FR2570073A1 - Procede de preparation d'acide 2,6-naphtalene-dicarboxylique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PREPARATION D'ACIDE 2,6-NAPHTALENE-DICARBOXYLIQUE. CE PROCEDE CONSISTE 1 A OXYDER DU 2,6-DIISOPROPYLNAPHTALENE DANS UN ACIDE GRAS INFERIEUR JOUANT LE ROLE D'UN SOLVANT EN PRESENCE D'UN CATALYSEUR CONSTITUE PAR UN SEL DE COBALT SOLUBLE DANS L'EAU ETOU UN SEL DE MANGANESE SOLUBLE DANS L'EAU DANS UNE PROPORTION D'AU MOINS 0,5 ATOME-GRAMME DE CO ETOU MN PAR MOLE DE 2,6-DIISOPROPYLNAPHTALENE PAR UN GAZ OXYGENE, DE FACON A OBTENIR DE L'ACIDE ISOPROPYLNAPHTALENE-MONOCARBOXYLIQUE, ET 2 A OXYDER L'ACIDE 6-ISO-PROPYL-2-NAPHTOIQUE AINSI OBTENU DANS L'ACIDE GRAS INFERIEUR EN PRESENCE DU CATALYSEUR CONSISTANT EN UN SEL DE COBALT SOLUBLE DANS L'EAU ETOU UN SEL DE MANGANESE SOLUBLE DANS L'EAU DANS UNE PROPORTION DE 0,0025 A 0,12 ATOME-GRAMME PAR MOLE D'ACIDE 6-ISOPROPYL-2-NAPHTOIQUE PAR LE GAZ OXYGENE, DE FACON A OBTENIR DE L'ACIDE 2,6-NAPHTALENE-DICARBOXYLIQUE. APPLICATIONS : NOTAMMENT A LA PREPARATION DE RESINES POLYESTERS.

Description

Procédé de préparation d'acide 2,6-naphtalène-dicarboxylique.

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'acide 2,6naphtalène-dicarboxylique, qui sert

de produit de départ pour la production des résines poly-

esters par oxydation de 2,6-diisopropyl-naphtalène.

Jusqu'à présent, on utilisait comme acide dicarbo-

xylique aromatique en tant que produit de départ pour la préparation de résines polyesters, l'acide téréphtalique obtenu en utilisant le p-xylène comme produit de départ, l'acide téréphtalique étant produit industriellement en

grandes quantités.

Cependant, il est apparu ces dernières années une certaine exigence d'amélioration de la qualité, par exemple des propriétés de résistance à la chaleur et des propriétés mécaniques, de la résine polyester et, pour satisfaire ces exigences, la résine polyester obtenue en utilisant, comme produit de départ, l'acide 2,6-naphtalène-dicarboxylique au lieu de l'acide téréphtalique, a retenu l'attention. En conséquence, le besoin de mettre au point un procédé de préparation de l'acide 2,6-naphtalènedicarboxylique (désigné, dans la suite, par 2,6-NDCA) qui soit industriellement

rentable.

Pour trouver un procédé de préparation du 2,6-NDCA, on a jusqu'ici réalisé des études en conformité avec la préparation de l'acide téréphtalique, et l'on'a essayé d'oxyder chaque membre du groupe des 2,6dialcoyl-naphtalènes,

par exemple le 2,6-diméthylnaphtalène, le 2,6-diéthylnaphta-

lène et analogues, en présence d'un catalyseur connu. Du fait que le 2,6diméthylnaphtalène est facile à oxyder par un procédé analogue au procédé d'oxydation du p-xylène, on peut le convertir en 2,6-NDCA avec un rendement élevé par le procédé d'oxydation, tout en utilisant le catalyseur connu (cf exemples 1 à 3 du brevet japonais publié n" 59-13495 (1984)). D'autre part, il se pose un problème pratique, consistant en ce que le 2,6-diméthylnaphtalène lui-même n'est pas facilement disponible industriellement. En effet, dans le procédé de préparation du 2,6diméthylnaphtalène consistant à faire subir au naphtalène une diméthylation pour obtenir le mélange des isomères du diméthylnaphtalène et à séparer le

2,6-diméthylnaphtalène du mélange isomèrique de diméthyl-

naphtalenes, la diméthylation n'est pas facile à effectuer et la séparation est également difficile et, en conséquence, on ne peut guère dire que le 2,6-diméthylnaphtalène est un produit de départ convenant industriellement pour l'obtention

du 2,6-NDCA.

