WO2017012952A1 - Method for the hydroxylation of a phenolic substrate - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a novel process for the hydroxylation of phenols and phenol ethers with hydrogen peroxide.
- hydroxylation reaction of phenol leads to the obtaining of two isomers ie 1, 4-dihydroxybenzene or hydroquinone (HQ) and 1, 2-dihydroxybenzene or pyrocatechol (PC) which are compounds with strong industrial potential.
- Hydroquinone is a product used in many fields of application as a polymerization inhibitor, an antioxidant in elastomers or as a synthetic intermediate. Another area of application is photography.
- Pyrocatechol is a product widely used as a polymerization inhibitor or antioxidant in elastomers, olefins, polyolefins or polyurethanes or as a tanning agent.
- hydroquinone and pyrocatechol are produced by hydroxylation of phenol with hydrogen peroxide, in the presence of an acid catalyst, strong protonic acid or a solid catalyst with acidic properties such as zeolite TS-1.
- FR 2,071,464 proposes to carry out this hydroxylation by the hydrogen peroxide in the presence of a strong pro tick acid such as for example, sulfuric acid, chlorosulfonic acid, perchloric acid sulphonic acids, for example methanesulphonic acid, trifluoromethanesulphonic acid, toluenesulphonic acid or phenolsulphonic acid.
- a strong pro tick acid such as for example, sulfuric acid, chlorosulfonic acid, perchloric acid sulphonic acids, for example methanesulphonic acid, trifluoromethanesulphonic acid, toluenesulphonic acid or phenolsulphonic acid.
- This hydroxylation reaction of phenol is generally carried out in a mixing apparatus, such as stirred reactor or cascaded stirred tank reactors.
- the hydroxylation reaction of a phenolic substrate simultaneously produces, in general, a hydroxylated product in para of the hydroxy or alkoxy functional group and a hydroxylated product in ortho of the hydroxy or alkoxy functional group.
- the hydroxylation of phenol usually co-produces hydroquinone and catechol.
- the combined production of these products should preferably be optimized to improve the yield of each product but also to modify and adjust their proportions, since the market demand for these products can vary independently.
- JP 2002-322108 provides a method for preparing alkyl catechol by hydroxylation of phenols by hydrogen peroxide, which have the advantage of producing little by-products. This method is, however, implemented only on para-substituted alkyl-substituted phenol substrates, such as p-tert-butylphenol. Similarly, the document EP 1 481 730 describes a hydroxylation of 2,3,6-trimethylphenol, which is totally substituted in ortho. As a result, the orientation problem in ortho or para hydroxylation does not arise.
- the present invention specifically aims to meet this need.
- the present invention is primarily a method of catalytic hydroxylation of phenol substrate ic by the hydrogen peroxide e product (s) di-hydroxyl (s), in particular the phenol hydroquinonc (HQ) and catechol . (PC), characterized in that it is carried out a removal of water during all or part of said hydroxylation reaction.
- the removal of water is performed simultaneously with the hydroxylation reaction. and preferably all u along the hydroxylation reaction.
- the removal of water is carried out continuously.
- the method of the invention particularly derives from the unexpected finding by the inventors of an inhibitory effect of water on the kinetics of the hydroxylation reaction.
- the hydrogen peroxide is used in the form of an aqueous solution, generally at 30% by weight, or even up to more than 70% by weight.
- the inventors have found that the elimination of the water, preferably in continuous mode during the hydroxylation reaction, makes it possible to accelerate the hydroxylation and thus to increase the productivity of the corresponding process.
- This removal of water can be carried out according to different embodiments.
- the water is removed by adsorption via a hydrophilic material.
- this adsorption can be carried out either by direct introduction of the adsorbent material into the reactor in which the hydroxylation reaction is conducted, or by loop circulation of the reaction medium in a device separate from the reactor and loaded with such an adsorbent material.
- this elimination can be carried out by vaporization of the liquid water present in the reaction medium.
- This vaporization can be carried out by heating all or part of the liquid medium constituting the reaction medium and / or under reduced pressure thereof.
- the catalytic hydroxylation process according to the invention is carried out by catalytic distillation (also called reactive distillation).
- Reactive distillation is a known technique to allow the simultaneous realization of the two key steps of a synthesis process, namely the actual chemical reaction and the physical separation of the products in a single device, namely a distillation column.
- the reactive distillation is carried out with at least one, and preferably a single distillation column, advantageously with trays or packed, and preferably packed, this column being equipped at the top of a condenser and at the base of a boiler.
- These condensers and boilers can be an integral part of the column.
- the set they constitute with the column will be further referred to in the sense of the invention catalytic distillation unit.
- Figure 1 shows an illustration of a distillation unit suitable for the invention.
- the distillation column is implemented in a vertical form. It can be defined as consisting of at least:
- reaction zone (R) provided in particular with at least one feed means (3) as starting materials for the hydroxylation reaction;
- the distillation zone (R) is more particularly dedicated to the reaction and comprises at least one distillation tray or a lining.
- the distillation zone (S) is more particularly dedicated to the recovery of a vapor mixture essentially composed of water and of the phenolic substrate, and to the evacuation thereof to the condenser (6).
- the condenser allows the formation of a water distillate / phenolic substrate by liquefaction of the water vapor / phenolic substrate mixture and makes it possible, by subsequent treatment of this distillate, to remove the water prior to reinjection of the distillate thus purified, by reflux at the top of the column.
- the lower distillation zone (I) is more particularly dedicated to feeding the boiler in a reaction medium and feeding the downstream of the process with the hydroxylation products of the phenolic substrate, for example hydroquinone and pyrocatechol. in the case of phenol.
- the boiler is intended to vaporize all or part of the reaction medium and to replenish the bottom of the column in a reaction medium in totally or partially vaporized form.
- Reactive distillation technology is also of interest inasmuch as it is compatible with a low pressure process which advantageously makes it possible to lower the reaction temperature.
- a process according to the invention implementing a reactive distillation may comprise at least the steps consisting in:
- reaction zone advantageously provided with distillation trays or preferably a packing
- the process of the invention is well suited to the hydroxylation of phenol or a phenol ether, but also to phenols or substituted phenol ethers.
- phenolic substrate or "phenolic compound” may be used herein to mean either phenol, and phenols or substituted phenol ethers.
- phenol or substituted phenol ether is meant a phenol or a phenol ether in which one of the hydrogen atoms of the aromatic ring is replaced by one or more substituents.
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group
- R-2 represents a hydrogen atom or one or more substituents, identical or different;
- number of substituents per aromatic ring is a number less than or equal to 4.
- the ORi group is an ether group when Ri is different from a hydrogen atom.
- the number of substituents per aromatic ring is variable and generally less than or equal to 4, preferably equal to 0, 1, 2 or 3.
- n is a number from 0 to 4, preferably equal to 0, 1 or 2;
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group
- R 2 which may be identical or different, represent an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom or a halogeno- or perhalo-alkyl group.
- the process of the invention can be applied to substrates corresponding to formula (la) in which n is equal to 0.
- the phenolic substrate is represented by general formula (la):
- n 0;
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group.
- the phenolic substrate can thus be represented by the general formula (Ib)
- R 1 is hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl.
- the phenolic substrate according to the invention is a phenolic substrate whose para position is free and at least one of the positions in ortho is free. It may be a phenolic compound within the meaning of the invention having the para position and the two ortho-free positions, or a phenolic compound within the meaning of the invention having the para position and a single ortho-free position.
- the phenolic substrate can be represented by the general formula (Ic) or the general formula (Id)
- R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group
- - R 3 , R 4 and R 5 represent, independently of each other, a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom, a halogeno- or perhalo-alkyl group.
- the method of the invention applies preferentially to substrates corresponding to formula (la) in which n is equal to 0 or 1; 3 ⁇ 4 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms; R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl or alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.
- alkyl means a saturated linear or branched hydrocarbon chain C1-C15, preferably C1-C1 0.
- alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl and t-butyl.
- alkoxy is meant an alkyl-O- group in which the term alkyl has the meaning given above.
- Preferred examples of alkoxy groups are methoxy or ethoxy.
- cycloalkyl is meant a cyclic, monocyclic C3-C8 hydrocarbon group, preferably a cyclopentyl or cyclohexyl group.
- Aryl means an aromatic mono- or polycyclic group, preferably mono- or bicyclic C6-C2 0, preferably phenyl or naphthyl.
- the group is polycyclic, that is to say that it comprises more than one ring nucleus, the ring nuclei can be condensed two by two or attached in pairs by bonds ⁇ .
- Examples of (C6-C18) aryl groups include phenyl and naphthyl.
- aralkyl is meant a linear or branched hydrocarbon-based group carrying a C 7 -C 12 monocyclic aromatic ring, preferably benzyl, the aliphatic chain comprising 1 or 2 carbon atoms.
- haloalkyl group means an alkyl group as defined above, one or more hydrogen atoms of which are replaced by a halogen atom, preferably a fluorine atom.
- perhaloalkyl group means an alkyl group comprising from 1 to 10 carbon atoms and from 3 to 21 halogen atoms, preferably fluorine, and more particularly the trifluoromethyl group.
- halogen atom is meant fluorine, chlorine and bromine.
- n is equal to 1, such as o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2-ethylphenol, 3-ethylphenol, 2-propylphenol, 2 -sec-butylphenol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 4-tert-butylphenol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 4-methoxyphenol, 2-ethoxyphenol, methyl salicylate 2-chlorophenol, 3-chlorophenol or 4-chlorophenol;
- n is equal to 2
- the phenolic substrate may in particular be chosen from the group consisting of phenol, anisole, phenetole, o-cresol, m-cresol, 2-ethylphenol, 3-ethylphenol, 2-propylphenol, 2-sec. -butylphenol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-ethoxyphenol, methyl salicylate, 2-chlorophenol, 3-chlorophenol, 2, 3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2,3-dichlorophenol, 2,5-dichlorophenol, 3,5-dichlorophenol, 3,5-ditert-butylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 2,3-dichlorophenol 5-trichlorophenol, and 1-hydroxynaphthalene; more preferably in the group consisting of phenol, anisole, phenetol, ⁇ -cresol, m-cresol, 2-tert-buty
- the present process is particularly suitable for the preparation of hydroquinone and pyrocatechol from phenol.
