CH341486A - Procédé de préparation d'un acide monocarboxylique aromatique - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de préparation d'un acide monocarboxylique aromatique
 La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un acide monocarboxylique aromatique par oxydation catalytique en phase liquide d'un composé aromatique substitué sur le noyau par un reste d'hydrocarbure aliphatique oxydable en un groupe carboxy, l'agent d'oxydation étant l'oxygène moléculaire. Pour cette oxydation en phase liquide on met en contact de l'oxygène gazeux ou un mélange gazeux contenant de l'oxygène moléculaire avec un mélange réactionnel liquide comprenant le composé aromatique de départ, en présence d'un catalyseur d'oxydation.



   On connaît l'emploi des métaux lourds comme catalyseur d'oxydation pour l'oxydation en phase liquide du toluène et des xylènes, avec de l'oxygène moléculaire. De tels procédés ont été décrits et on a fait ressortir les bons rendements obtenus dans la production d'acide benzoïque à partir du toluène et des acides toluiques à partir des xylènes.



   On a découvert que des acides monocarboxyliques aromatiques peuvent être préparés à de plus grandes vitesses et avec des rendements inattendus, et des plus intéressants commercialement, par oxydation en phase liquide d'un composé aromatique substitué sur le noyau par un reste d'hydrocarbure aliphatique oxydable en groupe carboxy, si, conformément à l'invention, on effectue l'oxydation au moyen d'oxygène moléculaire, en présence conjointe d'un métal lourd et de brome comme catalyseur. Ce résultatfavorable s'est révélé être particulier au brome et n'a pas été retrouvé avec les autres halogènes.



   L'association particulière d'un métal lourd avec le brome s'est montrée très avantageuse pour la production d'acides monocarboxyliques aromatiques à partir de composés aromatiques substitués sur le noyau par un reste d'hydrocarbure aliphatique oxydable en groupe carboxy, ou par deux de ces restes lorsque   l'un    de ceux-ci est plus facilement oxydable que le ou les autres.



   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, par exemple le manganèse, le cobalt, le fer etlenickel, 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 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 deux sels séparés dont   l'un    contient le métal et l'autre contient le brome. On peut donc ajouter, par exemple, du bromure de   manganèse- et/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 à préparer 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/o    en poids du composé aromatique soumis à l'oxydation. Avec   MnBr1,    la   proportion est avantageusement de 0,3 à à  < ?/o en    poids et de préférence de 0,50 à 1,7    < )/o    en poids. Le  rapport du métal lourd au brome peut être différent du rapport stoéchiométrique.

   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 solvant 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 du composé 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 du composé aromatique à oxyder. On peut également employer l'acide benzoïque comme milieu inerte, ce qui est avantageux lorsque le produit obtenu est lui-même de l'acide benzoïque, comme dans l'oxydation du toluène, l'emploi d'acide benzoïque permettant en outre d'opérer à pression atmosphérique.



   L'oxygène utilisé peut être de l'oxygène sensiblement 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/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 composé aromatique à oxyder
Les limites préférées sont de 5 à 75 moles d'oxygène par mole de composé 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 composé 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 formée peut être enlevée, afin de maintenir la concentration désirée, par exemple par distillation ou par adjonction d'anhydride acétique.



   On soumet le système de réaction à une pression suffisante pour y maintenir une phase liquide. Ainsi, 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 solvant organique inerte tel qu'un acide monocarboxylique inférieur, la phase liquide devrait contenir au moins un peu de ce solvant.



   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 1500 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 du composé de départ aromatique en acide monocarboxylique désiré, par exemple environ de 0,5 à 25 heures ou davantage, de préférence environ 4 heures au plus.



   Le composé aromatique substitué introduit dans le réacteur peut être un monoalcoylbenzène ou monoalcoylnaphtalène, à l'état de pureté technique, exempt de poisons ou de matières entravant la réaction d'oxydation. Le substituant alcoyle contient de préférence de 1 à 4 atomes de carbone. Le composé aromatique de départ peut contenir un peu d'hydrocarbures aliphatiques saturés de zones d'ébullition semblables, relativement résistants à l'oxydation dans ce système.