En ce qui concerne le 2,6-diéthylnaphtalène, sa

préparation est plus facile que celle du 2,6-diméthylnaphta-

lène (demande de brevet japonais publiée n 51 6953 (1976)), mais la diéthylation du naphtalène et la séparation de l'isomère l'isomère 2,6 du mélange isomérique de diéthylnaphtalènes ne sont pas nécessairement faciles à effectuer à l'échelle industrielle et, par conséquent, on ne peut guère dire, non plus, que le 2,6-diéthylnaphtalène convient comme produit de

départ pour le 2,6-NDCA.

D'autre part, compte tenu des faits indiqués pré-

cédemment, on a utilisé, comme produit de départ pour l'ob-

tention du 2,6-NDCA, le 2,6-diisopropylnaphtalène, qui est

facile à séparer du mélange isomérique de diisopropylnaphta-

lènes, lui-même facile à obtenir par diisopropylation du naphtalène. Cependant, comme on l'a indiqué dans la demande de brevet japonais publiée n 51-6953, l'oxydation du 2,6-diisopropylnaphtalène (appelé dans la suite 2,6-DIPN) en 2,6-NDCA a été considérée comme extrêmement difficile, et il n'y a pas eu de publication sur la préparation de 2,6- NDCA à partir du 2,6-DIPN isolé, comme produit de départ,

à l'exception de ce qui suit.

Il existe une publication concernant l'oxydation de diisopropylnaphtalène contenu en faible quantité dans un

mélange de naphtalène, de 1-isopropylnaphtalène, de 2-isopropyl-

naphtalène, de diisopropylnaphtalène et d'autres composés, en acide naphtalène-dicarboxylique (cf. brevet japonais publié n 48-27318 (1973)). Bien que l'oxydation précitée ait pour objet d'obtenir des acides naphtoiques et/ou de l'acide

naphtalène-dicarboxylique, le rendement en acide naphtalène-

dicarboxylique par le procédé décrit n'est que de 2,0 parties en poids pour 20 parties en poids du mélange utilisé comme

produit de départ.

En ce qui concerne l'oxydation d'hydrocarbures aromatiques substitués par deux groupes isopropyle, par exemple,

il a été indiqué que, bien que l'oxydation du 1,4-diisopropyl-

benzène en acide monocarboxylique (acide p-isopropylbenzoique) s'effectue rapidement, l'oxydation de l'acide monocarboxylique ainsi formé en acide dicarboxylique (acide téréphtalique) est difficile (cf. J.P. Fortuin et autres, Petroleum Refinery, 38

(6), 189-193 (1959)).

Dans le cas de l'oxydation du 2,6-DIPN, l'oxydabilité du groupe 2isopropyle n'est pas la même que celle du groupe 6-isopropyle, et l'oxydation de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique (formé par oxydation du 2, 6-DIPN) s'accompagne de différentes réactions secondaires, telles que l'ouverture du noyau. En conséquence, il est impossible d'obtenir du 2,6NDCA avec un rendement élevé, à partir du

2,6-DIPN, par oxydation sous une condition de réaction.

En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé permettant de produire dans des conditions favorables du 2,6-NDCA utile comme produit de départ de la préparation de résine polyester, en utilisant, comme produit de départ, le 2,6-DIPN, qui est facile à obtenir à l'échelle industrielle, et en imposant les conditions de réaction de

l'oxydation du 2,6-DIPN.