- the phenolic compound is reacted with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst and optionally a co-catalyst.
- the phenolic substrate and the hydrogen peroxide solution are introduced in the form of a mixture and separately to the catalyst.
- Two types of catalyst can be used, either a homogeneous catalyst or a heterogeneous catalyst.
- the homogeneous catalyst is in the same physical state as the reaction mixture and the heterogeneous catalyst is in a different physical state from that of the mixture.
- the heterogeneous catalyst has the advantage of not mixing with the reaction medium, and therefore of not requiring such a step. On the contrary, it is necessary to consider a mode of immobilization of this catalyst in the reaction zone or downstream of said zone.
- a homogeneous catalyst may advantageously be introduced, jointly or otherwise, with the other reactants, and more particularly at the level of the reaction zone.
- strong acid is meant in the present invention, an acid having a pKa in water of less than -0.1 and, preferably, less than -1.0.
- PKa is defined as the ionic dissociation constant of the acid / base pair, when water is used as the solvent.
- acids corresponding to this definition it is preferable to use those which are stable with respect to oxidation by hydrogen peroxide.
- halogenated or non-halogenated oxyacids such as sulfuric acid, phosphoric acid, pyrosulphuric acid, perchloric acid, aliphatic or aromatic sulphonic acids, such as, for example, methanesulphonic acid, ethanesulphonic acid, benzenesulphonic acid, bis-trifluoromethanesulphonimide acid, toluenesulphonic acids, naphthalenesulphonic acids, benzenedisulphonic acids, naphthalenedisulphonic acids, halosulphonic acids such as fluorosulphonic acid, chlorosulphonic acid or trifluoromethanesulphonic acid .
- halogenated or non-halogenated oxyacids such as sulfuric acid, phosphoric acid, pyrosulphuric acid, perchloric acid, aliphatic or aromatic sulphonic acids, such as, for example, methanesulphonic acid, ethanesulphonic acid, benzene
- sulfuric acid perchloric acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, toluenesulphonic acid, phenolsulphonic acid or bis-trifluoromethanesulphonimide acid are preferably used.
- hydroxyaromatic sulphonic acids preferably used in the process of the invention, there may be mentioned the acids corresponding to the following formula:
- x is 1, 2 or 3, preferably 1 or 2;
- z is a number from 0 to 4, preferably equal to 0, 1 or 2;
- M represents a hydrogen atom, sodium or potassium;
- R represents an alkyl or alkoxy group having from 1 to 4 carbon atoms or a carboxylic group.
- hydroxybenzenesulphonic acids it is preferable to use 4-hydroxybenzenesulphonic acid, 2-hydroxybenzenesulphonic acid, 5-sulphosalicylic acid or mixtures thereof.
- dihydroxybenzenesulfonic acids used include sulfonic acids resulting from the sulfonation of hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), pyrocatechol (1,2-dihydroxybenzene), and resorcinol (1, 3-dihydroxybenzene).
- the preferred dihydroxybenzenedisulphonic acids are 5,6-dihydroxy-1,3-benzenedisulphonic acid, 4,6-dihydroxy-1,3-benzenesulphonic acid and 2,5-dihydroxy-1,4-dihydroxy acid. benzenedisulfonic.
- the hydroxyaromatic sulfonic acids are available in solid, liquid or aqueous solution, the concentration of which may vary between 5% and 95% by weight, preferably between 50% and 70% by weight.
- the mixture comprises two acids (A) and (B) respectively having specific pKa: the acid (B) being much stronger than the acid (A).
- the mixture can include:
- A a strong acid having a pKa (S) greater than or equal to that of sulfuric acid and an ApKa (S) with respect to sulfuric acid less than or equal to 4 and greater than or equal to 0;
- Another acid (B) chosen from superacids is another acid (B) chosen from superacids.
- Acid (A) has a pKa (S) greater than or equal to that of sulfuric acid:
- Acid (B) is a super acid defined as having a pKa (S) lower than that of sulfuric acid.
- PKa (S) is defined as the ionic dissociation constant of the acid / base pair in a solvent (S).
- the pKa of the acids is defined by reference to a potentiometric measurement carried out in a solvent which is nitrobenzene (S) and whose measurement protocol is explained before the examples of WO 2010/115784.
- the acids involved in said mixture are defined by a difference of pKa, ApKa, which corresponds for the same solvent, the difference between the pKa of the chosen acid and the pKa of sulfuric acid.
- the acid (A) used has an ApKa (S) with respect to the sulfuric acid of less than or equal to 4 and greater than or equal to 0. Even more preferentially, the acid (A) has an ApKa (S) with respect to sulfuric acid less than or equal to 3 and greater than or equal to 0.
- acids (A) examples include sulfuric acid, aliphatic or aromatic sulphonic acids such as, for example, methanesulphonic acid, ethanesulphonic acid, benzenesulphonic acid, toluenesulphonic acids and naphthalenesulphonic acids. .
- Another class of acids (A) are hydroxybenzenesulfonic acids, sulphonated hydroxybenzoic acids, hydroxybenzenedisulphonic acids, dihydroxybenzenesulphonic acids, hydroxytoluenesulphonic acids, hydroxynaphthalenesulphonic acids, hydroxynaphthalenedisulphonic acids and mixtures thereof.
- the preferred acids are the acid
- 4-hydroxybenzenesulfonic acid 2-hydroxybenzenesulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, sulfonic acids resulting from the sulfonation of hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), pyrocatechol (1,2-dihydroxybenzene), and resorcinol (1,3-dihydroxybenzene), 5,6-dihydroxy-1,3-benzenedisulphonic acid, 4,6-dihydroxy-1,3-benzenedisulphonic acid, 2,5-dihydroxy-1 acid, 4-benzenedisulfonic.
- acids that may be mentioned include perhaloacetic acids such as trichloroacetic acid and trifluoroacetic acid.
- the second component (B) of the acid mixture is a superacid, that is to say an acid having a pKa (S) lower than that of sulfuric acid and which has therefore a negative ApKa.
- the lower bound is not critical but generally the ApKa in nitrobenzene is greater than or equal to - 12.
- the superacids chosen preferentially have an ApKa less than or equal to -0.1 and preferably greater than or equal to -8.
- Exemplary superacids (B) include perchloric acid, halosulfonic acids such as fluorosulfonic acid, chlorosulfonic acid, perhaloalkanesulfonic acids, preferably trifluoromethanesulfonic acid.
- superacids (B) there may be mentioned inter alia, trifluoromethanesulfinic acid and bis-trifluoromethanesulfonimide acid.
- Preferred acid pairs (A) and (B) are perchloric acid and sulfuric acid, perchloric acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid, trifluoromethanesulphonic acid and 4- hydroxybenzenesulfonic acid, bis-trifluoromethanesulfonimide acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid.
- the proportion in the mixture of different acids can vary widely. Thus, it is possible to use mixtures comprising:
- each percentage of acid expresses the ratio (expressed in%) between the number of moles of the acid considered and the number of moles of the sum of the two acids (A) and (B).
- the acids that may be used in the mixture are commercially available in solid, liquid or aqueous solution form whose concentration may vary between 5% and 95% by weight, preferably between 50% and 70% by weight. .
- the process implements, as a catalyst, a strong protonic acid having a pKa in water of less than -0.1 and preferably less than -1.0. , or a mixture of protonic acids.
- the acidic catalyst is sulfuric acid, perchloric acid, methanesulphonic acid, trifluoromethanesulphonic acid, toluenesulphonic acid, phenolsulphonic acid, bis-trifluoromethanesulphonimide, or a mixture of perchloric acid and sulfuric acid, of perchloric acid and of 4-hydroxybenzenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid, or bis-trifluoromethanesulfonimide acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid.
- the strong protonic acid or the mixture of acids can be used in the process of the invention, in a quantity expressed by the ratio of the number of proton equivalents to the number of moles of phenolic substrate which advantageously varies between 0.002. % and 0.15%.
- said molar ratio is preferably selected from 0.01% to 0.07%.
- Heterogeneous catalyst As a representative of the heterogeneous catalysts that are suitable for the invention, mention may in particular be made of zeolites of titano-silicalite type, such as commercial zeolites TS-1 and TS-2.
- this catalyst can in particular be used in an immobilized form at the level of a material integrated in the column, such as, for example, a padding or a tray.
- ion exchange resins can also be used as catalysts of the reaction of the present invention, and more particularly strong cationic resins.
- the sulfonic resins are suitable for this use, with for example as commercial products the Amberlyst 15, Dowex 650C or Nafion resins.
- the hydroxylation of the phenolic substrate is carried out in the presence of a co-catalyst which is a ketone compound and more particularly of formula (III):
- R a and R b identical or different, represent hydrocarbon groups having from 1 to 30 carbon atoms or together form a divalent group, optionally substituted with one or more halogen atoms or stable functional groups under the conditions of the reaction ;
- X represents a covalent bond, a group -CO-, a group -CHOH or a group - (R) n -, R representing an alkylene group preferably having from 1 to 4 carbon atoms and n is an integer chosen from 1 and 16.
- R a and R b are more particularly:
- cycloalkyl or cycloalkenyl groups having from 4 to 6 carbon atoms
- arylalkyl or arylacenyl groups may together form an alkylene or alkenylene group having from 3 to 5 carbon atoms, optionally substituted by a lower carbon alkyl group or a cycloalkyl or cycloalkenyl group having 4 to 6 carbon atoms; 2 to 4 carbon atoms of the alkylene or alkenylene groups may be part of one or two benzene rings optionally substituted with 1 to 4 hydroxyl groups and / or alkyl and / or alkoxy low carbon condensation.
- alkyl group of low carbon condensation a linear or branched alkyl group generally having 1 to 4 carbon atoms.
- hydrocarbon groups may be substituted with 1 or more, preferably 1 to 4, low carbon condensation alkyl groups or functional groups such as hydroxyl groups, low carbon alkoxy, hydroxycarbonyl, alkyloxycarbonyl groups having from 1 to 4 atoms. carbon in the alkyl group, a nitrile, sulfonic, nitro group or with one or more halogen atoms, and especially chlorine and bromine.