     Comme    exemples de composés aromatiques monoalcoylés qui conviennent comme matières de départ du procédé selon l'invention, on peut citer le méthylbenzène, l'éthylbenzène, l'ipropylbenzène, le n-butylbenzène, le s-butylbenzène,   l'a-méthylnaphta-    lène et   le,-méthylnaphtalène.    Les composés alcoylés dans lesquels un substituant est plus facilement oxydable que les autres substituants, comme par exemple le tert-butyl-toluène, peuvent également être utilisés.



  Par un choix approprié des conditions de réaction, ce dernier composé peut être converti en acide tert  butyl-benzöïque    sans production de quantités appréciables d'acide dicarboxylique, bien qu'en élevant la température et la pression, l'acide dicarboxylique puisse être produit.



   L'invention est illustrée par les exemples suivants:
Exemple   1 :   
 Dans un appareil de réaction approprié, pourvu d'une surface interne résistant à la corrosion (par exemple de verre, de céramique, ou de métal ou alliage inoxydable), muni de moyens d'agitation tels que dispositif agitateur mécanique ou moyens d'agitation par courant gazeux, et muni de moyens de chauffage ou de refroidissement du contenu, par exemple serpentin ou double enveloppe (ainsi qu'éventuellement un réfrigérant à reflux pourvu d'un dispositif séparateur pour séparer l'eau et faire refluer le condensat non aqueux dans le récipient de réaction), un tube d'entrée de gaz et un évent pour le dégagement de matières volatiles, on a introduit:
 100 parties d'éthylbenzène
 125 parties d'acide acétique
 1 partie de bromure de manganèse.



  Le récipient de réaction était à moitié rempli par le mélange réactionnel.



   On a fait passer de l'air dans le mélange réactionnel à un débit de 400   l/h    (mesuré à la sortie de l'appareil de réaction, à pression atmosphérique et à environ 270 C) sur une période de 3 heures, tout en maintenant le mélange réactionnel à   1960 C    et sous une agitation énergique. La pression a été maintenue à une valeur manométrique de 28 kg/cm2.  



   L'acide benzoïque formé a été recueilli sous forme solide, de manière connue, avec un rendement de   100 parties en poids (87  /o de la théorie).   



  Exemple 2:
 On a répété l'exemple 1, en remplaçant l'éthylbenzène par 100 parties de tert-butyl-toluène, et on a obtenu de l'acide   tert-butyl-benzoique    avec un rendement de 104 parties en poids.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION : Procédé de préparation d'un acide monocarboxylique aromatique par oxydation en phase liquide d'un composé aromatique substitué sur le noyau par un reste d'hydrocarbure aliphatique oxydable en groupe carboxy, caractérisé en ce que l'on effectue l'oxydation au moyen d'oxygène moléculaire, en présence conjointe d'un métal lourd et de brome comme catalyseur.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication pour la préparation d'un acide benzoïque, caractérisé en ce que le composé aromatique de départ est un monoalcoylbenzène dans lequel le substituant alcoyle comporte de 1 à 4 atomes de carbone.

   2. Procédé selon la revendication pour la préparation de l'acide benzoïque, caractérisé en ce que le composé aromatique de départ est un monoalcoylbenzène exempt d'autres substituants.

   3. Procédé selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce que le monoalcoylbenzène est le toluène.

   4. Procédé selon la revendication pour la préparation d'un acide de tert-butyl-benzoYque, caractérisé en ce que le composé de départ est un tert-butyltoluène.

   5. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que ledit métal lourd ou le brome sont sous forme ionique.

   6. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que ledit métal lourd est du manganèse ou du cobalt.

   7. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, pour former le catalyseur, l'on introduit ledit métal lourd et le brome sous forme d'un bromure dudit métal.

   8. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, pour former le catalyseur, l'on introduit ledit métal lourd 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.

   9. Procédé selon la sous-revendication 8, caractérisé en ce que l'on introduit ledit métal sous forme d'un carboxylate.

   10. Procédé selon la sous-revendication 8, caractérisé en ce que l'on introduit le brome sous forme de bromure d'ammonium.

   11. Procédé selon les sous-revendications 9 et 10.

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

   13. Procédé selon la sous-revendication 12, caractérisé en ce que ledit solvant est un acide monocarboxylique aliphatique saturé ayant 2 à 8 atomes de carbone dans la molécule.

   14. Procédé selon la sous-revendication 13, ca ractérisé en ce que ledit solvant est de l'acide acétique.

   15. Procédé selon la sous-revendication 12, caractérisé en ce que ledit solvant est de l'acide benzoïque.

   16. 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 kg/cm2.