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Les recherches des présents inventeurs sur les

conditions de réaction de l'oxydation du 2,6-DIPN en 2,6-

NDCA ont abouti au résultat que: (1) les conditions de réaction optimales pour la réaction d'oxydation du 2,6-DIPN en acide 6-isopropyl-2naphtoique (acide 2-isopropylnaphtoique) diffèrent fortement des conditions de réaction optimales pour la réaction d'oxydation de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique en 2,6-NDCA, et

(2) les deux réactions précitées sont effectuées séparé-

ment en deux stades, en utilisant le même catalyseur dans les mêmes conditions de réaction, sauf en ce qui concerne la quantité de catalyseur, ce qui permet d'obtenir du 2,6-NDCA à partir de 2,6-DIPN avec un rendement élevé, en d'autres termes avec une forte

sélectivité.

La présente invention a été conçue en se basant

sur ces résultats.

Selon la caractéristique principale de la présente invention, un procédé de préparation de 2,6-NDCA utilisant du 2,6-DIPN comme produit de départ, consiste à: (1) oxyder le 2,6-DIPN par un gaz renfermant de l'oxygène moléculaire dans un acide gras inférieur jouant le rôle de solvant, en présence d'un catalyseur constitué par des sels de cobalt solubles dans l'eau, des sels de manganèse solubles dans l'eau ou un mélange de ces produits, dans une quantité d'au moins 0,5 atome-gramme du métal (Co et/ou Mn) par mole de 2,6-DIPN, de préférence de 0,8 à 5,0 atome-gramme du métal, sous une pression manométrique de, par exemple, 3 à kg/cm2 et à une température de 120 à 250 C, de préférence de 130 à 210 C, de façon à transformer le 2,6-DIPN en acide 6-isopropyl-2-naphtoaque, et (2) à oxyder ensuite l'acide 6-isopropyl-2-naphtolque ainsi obtenu dans l'acide gras inférieur jouant le rôle de solvant, en présence du catalyseur dans une proportion de 0,0025 à 0,12 atome-gramme du métal (Co et/ou Mn), de

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préférence 0,003 à 0,06 atome-gramme du métal, sous une pression manométrique de, par exemple, 3 à 50 kg/cm2 et à une température de 120 à 250 C, de préférence de 130 à 210 C, pour obtenir le 2,6-NDCA, c'est-àdire le composé recherché.; A titre d'acide gras inférieur utilisé comme solvant selon la présente invention, il y a lieu de citer l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide butyrique et l'acide isobutyrique et, en particulier, l'acide acétique est utilisé de préférence, dans une proportion de 1 à 100

parties en poids par partie en poids de 2,6-DIPN.

L'acide destiné à la formation des sels de cobalt solubles dans l'eau et des sels de manganèse solubles dans l'eau est, de préférence, un acide carboxylique aliphatique ou un acide carboxylique aromatique et il y a lieu d'en donner comme exemple l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide butyrique, l'acide benzoïque, l'acide cuminique,

l'acide phtalique et l'acide naphtalène-monocarboxylique.

Comme gaz renfermant de l'oxygène moléculaire à utiliser pour l'oxydation, il y a lieu de citer l'oxygène lui-même ou un gaz préparé en diluant de l'air ou de

l'oxygène avec un gaz d'accompagnement comme l'azote.

La durée de réaction, au stade (1), pour oxyder le 2,6-DIPN en acide 6isopropyl-2-naphtoique, dépend de la proportion de l'acide gras inférieur, par exemple l'acide acétique, utilisé comme solvant, de la quantité de catalyseur utilisée pour la réaction, de la température de réaction et de la pression de réaction, mais elle est, en général,

comprise dans un intervalle de 0,5 heure à 10 heures.

Du fait qu'on prépare avantageusement l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique par oxydation du 2,6-DIPN sous les conditions de réaction précitées, on fait subir au mélange réactionnel ainsi formé des traitements visant à en isoler

l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique, par exemple, après conden-

sation du mélange réactionnel, on l'extrait au moyen d'un système eauchloroforme, on fait subir à la couche de chloroforme une distillation pour éliminer le chloroforme et l'on recueille l'acide 6-isopropyl-2naphtoique, que l'on peut recristalliser dans un solvant comme le chloroforme et le benzène. On peut utiliser l'acide 6-isopropyl-2naphtoique ainsi purifié comme produit de départ de la préparation d'acide 6-hydroxy-2-naphtoique, en plus de l'utilisation

comme produit de départ de la préparation du 2,6-NDCA.