- R a and R b are more particularly:
- linear or branched alkyl groups having from 1 to 10 carbon atoms
- cycloalkyl or cycloalkenyl groups having from 4 to 6 carbon atoms
- phenyl groups optionally substituted with 1 to 4 alkyl and / or hydroxyl and / or alkoxy groups;
- phenylalkyl or phenylacenyl groups comprising 1 (or 2) to 10 carbon atoms in the aliphatic part, and even more particularly from 1 (or 2) to 5 carbon atoms in the aliphatic part;
- R a and R b may together form an alkylene or alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, optionally substituted with 1 to 4 alkyl groups low carbon condensation.
- dialkylketone-type ketone compounds of formula (III) in which R a and R b represent a linear or branched alkyl group having from 1 to 8 carbon atoms are particularly used.
- ketonic compounds corresponding to formula (III) those which correspond to formula (III) in which R a and R b represent an optionally substituted phenyl group are preferably chosen.
- ketone compounds may be represented by the following formula (IIIa):
- R c and R d identical or different represent a hydrogen atom or a substituent, preferably an electron-donor group
- n 2 identical or different is a number equal to 0, 1, 2 or 3;
- the two carbon atoms located at the ⁇ -position with respect to the two carbon atoms bearing the -CO group can be bonded together by a covalent bond or by a -CH 2 - group, thus forming a ketone ring which can be saturated but also unsaturated.
- the substituent is chosen such that it does not react under the acid conditions of the invention. It is preferably an electro-donor group.
- electron donor group is meant a group as defined in Jerry MARCH - Advanced Organic Chemistry, Chapter 9, pages 273 and 275 (1992).
- alkoxy groups comprising a linear or branched alkyl chain having from 1 to 4 carbon atoms or a phenoxy group
- R c and R d identical or different, represent a hydrogen atom, a methyl, ethyl, tert-butyl, phenyl, a methoxy or ethoxy group, a hydroxyl group, preferably in the 3,3-position; 'or 4,4'.
- ketones that can be used in the process of the invention, there may be mentioned more particularly:
- the amount of ketone compound involved expressed by the ratio between the number of moles of ketone compound and the number of moles of phenolic compound can vary between 0.01% and 20%, and preferably between 0.1% and 2%. .
- a phenol or a phenol ether is reacted with hydrogen peroxide in the presence of a strong protonic acid and optionally a ketone.
- the hydrogen peroxide used according to the invention may be in the form of an aqueous solution or an organic solution.
- Aqueous solutions being commercially more readily available, they are preferably used.
- the concentration of the aqueous solution of hydrogen peroxide is chosen so as to introduce the least possible water into the reaction medium.
- the amount of hydrogen peroxide must generally be adjusted to a minimum so as not to favor the formation of the products of over-oxidation in the image of tars formed by reaction of this hydrogen peroxide with the products of dihydrogen peroxide. -hydroxylation expected.
- the increase of the kinetics of reaction makes it possible to reduce the contact time of the dihydroxylation products with hydrogen peroxide, and therefore this
- the limiting factor is advantageously at least partly overcome according to the present invention.
- the method according to the invention therefore makes it possible to envisage the use of a molar ratio of hydrogen peroxide / phenolic substrate of 0.05 to 1, and therefore different from the conventional ratios ranging from 0.01 to 0.3 and, preferably from 0.03 to 0.10.
- this ratio is advantageously adjustable via the reflux ratio imposed on the distillation column.
- the phenolic substrate introduced in excess of the reaction is separated from the reaction medium downstream of the reaction and then recycled to this same reaction.
- the fact of using a hydrogen peroxide / phenolic substrate molar ratio higher than the conventional ratios, and thus a smaller amount of phenolic substrate to the reaction also makes it possible to significantly reduce the flow of phenolic substrate to be separated and recycled. This results in a reduction in the size of the equipment used to achieve this separation, which makes the process more capitalistic.
- the inventors have characterized an inhibitory effect of water on the kinetics of reaction.
- an initial content of the water medium of less than 20% by weight and preferably less than 10% by weight.
- the weight contents of water indicated are expressed relative to the mixture phenolic substrate - hydrogen peroxide - water.
- This initial water corresponds to the water introduced with the reagents and in particular with hydrogen peroxide.
- the lowering of the temperature is of course interesting in terms of productivity gain.
- the process according to the invention makes it possible to favor the formation of the para-hydroxylated isomer with the orthohydroxylated isomer, in particular the formation of the hydroquinone (HQ) isomer with the pyrocatechol isomer (PC ) in the case of phenol.
- HQ hydroquinone
- PC pyrocatechol isomer
- the method according to the invention makes it possible to reach a ratio (PC) / (HQ) less than or equal to 1.3, more preferably less than or equal to 1.0.
- the process according to the invention makes it possible to reduce the ratio (ortho-hydroxylated product) / (para-hydroxylated product) by at least 0.1 point, more preferentially by at least 0 , 2 point, and more preferably at least 0.3 point.
- the ratio (ortho-hydroxylated product) / (para-hydroxylated product) is defined by the ratio between the number of moles of ortho-hydroxylated product formed and the number of moles of para-hydroxylated product formed.
- An advantageous variant of the process of the invention also considers the presence of a complexing agent for the metal ions present in the reaction medium, since these are detrimental to the good progress of the process of the invention, in particular in the case of phenols where the yields of hydroxylation products are low. Therefore, it is preferable to inhibit the action of metal ions.
- the metal ions that are detrimental to the progress of the hydroxylation are transition metal ions and more particularly iron, nickel, copper, chromium, cobalt, manganese and vanadium ions.
- the metal ions are provided by the reagents and in particular the starting substrates and the equipment used. To inhibit the action of these metal ions, it suffices to conduct the reaction in the presence of one or more stable complexing agents with respect to hydrogen peroxide and giving complexes that can not be decomposed by the strong acids present and in which the metal can no longer exert chemical activity.
- complexing agents it is possible to use, in particular, the various phosphoric acids such as, for example, orthophosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acids, phosphonic acid, such as (1-hydroxyethylidene) diphosphonic acid, phosphonic acid, ethylphosphonic acid and phenylphosphonic acid.
- phosphoric acids such as, for example, orthophosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acids, phosphonic acid, such as (1-hydroxyethylidene) diphosphonic acid, phosphonic acid, ethylphosphonic acid and phenylphosphonic acid.
- esters of the abovementioned acids and, more particularly, ortho-phosphates of mono- or dialkyl, of mono- or dicycloalkyl, of mono- or dialkylaryl, for example ethyl phosphate or of diethyl, hexyl phosphate, cyclohexyl phosphate and benzyl phosphate.
- one operates in the presence of a complexing agent of transition metal ions, stable under the reaction conditions, such as phosphoric acids, pyrophosphoric acids, phosphonic acids and their acid esters.
- a complexing agent of transition metal ions such as phosphoric acids, pyrophosphoric acids, phosphonic acids and their acid esters.
- the amount of complexing agent depends on the content of the reaction medium in metal ions.
- reaction medium in contact with a hydrophilic adsorbent material.
- molecular sieves such as microporous alumino-silicate with pore sizes of 3 ⁇ or 4 ⁇ can notably be mentioned.
- This material can be directly disposed within the reactor in which the hydroxylation is carried out.
- this material may be external to the reactor.
- the contact of the reaction medium with this material is then achieved by imposing a circulation in continuous mode or not, through the material.
- the material can be loaded within a column and the medium is circulated from the reactor through the height of the column and then at the column outlet is redirected to the reactor.
- the material may also be implemented in the form of a tangential membrane installed outside the reactor and in which the reaction medium circulates and then recycled to the reactor. The water separated by tangential membrane filtration is then recovered outside the tube constituted by the membrane.
- the process according to the invention uses a reactive distillation column comprising at least the following 3 distillation zones:
- reaction zone (R) at which, in particular, the supply of starting materials is carried out
- FIG. 1 shows an illustration of a reactive distillation column that is suitable for the process of the invention and specifies in particular these three zones, namely: a reaction zone (R), an upper zone (S), located at the top of the central zone (R) and a lower base zone (I).
- R reaction zone
- S upper zone
- I lower base zone
- the reactive distillation column may be any type of distillation column, including a vacuum distillation column, a steam distillation column, or preferably a fractionation column.
- the internal configuration of the column is not particularly limited and a wide variety of configurations can be used, as is apparent from the state of the art.
- the inside of a column may include, but not be limited to, trays, random packing elements, structured packing elements, baffles, varying diameters throughout the column, each with or without a catalyst .
- the internal configuration can also be distinct depending on the function of the section of the column. For example, trays may be used in one section and structured packing in another section of the column. Techniques known in the state of the art for extending the liquid holding time can also be used.
- the appropriate liquid medium holding times (excluding reboiler) range from 1 minute to 60 minutes, or from 3 minutes to 20 minutes.
- the reaction zone (R) is equipped with one or more feed lines (3) for introducing all or part of the reagents.
- This or these supply ducts may advantageously be connected to a distributor for homogeneously distributing the starting reagents over the entire surface of the distillation tray or the lining.
- the top or zone (S) of the column is equipped with a pipe (4) for evacuating the vapors of the most volatile constituents and a pipe (5) for the introduction of a liquid reflux consisting of a fraction of condensed vapors in a condenser (6).
- the condenser is connected to a device (7) for extracting the water present in the water distillate / phenolic substrate recovered at the outlet of the condenser, for example a device of the azeotropic distillation type with a third body.
- the phenolic substrate thus purified is re-fed to the top of the column, preferably via a distributor, while the water is extracted via a pipe (11).
- the base or zone (I) of the column is equipped with a pipe (8) for the evacuation of the less volatile constituents in liquid form in a boiler and advantageously a pipe (9) for the introduction of the vapor generated by vaporization partial bottom liquid in the boiler.
- the water-free mixture containing the reaction products is extracted through a line (12).
- the reactive distillation process of the invention comprises at least the steps of:
- a reactive distillation column which comprises at least a) a reaction zone, advantageously provided with distillation trays or preferably with a packing,
- the process being characterized in that water is removed from said distillate and that the phenolic substrate-concentrated distillate thus obtained is re-fed at reflux into said column.
