyde.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la température est comprise entre 10 et 120°C et la pression partielle d'oxygène entre 5 et 100 bars.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la réaction est conduite dans un appareillage inerte vis-à-vis du milieu réactionnel.
CA306,126A 1977-06-27 1978-06-23 Procede de preparation de para-benzoquinone Expired CA1098532A (fr)

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