La durée de réaction, au stade (2), pour oxyder l'acide 6-isopropyl-2naphtoique en 2,6-NDCA, est également

située dans le domaine de 0,5 et 10 heures.

Du fait que le 2,6-NDCA ainsi formé au stade (2)

précipite du mélange réactionnel, on le recueille par filtra-

tion, on le lave avec de l'acide acétique, puis avec de l'eau, et on le sèche pour obtenir le produit (2,6-NDCA)

selon l'invention.

Comme on l'a expliqué, en effectuant l'oxydation du 2,6-DIPN en deux stades utilisant chacun des quantités de

catalyseur mutuellement différentes, on effectue avantageu-

sement l'oxydation du 2,6-DIPN en 2,6-NDCA, qui était jusqu'à présent considérée comme difficile et, en conséquence, on peut produire du 2,6NDCA utile comme produit de départ pour la préparation de résines polyesters, avec un rendement élevé,

à partir de 2,6-DIPN qui est facile à obtenir industriellement.

Les exemples non limitatifs qui suivent servent à

illustrer l'invention.

EXEMPLE 1.-

1-1) Préparation de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique.

Dans un autoclave d'acier inoxydable (SUS-316) de litres de capacité, on introduit 200 g de 2.,6-DIPN comme produit de départ, en même temps que 5 kg d'acide acétique, g d'acétate de cobalt tétrahydraté, et 200 g d'acétate

de manganèse tétrahydraté, et l'on élève la pression manomé-

trique interne de l'autoclave à 30 kg/cm2, tout en y ajoutant de l'azote gazeux et en chauffant l'autoclave. Au moment o la température intérieure de l'autoclave monte à 150 C, l'azote gazeux est remplacé par un mélange gazeux d'azote et d'oxygène (90: 10 en volume) et l'on effectue la réaction pendant 6 heures, tout en maintenant la pression manométrique interne de l'autoclave à 30 kg/cm2 et en ajustant le débit des gaz résiduels à la sortie à 200 litres N/heure. Après l'achèvement de la réaction, on cesse d'introduire le mélange gazeux et, après refroidissement de l'autoclave et purge du gaz résiduel restant dans l'autoclave, on prélève le produit de réaction. En recueillant une partie du produit de réaction, et en effectuant une analyse sur le produit de réaction, on trouve que la composition du produit de réaction est (pourcentages molaires) de 70,1 % d'acide

6-isopropyl-2-naphtoique, 2,2 % d'acide 2,6-naphtalène-

dicarboxylique et de 7,2 % de 2,6-DIPN n'ayant pas réagi.

Ainsi, la sélectivité de la réaction vis-à-vis de l'acide

6-isopropyl-2-naphtoique est de 75,5 %.

Après élimination par distillation des substan-

ces à faible point d'ébullition comme l'acide acétique et l'eau, on ajoute 2,3 litres de chloroforme et 1,3 litres d'eau au produit de réaction auquel il y a lieu de faire subir

l'extraction et, après lavage à l'eau de la couche de chloro-

forme ainsi obtenue, on élimine le chloroforme par distillation pour obtenir l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique brut en une

quantité de 190 g.

Par recristallisation de l'acide brut ainsi obtenu dans 670 ml de benzène, on obtient 122 g d'acide 6-isopropyl-2-naphtoique purifié d'une pureté de 99,5 % et, en traitant son filtrat de recristallisation de manière analogue, on obtient 16 g d'acide 6-isopropyl-2-naphtoique purifié d'une pureté de 99,3 %. En conséquence, le rendement total de l'isolement de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique est

de 68,0 %.

1-2) Préparation du 2,6-NDCA.