- the supply of reagents in the zone (R) is carried out by conventional means such as, for example, a pump, and more particularly a centrifugal pump or a volumetric pump.
- reagents can be introduced into the reaction zone of the column separately or as a mixture, pure or diluted.
- Formation of said vapor phase is ensured by loop circulation of reaction medium between the lower zone of the column and the boiler.
- hydroxylation products are recovered from the reaction medium which is recovered in this same lower zone of the column.
- a preferred embodiment of the reagents is to prepare beforehand a mixture in a static mixer by introducing therein separately the phenolic compound optionally supplemented with a complexing agent, optionally all or part of the acid catalyst, optionally all or part of the cocatalyst, and the solution of hydrogen peroxide.
- the mixing operation is conducted at a temperature sufficient for the phenol or starting phenol ether to remain liquid. Said temperature is chosen according to the melting temperature of the phenolic substrate.
- the mixing operation is carried out at a temperature generally above 41 ° C, or even 42 ° C.
- the temperature of this mixing operation is advantageously chosen at most equal to 85 ° C., preferably between 45 ° C. and 60 ° C.
- the temperature during the mixing operation is chosen differently depending on whether the catalyst is introduced during this mixing step or not.
- the mixture can be carried out under atmospheric pressure or under reduced pressure, but higher pressures can also be envisaged.
- pressures between 1 bar and 200 bar absolute may be suitable.
- This step can be carried out under an inert atmosphere, for example under nitrogen or even under argon, nitrogen being preferred especially in view of its reduced cost.
- the mixture thus formed is introduced into the reaction zone of the reactive distillation column.
- This power supply is preferably carried out via a distributor.
- the hydroxylation reaction may be conducted in the reactive distillation column at atmospheric pressure or at a higher pressure but preferably under a reduced pressure.
- pressures between 1 mbar and 1 bar absolute may be suitable, and preferably between 5 mbar and 500 mbar absolute.
- the hydroxylation reaction can also be carried out under an inert atmosphere, preferably under a nitrogen atmosphere.
- the reactive distillation process according to the invention is advantageously carried out continuously.
- the adjustment of flow rates at the feed zones, the condenser and the boiler is clearly within the skill of those skilled in the art.
- hydroxylation forms the expected di-hydroxylated products and water as a co-product.
- the reaction mixture therefore contains these products, and also contains the phenolic substrate and the unreacted hydrogen peroxide. At least a portion of the reaction mixture is in liquid form in the column. Thus, at least a portion of the expected di-hydroxylated products is liquid. In contrast, at least a portion of the water and at least a portion of the unreacted phenolic substrate is in the form of vapor.
- the temperature inside the column may be between a high temperature of 225 ° C and a low temperature of 20 ° C depending on the composition in the column.
- the upper zone is for its part heated to a temperature above the boiling point of at least the phenolic substrate so that at least a portion of it vaporizes in the column and progresses towards the top of the column and then the condenser where it is liquefied.
- the condensate thus formed is collected in a reflux vessel or tank and subjected to a separation step to remove the water.
- This separation can be carried out by any conventional technique such as decantation, secondary distillation, evaporation, or centrifugation, with a third body if necessary.
- the non-aqueous phase of the condensate is then returned to the column as reflux.
- the temperature of the reaction mixture in the liquid reservoir in zone (I) at the bottom of the column is lower than the boiling point of the di-hydroxylated products and higher than the boiling point of the phenolic substrate.
- the boiler can advantageously be heated to a temperature ranging from 100 ° C. to 250 ° C.
- This method makes it possible to obtain a kinetic gain of a factor of 10 compared with a conventional reactor process for the production of hydroquinone and pyrocatechol.
- RT hydrogen peroxide
- the PC / HQ ratio being defined by the ratio between the number of moles of pyrocatechol formed and the number of moles of hydroquinone formed.
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Abstract
Description
PROCEDE D ' H Y D RO X Y L A T I O D'UN SUBSTRAT PHENOLIQUE METHOD OF H Y D RO X Y L A T I O OF A PHENOLIC SUBSTRATE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un nouveau procédé d'hydroxylation de phénols et d'éthers de phénol par le peroxyde d'hydrogène. The present invention relates to a novel process for the hydroxylation of phenols and phenol ethers with hydrogen peroxide.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
La réaction d 'hydroxylation du phénol conduit à l 'obtention de deux isomères à savoir le 1 ,4-dihydroxybenzène ou hydroquinone ( HQ) et le 1 ,2-dihydroxybenzène ou pyrocatéchol (PC) qui sont des composés à fort potentiel industriel. The hydroxylation reaction of phenol leads to the obtaining of two isomers ie 1, 4-dihydroxybenzene or hydroquinone (HQ) and 1, 2-dihydroxybenzene or pyrocatechol (PC) which are compounds with strong industrial potential.
L'hydroquinone est un produit utilisé dans de nombreux domaines d'application en tant qu'inhibiteur de polymérisation, antioxydant dans les élastomères ou comme intermédiaire de synthèse. Un autre domaine d'application est la photographie. Hydroquinone is a product used in many fields of application as a polymerization inhibitor, an antioxidant in elastomers or as a synthetic intermediate. Another area of application is photography.
Le pyrocatéchol est quant à lui un produit largement utilisé notamment comme inhibiteur de polymérisation ou antioxydant dans les élastomères, oléfines, polyoléfines ou polyuréthanes ou comme agent tannant. Pyrocatechol is a product widely used as a polymerization inhibitor or antioxidant in elastomers, olefins, polyolefins or polyurethanes or as a tanning agent.
Compte-tenu de ce large champ d'exploitation, il est nécessaire de produire ces produits à une échelle industrielle et de disposer de procédés de fabrication optimisés. Given this wide field of operation, it is necessary to produce these products on an industrial scale and have optimized manufacturing processes.
Classiquement, l'hydroquinone et le pyrocatéchol sont produits par hydroxylation du phénol par le peroxyde d'hydrogène, en présence d'un catalyseur acide, acide protonique fort ou bien un catalyseur solide à propriétés acides comme par exemple la zéolithe TS-1. Conventionally, hydroquinone and pyrocatechol are produced by hydroxylation of phenol with hydrogen peroxide, in the presence of an acid catalyst, strong protonic acid or a solid catalyst with acidic properties such as zeolite TS-1.
Ainsi, le document FR 2 071 464, propose d'effectuer cette hydroxylation par le peroxyde d'hydrogène, en présence d'un acide pro tique fort tel que par exemple, l 'acide sulfurique, l'acide chlorosulfurique, l'acide perchlorique, les acides sulfoniques comme par exemple l'acide méthanesulfonique, trifluorométhanesulfonique, toluènesulfonique, ou phénolsulfonique. Thus, FR 2,071,464, proposes to carry out this hydroxylation by the hydrogen peroxide in the presence of a strong pro tick acid such as for example, sulfuric acid, chlorosulfonic acid, perchloric acid sulphonic acids, for example methanesulphonic acid, trifluoromethanesulphonic acid, toluenesulphonic acid or phenolsulphonic acid.
Cette réaction d'hydroxylation du phénol est généralement conduite dans un dispositif de mélange, tel que réacteur agité ou cascade de réacteurs agités. This hydroxylation reaction of phenol is generally carried out in a mixing apparatus, such as stirred reactor or cascaded stirred tank reactors.
Toutefois, ces modes de préparation conventionnels demandent à être optimisés en termes de productivité, d'efficacité énergétique et de rendement. However, these conventional methods of preparation need to be optimized in terms of productivity, energy efficiency and performance.
D'autre part, la réaction d'hydroxylation d'un substrat phénolique produit simultanément, en général, un produit hydroxylé en para du groupement fonctionnel hydroxy ou alkoxy et un produit hydroxylé en ortho du groupement fonctionnel hydroxy ou alkoxy. Par exemple, l'hydroxylation du phénol coproduit généralement de l'hydroquinone et du pyrocatechol. La production en combinaison de ces produits doit de préférence être optimisée pour améliorer le rendement de chaque produit mais aussi pour modifier et adapter leurs proportions, car la demande sur le marché de ces produits peut varier de façon indépendante. On the other hand, the hydroxylation reaction of a phenolic substrate simultaneously produces, in general, a hydroxylated product in para of the hydroxy or alkoxy functional group and a hydroxylated product in ortho of the hydroxy or alkoxy functional group. For example, the hydroxylation of phenol usually co-produces hydroquinone and catechol. The combined production of these products should preferably be optimized to improve the yield of each product but also to modify and adjust their proportions, since the market demand for these products can vary independently.
Le document JP 2002-322108 propose un procédé de préparation d'alkylcatéchol par hydroxylation d'alkylphénols par le peroxyde d'hydrogène, qui présenterait l'avantage de produire peu de sous-produits. Ce procédé n'est toutefois mis en œuvre que sur des substrats phénoliques alkyl-substitués en para, tel que le p-tert-butylphénol. De même, le document EP 1 481 730 décrit une hydroxylation du 2,3,6-triméthylphénol, qui est totalement substitué en ortho. De ce fait, le problème d'orientation en ortho ou en para de Γ hydroxylation ne se pose pas. JP 2002-322108 provides a method for preparing alkyl catechol by hydroxylation of phenols by hydrogen peroxide, which have the advantage of producing little by-products. This method is, however, implemented only on para-substituted alkyl-substituted phenol substrates, such as p-tert-butylphenol. Similarly, the document EP 1 481 730 describes a hydroxylation of 2,3,6-trimethylphenol, which is totally substituted in ortho. As a result, the orientation problem in ortho or para hydroxylation does not arise.