Dans un autoclave d'acier inoxydable (SUS 316) de 200 ml de capacité, on introduit 10 g de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique ainsi obtenu, en même temps c'e g d'acide acétique, 0,1 g d'acétate de cobalt ttratydra et 0,2 g d'acétate de manganèse tétrahydraté, on élève!a pression manométrique interne de l'autoclave à 30 kg/cm tout en introduisant de l'azote gazeux et en chauffant l'autoclave. Au moment o la température intérieure de l'autoclave monte à C, l'azote gazeux est remplacé par un mélange gazeux d'azote et d'oxygène (90: 10 en volume), et l'on effectue la réaction pendant 4 heures, tout en maintenant la pression manométrique interne de l'autoclave à 30 kg/cm2 et en ajustant

le débit des gaz brûlés qui s'échappent à 50 litres N/heure.

Après l'achèvement de la réaction, on cesse d'introduire le mélange gazeux et l'on refroitit l'autoclave et, après la purge du gaz résiduel demeurant dans l'autoclave, on prélève le mélange réactionnel qui s'y trouve. Après avoir recueilli le 2,6-NDCA précipité, avoir lavé le précipité avec de l'acide acétique et de l'eau, on sèche le précipité pour obtenir 3,85 g de 2,6-NDCA. D'autre part, l'analyse montre que la quantité d'acide 6-isopropyl-2-naphtoïque n'ayant pas

réagi subsistant dans le filtrat est de 4,27 g.

En conséquence, le rendement en 2,6-NDCA de la

réaction est de 38,1 % et la sélectivité est de 66,5 %.

EXEMPLES 2 à 5 et EXEMPLES COMPARATIFS 1 à 3.-

On prépare de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique de façon analogue au premier stade (1-1) de l'exemple 1, à

l'exception des quantités de produit de départ et de cataly-

seur introduites, indiquées sur le tableau 1. Dans les exemples de comparaison 1 à 3, la quantité de catalyseur utilisée est inférieure à celle utilisée dans les exemples 1,à 6. La quantité de produit de départ et de catalyseur introduites, les conditions de réaction et les quantités obtenues du produit visé, de sous-produits et de produit de départ n'ayant pas réagi, sont indiquées sur le tableau 1. On oxyde ensuite l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique ainsi obtenu dans les mêmes conditions que dans le second stade (1-2) de l'exemple 1, en

2,6-NDCA.

TABLEAU 1

Exemple Exemple de comparaison

2 3 4 5 1 2 3

Quantité introduites de 2,6-DIPN (parties en poids), 10 10 O 10 10 10 10 d'acide acétique (idem) 100 100 100 100 100 100 100 d'acétate de Col) (idem) 5 10 5 - 0,5 0,5 0,5 d'acétate de Mn2) (idem) 10 20 10 15 1 1 1 Conditions de réaction Pression manométrique (kg/cm2) 30 30 30 30 30 30 30 Température ( C) 150 150 150 150 150 150 180 Durée (heures) 1 4 6 4 4 8 4 Débit de gaz (litres N/h) 50 50 50 50 50 50 50 Rendement (% molaire)

NMCA3) 56,7 62,3 56,6 60,6 30,8 28,9 10,7

NDCA4) 1,2 2,4 5,2 3,4 1,5 24,7 20,4

2,6-DIPN n'ayant pas réagi 24,2 3,8 3,6 14,6 38,0 0 0 Remarques: 1) Acétate de cobalt tétrahydraté 2) Acétate de manganèse tétrahydraté 3) Acide 6-isopropyl-2-naphtoique n -4 4) Acide 2,6-naphtalènedicarboxylique o

EXEMPLE 6.-

On prépare de l'acide 6-isopropyl-2-naphtoïque par les mêmes opérations que dans le premier stade Ci-1) de l'exemple 1, à l'exception des quantités d'introduction du produit de départ, du solvant et du catalyseur, et des

conditions de réaction, comme indiqué ci-après.