La présente invention a précisément pour objet de répondre à ce besoin. The present invention specifically aims to meet this need.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Ainsi et contre toute attente, les inventeurs ont constaté qu'il est possible d'accroître signiflcativement la cinétique de cette réaction d 'hydroxylation et de modifier le ratio de produits ortho-hydroxylés / produits para-hydroxylés sous réserve de réaliser celle-ci dans des conditions particulières. L'expression « produit ortho-hydroxylé » désigne un produit hydroxylé en ortho du groupement fonctionnel hydroxy ou alko.xy, tandis que l'expression « produit para-hydroxylé » désigne un produit hydro.xylé en para du groupement fonctionnel hydroxy ou alkoxy. So against all expectations, the inventors have found that it is possible to increase signiflcativement the kinetics of this hydroxylation reaction and change the ratio of ortho-hydroxylated products / para-hydroxylated products subject to carry it in special conditions. The term "orthohydroxylated product" refers to a hydroxylated product ortho to the hydroxy or alkoxy functional group, while the term "para-hydroxylated product" refers to a hydroxylated product para to the hydroxy or alkoxy functional group.
Plus précisément, la présente invention vise à titre principal un procédé d'hydroxylation catalytique d'un substrat phénol ique par le peroxyde d'hydrogène e produit(s) di-hydroxylé(s), notamment du phénol en hydroquinonc (HQ) et pyrocatechol. (PC), caractérisé en ce qu'il est procédé à une élimination de l'eau durant tout ou partie de ladite réaction d'hydroxylation. More specifically, the present invention is primarily a method of catalytic hydroxylation of phenol substrate ic by the hydrogen peroxide e product (s) di-hydroxyl (s), in particular the phenol hydroquinonc (HQ) and catechol . (PC), characterized in that it is carried out a removal of water during all or part of said hydroxylation reaction.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'élimination d'eau est réalisée simultanément à la réaction d'hydroxylation. et de préférence tout u long de la réaction d'hydroxylation. According to an advantageous embodiment, the removal of water is performed simultaneously with the hydroxylation reaction. and preferably all u along the hydroxylation reaction.
Avantageusement, l 'élimination de l'eau est donc réalisée en continu. Le procédé selon l'invention dérive tout particulièrement de la constatation inattendue par les inventeurs d'un effet inhibiteur de l'eau sur la cinétique de la réaction d'hydroxylation. Advantageously, the removal of water is carried out continuously. The method of the invention particularly derives from the unexpected finding by the inventors of an inhibitory effect of water on the kinetics of the hydroxylation reaction.
Or, cette eau est présente dans le milieu d'hydroxylation à plusieurs titres. Tout d'abord, le peroxyde d'hydrogène est mis en œuvre sous forme d'une solution aqueuse, généralement à 30% en poids, voire jusqu'à plus de 70% en poids. However, this water is present in the hydroxylation medium for several reasons. Firstly, the hydrogen peroxide is used in the form of an aqueous solution, generally at 30% by weight, or even up to more than 70% by weight.
En outre, la réaction d'hydroxylation conduit à la génération d'une mole d'eau par mole de diphénol produite. In addition, the hydroxylation reaction results in the generation of one mole of water per mole of diphenol produced.
Enfin, des réactions secondaires indésirables, telles que l'oxydation des produits pyrocatéchol et hydroquinone, conduisent également à la génération de molécules d'eau. Finally, undesirable side reactions, such as the oxidation of the products pyrocatechol and hydroquinone, also lead to the generation of water molecules.
Les inventeurs ont constaté que l'élimination de l'eau de préférence en mode continu durant la réaction d'hydroxylation, permet d'accélérer l 'hydroxylation et donc d'accroître la productivité du procédé correspondant. The inventors have found that the elimination of the water, preferably in continuous mode during the hydroxylation reaction, makes it possible to accelerate the hydroxylation and thus to increase the productivity of the corresponding process.
De plus, les inventeurs ont constaté que l'élimination de l'eau durant la réaction d'hydroxylation avait un effet sur le ratio de produits ortho-hydroxylés / produits para- hydroxylés. In addition, the inventors have found that the removal of water during the hydroxylation reaction had an effect on the ratio of ortho-hydroxylated products / para- hydroxylated products.
Cette élimination d'eau peut être effectuée selon différents modes de réalisation. This removal of water can be carried out according to different embodiments.
Selon une première variante, l'eau est éliminée par adsorption via un matériau hydrophile. Comme détaillé ci-après, cette adsorption peut être réalisée soit par introduction directe du matériau adsorbant au sein du réacteur dans lequel est conduite la réaction d'hydroxylation, soit par circulation en boucle du milieu réactionnel au sein d'un dispositif distinct du réacteur et chargé en un tel matériau adsorbant. According to a first variant, the water is removed by adsorption via a hydrophilic material. As detailed below, this adsorption can be carried out either by direct introduction of the adsorbent material into the reactor in which the hydroxylation reaction is conducted, or by loop circulation of the reaction medium in a device separate from the reactor and loaded with such an adsorbent material.
Selon une seconde variante, cette élimination peut être réalisée par vaporisation de l'eau liquide présente dans le milieu réactionnel. Cette vaporisation peut être réalisée par chauffage de tout ou partie du milieu liquide constituant le milieu réactionnel et/ou sous pression réduite de celui-ci. According to a second variant, this elimination can be carried out by vaporization of the liquid water present in the reaction medium. This vaporization can be carried out by heating all or part of the liquid medium constituting the reaction medium and / or under reduced pressure thereof.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé d'hydroxylation catalytique selon l'invention est réalisé par distillation catalytique (également nommée distillation réactive). According to a preferred embodiment, the catalytic hydroxylation process according to the invention is carried out by catalytic distillation (also called reactive distillation).
La distillation réactive est une technique connue pour permettre la réalisation simultanée des deux étapes clés d'un procédé de synthèse, à savoir la réaction chimique proprement dite et la séparation physique des produits dans un unique dispositif, à savoir une colonne à distiller. Reactive distillation is a known technique to allow the simultaneous realization of the two key steps of a synthesis process, namely the actual chemical reaction and the physical separation of the products in a single device, namely a distillation column.
Dans le cadre de l'invention, la distillation réactive est réalisée avec au moins une, et de préférence une unique colonne à distiller, avantageusement à plateaux ou à garnissage, et de préférence à garnissage, cette colonne étant équipée en sommet d'un condenseur et à la base d'un bouilleur. Ces condenseurs et bouilleurs peuvent faire partie intégrante de la colonne. Lorsqu'ils sont externes à la colonne, comme représenté en figure 1, l'ensemble qu'ils constituent avec la colonne sera encore dénommé au sens de l'invention unité de distillation catalytique. In the context of the invention, the reactive distillation is carried out with at least one, and preferably a single distillation column, advantageously with trays or packed, and preferably packed, this column being equipped at the top of a condenser and at the base of a boiler. These condensers and boilers can be an integral part of the column. When they are external to the column, as shown in Figure 1, the set they constitute with the column will be further referred to in the sense of the invention catalytic distillation unit.
La figure 1 rend compte d'une illustration d'une unité de distillation convenant à l'invention. Figure 1 shows an illustration of a distillation unit suitable for the invention.
La colonne de distillation est mise en œuvre sous une forme verticale. Elle peut être définie comme étant composée d'au moins : The distillation column is implemented in a vertical form. It can be defined as consisting of at least:
- une zone réactionnelle (R) pourvue notamment d'au moins un moyen d'alimentation (3) en produits de départ de la réaction d'hydroxylation ; a reaction zone (R) provided in particular with at least one feed means (3) as starting materials for the hydroxylation reaction;
- une zone supérieure (S), en sommet de la zone réactionnelle et reliée, directement ou non, à un condenseur (6) ; et - An upper zone (S) at the top of the reaction zone and connected, directly or indirectly, to a condenser (6); and
- une zone inférieure (I), à la base de la zone réactionnelle et reliée, directement ou non, à un bouilleur (10). - A lower zone (I) at the base of the reaction zone and connected directly or indirectly to a boiler (10).
La zone (R) de distillation est plus particulièrement dédiée à la réaction et comprend au moins un plateau de distillation ou un garnissage. The distillation zone (R) is more particularly dedicated to the reaction and comprises at least one distillation tray or a lining.
La zone (S) de distillation est plus particulièrement dédiée à la récupération d'un mélange vapeur composé pour l'essentiel d'eau et du substrat phénolique, et à l'évacuation de celui-ci vers le condenseur (6). The distillation zone (S) is more particularly dedicated to the recovery of a vapor mixture essentially composed of water and of the phenolic substrate, and to the evacuation thereof to the condenser (6).
Le condenseur permet la formation d'un distillât eau/substrat phénolique par liquéfaction du mélange vapeur eau/substrat phénolique et rend possible, par traitement consécutif de ce distillât, d'en éliminer l'eau préalablement à la réinjection du distillât ainsi purifié, par reflux en tête de colonne. The condenser allows the formation of a water distillate / phenolic substrate by liquefaction of the water vapor / phenolic substrate mixture and makes it possible, by subsequent treatment of this distillate, to remove the water prior to reinjection of the distillate thus purified, by reflux at the top of the column.
La zone inférieure (I) de distillation est plus particulièrement dédiée à l'alimentation du bouilleur en milieu réactionnel et à l'alimentation de l'aval du procédé avec les produits d'hydroxylation du substrat phénolique, par exemple l'hydroquinone et le pyrocatéchol dans le cas du phénol. The lower distillation zone (I) is more particularly dedicated to feeding the boiler in a reaction medium and feeding the downstream of the process with the hydroxylation products of the phenolic substrate, for example hydroquinone and pyrocatechol. in the case of phenol.
Le bouilleur a pour vocation de vaporiser tout ou partie du milieu réactionnel et de réalimenter le pied de colonne en milieu réactionnel sous forme totalement ou partiellement vaporisée. The boiler is intended to vaporize all or part of the reaction medium and to replenish the bottom of the column in a reaction medium in totally or partially vaporized form.
Ce mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention s'avère avantageux à plusieurs titres. This particular embodiment of the method according to the invention is advantageous in several ways.
Tout d'abord, il permet de procéder tout au long de la réaction, et donc en mode continu, à un appauvrissement du milieu réactionnel en eau. First, it makes it possible to proceed throughout the reaction, and thus in continuous mode, to a depletion of the reaction medium in water.