Quantité d'introduction de: 2,6-DIPN: 10 parties en poids, Acide acétique: 100 parties en poids, et

Mn(OCOCH3)2, 4H20: 15 parties en poids.

Conditions de réaction: Pression (manométrique): 10 kg/cm2; Température: 200 C; Durée: 2 heures, et

Débit du mélange gazeux: 60 litres N/heure.

Les rendements des composés du mélange réaction-

nel résultant de la réaction ci-dessus sont les suivants: Acide 6isopropyl-2-naphtoique: 58,6 %; Acide 2,6-naphtalène-dicarboxylique: 3,6 %, et

2,6-diisopropylnaphtalène (n'ayant pas réagi): 12,7%.

On oxyde ensuite l'acide 6-isopropyl-2-naphtoi-

que ainsi obtenu comme au second stade (1-2) de l'exemple 1,

pour obtenir du 2,6-NDCA.

EXEMPLE 7 ET EXEMPLE COMPARATIF 4.

On oxyde dix grammes d'acide 6-isopropyl-2-

naphtoique obtenu au cours du premier stade (1-1) de l'exemple 1, dans les conditions de réaction indiquées sur le tableau 2, les résultats de la réaction étant également indiqués sur le tableau 2 qui indique également les résultats de l'exemple de comparaison 4, o la quantité de catalyseur est supérieure au

domaine de la présente invention.

1l Exemple Exemple 7 comparatif 4 Quantités introduites de: NMCA) (parties en poids) 10 10 CH3COOH (idem) 100 100 Acétate de Co2) (idem) 0, 05 5 Acétate de Mn3) (idem) 0,1 10 Conditions de réaction / -2 Pression manométrique (kg/cm) 30 30 Température (OC) 150 150 Durée (heures) 4 4 Débit de gaz (litres N/heure) 50 50 Rendement (% molaire)

2,6-NDCA 24,1 3,6

NMCA (n'ayant pas réagi) 62,0 76,7 Sélectivité pour le 2,6-NDCA 63,4 15,5 Remarques: 1) Acide 6-isopropyl-2-naphtoique; 2) Acétate de cobalt tétrahydraté

3) Acétate de manganèse tétrahydraté.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé de préparation d'acide 2,6-naphta-

lène-dicarboxylique, caractérisé en ce qu'il comprend les stades suivants: 1) on oxyde du 2,6-diisopropylnaphtalène dans un acide gras inférieur jouant le rôle de solvant, en présence d'un catalyseur comprenant un sel de cobalt soluble dans l'eau et/ou un sel de manganèse soluble dans l'eau, dans une proportion d'au moins 0,5 atome-gramme de Co et/ou Mn par mole de 2,6-diisopropylnaphtalène par un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, ce qui permet d'obtenir de l'acide 6-isopropyl-2- naphto:que, et 2) on oxyde ensuite l'acide 6-isopropyl-2-naphtoique ainsi obtenu dans l'acide gras inférieur, en présence du catalyseur constitué par un sel de cobalt soluble dans l'eau et/ou un sel de manganèse soluble dans l'eau dans une proportion de 0,0025 à 0,12 atome-gramme par mole d'acide 6-isopropyl-2-naphtoique par le gaz renfermant de

l'oxygène moléculaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé,en ce qu'on effectue l'oxydation à une température de à 250 C, sous une pression manométrique de 3 à

kg/cm2.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise l'acide gras inférieur dans dans une proportion de 1 à 100 parties en poids par partie

en poids de 2,6-diisopropylnaphtalène.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide gras inférieur est l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide butyrique ou l'acide isobutyrique.

5. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'acide destiné à former les sels de coblat solubles dans l'eau et les sels de manganèse solubles dans l'eau est un acide carboxylique aliphatique ou un acide

carboxylique aromatique.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit acide carboxylique aliphatique est l'acide acétique, l'acide propionique ou l'acide butyrique, tandis que ledit acide carboxylique aromatique est l'acide benzoïque, l'acide cuminique, l'acide phtalique

ou l'acide naphtalène-monocarboxylique.