La réalisation simultanée de la réaction chimique et de la séparation des produits représente d'un point de vue économique un gain significatif en termes d'investissement, de coûts de fonctionnement et de flexibilité du ratio de produits ortho-hydroxylés / produits para- hydroxylés. The simultaneous realization of the chemical reaction and the separation of the products represents from a economic point of view a significant gain in terms of investment, operating costs and flexibility of the ratio of ortho-hydroxylated products / para- hydroxylated products.
Au regard de l'augmentation de la cinétique de réaction, le temps de réaction est réduit avec un bénéfice immédiat sur la formation des sous-produits indésirables de type goudron. En effet, lors de l'hydroxylation du phénol par de l'eau oxygénée en présence d'un catalyseur de type acide fort, on obtient de l'hydroquinone (HQ), du pyrocatéchol (PC), de l'eau mais également différents composés de masse moléculaire élevée, appelés « goudrons » ou « lourds ». Plus précisément, ces goudrons dérivent pour l'essentiel de l'oxydation secondaire d'une partie du pyrocatéchol et de l'hydroquinone par le peroxyde d'hydrogène. Or, dans le cas d'un procédé selon l'invention, la formation de ces goudrons est avantageusement plus limitée car le temps de contact des produits d'hydroxylation avec les autres réactifs est réduit. In view of the increase in reaction kinetics, the reaction time is reduced with immediate benefit on the formation of undesirable tar by-products. Indeed, during the hydroxylation of phenol with hydrogen peroxide in the presence of a strong acid type catalyst, hydroquinone (HQ), pyrocatechol (PC), water but also different high molecular weight compounds, called "tars" or "heavy". More precisely, these tars derive essentially from the secondary oxidation of part of the pyrocatechol and hydroquinone by hydrogen peroxide. However, in the case of a process according to the invention, the formation of these tars is advantageously more limited because the contact time of the hydroxylation products with the other reagents is reduced.
La technologie de distillation réactive est également intéressante dans la mesure où elle est compatible avec une mise en œuvre sous faible pression qui rend avantageusement possible un abaissement de la température de réaction. Reactive distillation technology is also of interest inasmuch as it is compatible with a low pressure process which advantageously makes it possible to lower the reaction temperature.
Enfin, elle est compatible avec une catalyse homogène mais également hétérogène de l'hydroxylation. Finally, it is compatible with a homogeneous but also heterogeneous catalysis of hydroxylation.
Plus précisément, un procédé selon l'invention mettant en œuvre une distillation réactive peut comprendre au moins les étapes consistant à : More specifically, a process according to the invention implementing a reactive distillation may comprise at least the steps consisting in:
- mettre en contact au moins un substrat phénolique, de l'hydroxyde d'hydrogène, de préférence sous la forme d'une solution aqueuse, et au moins un catalyseur d'hydroxylation au niveau d'une colonne de distillation réactive qui comprend au moins : contacting at least one phenolic substrate, hydrogen hydroxide, preferably in the form of an aqueous solution, and at least one hydroxylation catalyst at a reactive distillation column which comprises at least :
a) une zone réactionnelle, avantageusement pourvue de plateaux de distillation ou de préférence d'un garnissage, a) a reaction zone, advantageously provided with distillation trays or preferably a packing,
b) une zone supérieure disposée en sommet de ladite zone réactionnelle, équipée en sortie d'un condenseur et d'une conduite d'alimentation en reflux, et b) an upper zone disposed at the top of said reaction zone, equipped at the outlet of a condenser and a reflux feed pipe, and
c) une zone inférieure, disposée à la base de ladite zone réactionnelle, reliée à un bouilleur ; c) a lower zone, disposed at the base of said reaction zone, connected to a boiler;
- imposer à la colonne de distillation des conditions thermiques et de pression propices à la réalisation de ladite hydroxylation et l'accumulation en zone supérieure, d'une phase vapeur contenant au moins l'eau et ledit substrat phénolique ; - imposing on the distillation column thermal conditions and pressure conducive to carrying out said hydroxylation and the accumulation in the upper zone, a vapor phase containing at least water and said phenolic substrate;
- récupérer en sortie du condenseur un distillât formé par liquéfaction de la phase vapeur eau/substrat phénolique ; ledit procédé étant caractérisé en ce que l'eau est éliminée dudit distillât et en ce que le distillât concentré en substrat phénolique ainsi obtenu est réalimenté à reflux dans ladite colonne, et en particulier en zone supérieure de ladite colonne. DEFINITION DETAILLEE DE L'INVENTION recovering at the outlet of the condenser a distillate formed by liquefaction of the water vapor / phenolic substrate phase; said method being characterized in that water is removed from said distillate and that the phenolic substrate-concentrated distillate thus obtained is refluxed in said column, and in particular in the upper zone of said column. DETAILED DEFINITION OF THE INVENTION
Dans l'exposé qui suit, l'expression « compris entre ... et ... » doit être comprise comme incluant les bornes citées. In the following description, the expression "between ... and ..." must be understood as including the boundaries quoted.
Substrat phénolique Phenolic substrate
Le procédé de l'invention est bien adapté à l'hydroxylation du phénol ou d'un éther de phénol, mais également aux phénols ou éthers de phénols substitués. The process of the invention is well suited to the hydroxylation of phenol or a phenol ether, but also to phenols or substituted phenol ethers.
Comme signifié précédemment, le terme « substrat phénolique » ou « composé phénolique » peut être utilisé dans le présent texte, pour désigner indifféremment le phénol, et les phénols ou éthers de phénol substitués. As previously meant, the term "phenolic substrate" or "phenolic compound" may be used herein to mean either phenol, and phenols or substituted phenol ethers.
Par « phénol ou éther de phénol substitué », on entend un phénol ou un éther de phénol dont l'un des atomes d'hydrogène du cycle aromatique est remplacé par un ou plusieurs substituants. By "phenol or substituted phenol ether" is meant a phenol or a phenol ether in which one of the hydrogen atoms of the aromatic ring is replaced by one or more substituents.
Généralement, par plusieurs substituants, on définit moins de quatre substituants par noyau aromatique. Generally, by more than one substituent, less than four substituents are defined per aromatic ring.
N'importe quel substituant peut être présent dans la mesure où il n'interfère pas dans la réaction de l'invention. Any substituent may be present to the extent that it does not interfere with the reaction of the invention.
Ainsi, le procédé de l'invention est bien adapté pour s'appliquer aux substrats phénoliques de formule générale (I) : Thus, the process of the invention is well adapted to apply to phenolic substrates of general formula (I):
dans laquelle : in which :
- A symbolise un cycle benzénique ou naphtalénique ; - symbolized a benzene or naphthalenic ring;
- Ri représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, cycloalkyle, aryle ou aralkyle ; R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group;
- R-2 représente un atome d'hydrogène ou un ou plusieurs substituants, identiques ou différents ; - R-2 represents a hydrogen atom or one or more substituents, identical or different;
- n, nombre de substituants par cycle aromatique, est un nombre inférieur ou égal à 4. - n, number of substituents per aromatic ring, is a number less than or equal to 4.
Dans la formule (I), le groupe ORi est un groupe éther dès lors que Ri est différent d'un atome d'hydrogène. Le nombre de substituants par cycle aromatique est variable et généralement inférieur ou égal à 4, de préférence égal à 0, 1 , 2 ou 3. In the formula (I), the ORi group is an ether group when Ri is different from a hydrogen atom. The number of substituents per aromatic ring is variable and generally less than or equal to 4, preferably equal to 0, 1, 2 or 3.
Des exemples préférés de substituants sont donnés pour la formule (la). Preferred examples of substituents are given for formula (Ia).
Ainsi, le procédé de l'invention est bien adapté aux substrats phénoliques répondant à la formule (I) dans laquelle A représente un cycle benzénique et qui est représenté plus particulièrement par la formule générale (la) : Thus, the process of the invention is well suited to phenolic substrates corresponding to formula (I) in which A represents a benzene ring and which is represented more particularly by general formula (Ia):
dans laquelle : in which :
- n est un nombre de 0 à 4, de préférence égal à 0, 1 ou 2 ; n is a number from 0 to 4, preferably equal to 0, 1 or 2;
- Ri représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, cycloalkyle, aryle ou aralkyle ; R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group;
- R2, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle, un groupe alkoxy, un groupe hydroxyle, un atome d'halogène, un groupe halogéno- ou perhalogéno-alkyle. R 2 , which may be identical or different, represent an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom or a halogeno- or perhalo-alkyl group.
Le procédé de l'invention peut s'appliquer aux substrats répondant à la formule (la) dans laquelle n est égal à 0. Selon un mode de réalisation, le substrat phénolique est représenté par la formule générale (la) : The process of the invention can be applied to substrates corresponding to formula (la) in which n is equal to 0. According to one embodiment, the phenolic substrate is represented by general formula (la):
dans laquelle : in which :
- n vaut 0 ; n is 0;
- Ri représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, cycloalkyle, aryle ou aralkyle. R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group.
Le substrat phénolique peut ainsi être représenté par la formule générale (Ib) The phenolic substrate can thus be represented by the general formula (Ib)
dans laquelle Ri représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, cycloalkyle, aryle ou aralkyle. wherein R 1 is hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl.
Selon un mode de réalisation, le substrat phénolique selon l'invention est un substrat phénolique dont la position en para est libre et au moins une des positions en ortho est libre. Il peut s'agir un composé phénolique au sens de l'invention ayant la position en para et les deux positions en ortho libres, ou un composé phénolique au sens de l'invention ayant la position en para et une seule position en ortho libres. According to one embodiment, the phenolic substrate according to the invention is a phenolic substrate whose para position is free and at least one of the positions in ortho is free. It may be a phenolic compound within the meaning of the invention having the para position and the two ortho-free positions, or a phenolic compound within the meaning of the invention having the para position and a single ortho-free position.
Ainsi, le substrat phénolique peut être représenté par la formule générale (le) ou la formule générale (Id) Thus, the phenolic substrate can be represented by the general formula (Ic) or the general formula (Id)
dans laquelle : in which :
- Ri représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, cycloalkyle, aryle ou aralkyle ; - R3, R4 et R5 représentent, indépendamment les uns des autres, un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, un groupe alkoxy, un groupe hydroxyle, un atome d'halogène, un groupe halogéno- ou perhalogéno-alkyle. R 1 represents a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl group; - R 3 , R 4 and R 5 represent, independently of each other, a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a halogen atom, a halogeno- or perhalo-alkyl group.
Le procédé de l'invention s'applique préférentiellement aux substrats répondant à la formule (la) dans laquelle n est égal à 0 ou 1 ; ¾ représente un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone ; R2 représente un atome d'hydrogène, un groupe alkyle ou alkoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone. The method of the invention applies preferentially to substrates corresponding to formula (la) in which n is equal to 0 or 1; ¾ represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms; R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl or alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms.
Dans les formules (I) et (la), on entend par « alkyle », une chaîne hydrocarbonée saturée linéaire ou ramifiée en C1-C15, de préférence en C1-C10. Des exemples de groupes alkyle préférés sont notamment méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, t- butyle. In formulas (I) and (Ia), the term "alkyl" means a saturated linear or branched hydrocarbon chain C1-C15, preferably C1-C1 0. Examples of preferred alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl and t-butyl.
Par « alkoxy », on entend un groupe alkyl-O- dans lequel le terme alkyle a la signification donnée ci-dessus. Des exemples préférés de groupes alkoxy sont les groupes méthoxy ou éthoxy. By "alkoxy" is meant an alkyl-O- group in which the term alkyl has the meaning given above. Preferred examples of alkoxy groups are methoxy or ethoxy.
Par « cycloalkyle », on entend un groupe hydrocarboné cyclique, monocyclique en C3-C8, de préférence, un groupe cyclopentyle ou cyclohexyle. By "cycloalkyl" is meant a cyclic, monocyclic C3-C8 hydrocarbon group, preferably a cyclopentyl or cyclohexyl group.
Par « aryle », on entend un groupe mono- ou polycyclique aromatique, de préférence, mono- ou bicyclique en C6-C20, de préférence, phényle ou naphtyle. Lorsque le groupe est polycyclique c'est-à-dire qu'il comprend plus d'un noyau cyclique, les noyaux cycliques peuvent être condensés deux à deux ou rattachés deux à deux par des liaisons σ. Des exemples de groupes (C6-Cis)aryle sont notamment phényle et naphtyle. Par « aralkyle », on entend un groupe hydrocarboné, linéaire ou ramifié porteur d'un cycle aromatique monocyclique en C7-C12, de préférence, benzyle, la chaîne aliphatique comprenant 1 ou 2 atomes de carbone "Aryl" means an aromatic mono- or polycyclic group, preferably mono- or bicyclic C6-C2 0, preferably phenyl or naphthyl. When the group is polycyclic, that is to say that it comprises more than one ring nucleus, the ring nuclei can be condensed two by two or attached in pairs by bonds σ. Examples of (C6-C18) aryl groups include phenyl and naphthyl. By "aralkyl" is meant a linear or branched hydrocarbon-based group carrying a C 7 -C 12 monocyclic aromatic ring, preferably benzyl, the aliphatic chain comprising 1 or 2 carbon atoms.
Par « groupe halogénoalkyle », on entend un groupe alkyle tel que précédemment défini dont l'un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par un atome d'halogène, de préférence un atome de fluor. The term "haloalkyl group" means an alkyl group as defined above, one or more hydrogen atoms of which are replaced by a halogen atom, preferably a fluorine atom.
Par « groupe perhalogénoalkyle », on entend un groupe alkyle comprenant de 1 à 10 atomes de carbone et de 3 à 21 atomes d'halogène, de préférence de fluor, et plus particulièrement le groupe trifluorométhyle. The term "perhaloalkyl group" means an alkyl group comprising from 1 to 10 carbon atoms and from 3 to 21 halogen atoms, preferably fluorine, and more particularly the trifluoromethyl group.
Par « atome d'halogène », on entend le fluor, le chlore et le brome. By "halogen atom" is meant fluorine, chlorine and bromine.
A titre illustratif de substrats phénoliques de formule (I) susceptibles d'être mis en œuvre dans le procédé de l'invention, on peut mentionner plus particulièrement : By way of illustration of phenolic substrates of formula (I) that can be used in the process of the invention, mention may be made more particularly of:
- ceux répondant à la formule (I) dans laquelle n est égal à 0, tels que le phénol, l'anisole ou le phénétole ; those corresponding to formula (I) in which n is equal to 0, such as phenol, anisole or phenetole;
- ceux répondant à la formule (I) dans laquelle n est égal à 1, tels que ο-crésol, le m-crésol, le p-crésol, le 2-éthylphénol, le 3-éthylphénol, le 2-propylphénol, le 2-sec-butylphénol, le 2-tert-butylphénol, le 3-tert-butylphénol, le 4-tert-butylphénol, le 2-méthoxyphénol, le 3-méthoxyphénol, le 4-méthoxyphénol, le 2-éthoxyphénol, le salicylate de méthyle, le 2-chlorophénol, le 3-chlorophénol ou le 4-chlorophénol ; those corresponding to formula (I) in which n is equal to 1, such as o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2-ethylphenol, 3-ethylphenol, 2-propylphenol, 2 -sec-butylphenol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 4-tert-butylphenol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 4-methoxyphenol, 2-ethoxyphenol, methyl salicylate 2-chlorophenol, 3-chlorophenol or 4-chlorophenol;
- ceux répondant à la formule (I) dans laquelle n est égal à 2, tels que le 2,3-diméthylphénol, le 2,5-diméthylphénol, le 2,6-diméthylphénol, le 3,5-diméthyphénol, le 2,3-dichlorophénol, le 2,5-dichlorophénol, le 2,6-dichlorophénol, le 3,5-dichlorophénol, le 2,6-ditert-butylphénol, le 3,5-ditert-butylphénol ; those corresponding to formula (I) in which n is equal to 2, such as 2,3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2, 3-dichlorophenol, 2,5-dichlorophenol, 2,6-dichlorophenol, 3,5-dichlorophenol, 2,6-ditert-butylphenol, 3,5-ditert-butylphenol;
- ceux répondant à la formule (I) dans laquelle n est égal à 3, tels que le 2,3,5-triméthylphénol, le 2,3,6-triméthylphénol, le 2,3,5-trichlorophénol ou le 2,3,6-trichlorophénol ; those corresponding to formula (I) in which n is equal to 3, such as 2,3,5-trimethylphenol, 2,3,6-trimethylphenol, 2,3,5-trichlorophenol or 2,3 6-trichlorophenol;
- ceux répondant à la formule (I) dans laquelle A représente un cycle naphtalénique, tels que le 1-hydroxynaphtalène. those corresponding to formula (I) in which A represents a naphthalenic ring, such as 1-hydroxynaphthalene.
Le substrat phénolique peut notamment être choisi dans le groupe consistant en le phénol, l'anisole, le phénétole, ο-crésol, le m-crésol, le 2-éthylphénol, le 3-éthylphénol, le 2-propylphénol, le 2-sec-butylphénol, le 2-tert-butylphénol, le 3-tert-butylphénol, le 2-méthoxyphénol, le 3-méthoxyphénol, le 2-éthoxyphénol, le salicylate de méthyle, le 2-chlorophénol, le 3-chlorophénol, le 2,3-diméthylphénol, le 2,5-diméthylphénol, le 3,5-diméthyphénol, le 2,3-dichlorophénol, le 2,5-dichlorophénol, le 3,5-dichlorophénol, le 3,5-ditert-butylphénol, le 2,3,5-triméthylphénol, le 2,3, 5-trichl orophénol, et le 1-hydroxynaphtalène ; plus préférentiellement dans le groupe consistant en le phénol, l'anisole, le phénétole, Γο-crésol, le m-crésol, le 2-tert-butylphénol, le 3-tert-butylphénol, le 2-méthoxyphénol et le 2-éthoxyphénol. The phenolic substrate may in particular be chosen from the group consisting of phenol, anisole, phenetole, o-cresol, m-cresol, 2-ethylphenol, 3-ethylphenol, 2-propylphenol, 2-sec. -butylphenol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-ethoxyphenol, methyl salicylate, 2-chlorophenol, 3-chlorophenol, 2, 3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2,3-dichlorophenol, 2,5-dichlorophenol, 3,5-dichlorophenol, 3,5-ditert-butylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 2,3-dichlorophenol 5-trichlorophenol, and 1-hydroxynaphthalene; more preferably in the group consisting of phenol, anisole, phenetol, Γο-cresol, m-cresol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 2-methoxyphenol and 2-ethoxyphenol.
Parmi les substrats phénoliques précités, on met en œuvre préférentiellement le phénol, ο-crésol, le m-crésol, le p-crésol, l'anisole, le phénétole, le 2-méthoxyphénol (le gaïacol) ou le 2-éthoxyphénol (le guétol), et plus préférentiellement le phénol, l'anisole, le phénétole, le 2-méthoxyphénol (le gaïacol) ou le 2-éthoxyphénol (le guétol). Among the abovementioned phenolic substrates, phenol, ο-cresol, m-cresol, p-cresol, anisole, phenetole, 2-methoxyphenol (guaiacol) or 2-ethoxyphenol (the guétol), and more preferably phenol, anisole, phenétole, 2-methoxyphenol (guaiacol) or 2-ethoxyphenol (guétol).
Le présent procédé convient tout particulièrement bien à la préparation d'hydroquinone et de pyrocatéchol à partir du phénol. The present process is particularly suitable for the preparation of hydroquinone and pyrocatechol from phenol.
Conformément au procédé de l'invention, on fait réagir le composé phénolique avec le peroxyde d'hydrogène en présence d'un catalyseur et éventuellement d'un co-catalyseur. According to the process of the invention, the phenolic compound is reacted with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst and optionally a co-catalyst.
Avantageusement, le substrat phénolique et la solution de peroxyde d'hydrogène sont introduits sous la forme d'un mélange et de manière séparée au catalyseur. Advantageously, the phenolic substrate and the hydrogen peroxide solution are introduced in the form of a mixture and separately to the catalyst.
Catalyseur Catalyst
Deux types de catalyseur peuvent être utilisés, soit un catalyseur homogène soit un catalyseur hétérogène. Le catalyseur homogène est dans le même état physique que le mélange réactionnel et le catalyseur hétérogène est dans un état physique différent de ceux du mélange. Two types of catalyst can be used, either a homogeneous catalyst or a heterogeneous catalyst. The homogeneous catalyst is in the same physical state as the reaction mixture and the heterogeneous catalyst is in a different physical state from that of the mixture.
Dans le cas d'un catalyseur homogène qui se mélange donc avec le mélange réactionnel, une étape supplémentaire est alors nécessaire pour récupérer le catalyseur ou pour purifier les produits du catalyseur. Cette étape additionnelle augmente le coût d'investissement et d'opération. In the case of a homogeneous catalyst which thus mixes with the reaction mixture, an additional step is then necessary to recover the catalyst or to purify the catalyst products. This additional step increases the investment and operation cost.
En revanche, le catalyseur hétérogène a pour avantage de ne pas se mélanger avec le milieu réactionnel, et donc de ne pas requérir une telle étape. Il est à l'inverse nécessaire de considérer un mode d'immobilisation de ce catalyseur dans la zone réactionnelle ou en aval de ladite zone. a) Catalyseur homogène Un catalyseur homogène peut être pour sa part avantageusement introduit, conjointement ou non aux autres réactifs, et plus particulièrement au niveau de la zone réactionnelle. On the other hand, the heterogeneous catalyst has the advantage of not mixing with the reaction medium, and therefore of not requiring such a step. On the contrary, it is necessary to consider a mode of immobilization of this catalyst in the reaction zone or downstream of said zone. a) Homogeneous catalyst For its part, a homogeneous catalyst may advantageously be introduced, jointly or otherwise, with the other reactants, and more particularly at the level of the reaction zone.
Avantageusement, il s'agit d'un acide fort. Advantageously, it is a strong acid.
Par acide fort, on désigne dans la présente invention, un acide présentant un pKa dans l'eau inférieur à - 0,1 et, de préférence, inférieur à - 1,0. By strong acid is meant in the present invention, an acid having a pKa in water of less than -0.1 and, preferably, less than -1.0.
Le pKa est défini comme la constante de dissociation ionique du couple acide/base, lorsque l'eau est utilisée comme solvant. Parmi les acides répondant à cette définition, il est préférable d'utiliser ceux qui sont stables vis-à-vis de l'oxydation par le peroxyde d'hydrogène. PKa is defined as the ionic dissociation constant of the acid / base pair, when water is used as the solvent. Among the acids corresponding to this definition, it is preferable to use those which are stable with respect to oxidation by hydrogen peroxide.
On peut citer plus particulièrement les oxyacides halogénés ou non tels que l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide pyrosulfurique, l'acide perchlorique, les acides sulfoniques aliphatiques ou aromatiques tels que par exemple, l'acide méthanesulfonique, l'acide éthanesulfonique, l'acide benzènesulfonique, l'acide bis-trifluorométhanesulfonimide, les acides toluènesulfoniques, les acides naphtalènesulfoniques, les acides benzènedisulfoniques, les acides naphtalènedisulfoniques, les acides halogénosulfoniques tels que l'acide fluorosulfonique, l'acide chlorosulfonique ou l'acide trifluorométhanesulfonique. Mention may more particularly be made of halogenated or non-halogenated oxyacids such as sulfuric acid, phosphoric acid, pyrosulphuric acid, perchloric acid, aliphatic or aromatic sulphonic acids, such as, for example, methanesulphonic acid, ethanesulphonic acid, benzenesulphonic acid, bis-trifluoromethanesulphonimide acid, toluenesulphonic acids, naphthalenesulphonic acids, benzenedisulphonic acids, naphthalenedisulphonic acids, halosulphonic acids such as fluorosulphonic acid, chlorosulphonic acid or trifluoromethanesulphonic acid .
Parmi les acides précités, on utilise de préférence l'acide sulfurique, l'acide perchlorique, l'acide méthanesulfonique, trifluorométhanesulfonique, toluènesulfonique, phénolsulfonique ou l'acide bis-trifluorométhanesulfonimide. Among the above-mentioned acids, sulfuric acid, perchloric acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, toluenesulphonic acid, phenolsulphonic acid or bis-trifluoromethanesulphonimide acid are preferably used.
Selon une variante du procédé de l'invention, il est possible d'utiliser comme acide protonique fort, un acide hydroxyaromatique sulfonique tel que décrit dans WO 2009/150125. According to a variant of the process of the invention, it is possible to use as a strong protonic acid a hydroxyaromatic sulphonic acid as described in WO 2009/150125.
Comme exemples préférés d'acides hydroxyaromatiques sulfoniques mis en œuvre préférentiellement dans le procédé de l'invention, on peut mentionner les acides répondant à la formule suivante : As preferred examples of hydroxyaromatic sulphonic acids preferably used in the process of the invention, there may be mentioned the acids corresponding to the following formula:
dans laquelle : in which :
- x est égal à 1 ,2 ou 3, de préférence 1 ou 2 ; x is 1, 2 or 3, preferably 1 or 2;
- y est égal à 1 ou 2 ; - y is 1 or 2;
- z est un nombre de 0 à 4, de préférence égal à 0, 1 ou 2 ; - M représente un atome d'hydrogène, le sodium ou le potassium ; z is a number from 0 to 4, preferably equal to 0, 1 or 2; M represents a hydrogen atom, sodium or potassium;
- R représente un groupe alkyle ou alkoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone ou un groupe carboxylique. R represents an alkyl or alkoxy group having from 1 to 4 carbon atoms or a carboxylic group.
Parmi les acides convenant au procédé de l'invention, on peut citer plus particulièrement les acides hydroxybenzènesulfoniques, les acides hydroxybenzoïques sulfonés, les acides hydroxybenzènedisulfoniques, les acides dihydroxybenzènedisulfoniques, les acides hydroxytoluènesulfoniques, les acides hydroxynaphtalènesulfoniques, les acides hydroxynaphtalènedisulfoniques et leurs mélanges. Among the acids that are suitable for the process of the invention, mention may be made more particularly of hydroxybenzenesulphonic acids, sulphonated hydroxybenzoic acids, hydroxybenzenedisulphonic acids, dihydroxybenzenedisulphonic acids, hydroxytoluenesulphonic acids, hydroxynaphthalenesulphonic acids, hydroxynaphthalenedisulphonic acids and their mixtures.
Parmi les acides hydroxybenzènesulfoniques, on utilisera de préférence l'acide 4-hydroxybenzènesulfonique, l'acide 2-hydroxybenzènesulfonique, l'acide 5-sulfosalicylique ou leurs mélanges. Among the hydroxybenzenesulphonic acids, it is preferable to use 4-hydroxybenzenesulphonic acid, 2-hydroxybenzenesulphonic acid, 5-sulphosalicylic acid or mixtures thereof.
Comme exemples préférés d'acides dihydroxybenzènesulfoniques mis en œuvre, on peut citer les acides sulfoniques résultant de la sulfonation de l'hydroquinone (1,4-dihydroxybenzène), du pyrocatéchol (1,2-dihydroxybenzène), et de la résorcine (1 ,3 -dihydroxybenzène) . Preferred examples of dihydroxybenzenesulfonic acids used include sulfonic acids resulting from the sulfonation of hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), pyrocatechol (1,2-dihydroxybenzene), and resorcinol (1, 3-dihydroxybenzene).
Les acides dihydroxybenzènedisulfoniques préférés sont l'acide 5,6-dihydroxy-l,3-benzènedisulfonique, l'acide 4,6-dihydroxy-l,3-benzène- disulfonique et l'acide 2,5-dihydroxy-l,4-benzènedisulfonique. The preferred dihydroxybenzenedisulphonic acids are 5,6-dihydroxy-1,3-benzenedisulphonic acid, 4,6-dihydroxy-1,3-benzenesulphonic acid and 2,5-dihydroxy-1,4-dihydroxy acid. benzenedisulfonic.
Les acides hydroxyaromatiques sulfoniques sont disponibles sous forme solide, liquide ou en solution aqueuse dont la concentration peut varier entre 5 % et 95 % en poids, de préférence entre 50 % et 70 % en poids. The hydroxyaromatic sulfonic acids are available in solid, liquid or aqueous solution, the concentration of which may vary between 5% and 95% by weight, preferably between 50% and 70% by weight.
Selon une autre variante du procédé de l'invention, il est possible d'utiliser un mélange d'au moins deux acides protoniques forts, tel que décrit dans WO 2010/115784. According to another variant of the process of the invention, it is possible to use a mixture of at least two strong protonic acids, as described in WO 2010/115784.
Le mélange comprend deux acides (A) et (B) ayant respectivement des pKa spécifiques : l'acide (B) étant beaucoup plus fort que l'acide (A). The mixture comprises two acids (A) and (B) respectively having specific pKa: the acid (B) being much stronger than the acid (A).
Le mélange peut comprendre : The mixture can include:
- un acide fort (A) présentant un pKa (S) supérieur ou égal à celui de l'acide sulfurique et un ApKa (S) par rapport à l'acide sulfurique inférieur ou égal à 4 et supérieur ou égal à 0 ; et a strong acid (A) having a pKa (S) greater than or equal to that of sulfuric acid and an ApKa (S) with respect to sulfuric acid less than or equal to 4 and greater than or equal to 0; and
- un autre acide (B) choisi parmi les superacides. another acid (B) chosen from superacids.
L'acide (A) présente un pKa (S) supérieur ou égal à celui de l'acide sulfurique : Acid (A) has a pKa (S) greater than or equal to that of sulfuric acid:
(S) représentant le solvant organique qui est le nitrobenzène. (S) representing the organic solvent which is nitrobenzene.
L'acide (B) est un superacide défini comme présentant un pKa (S) inférieur à celui de l'acide sulfurique. Le pKa (S) est défini comme la constante de dissociation ionique du couple acide/base dans un solvant (S). Acid (B) is a super acid defined as having a pKa (S) lower than that of sulfuric acid. PKa (S) is defined as the ionic dissociation constant of the acid / base pair in a solvent (S).
On définit le pKa des acides par référence à une mesure de potentiométrie effectuée dans un solvant qui est le nitrobenzène (S) et dont le protocole de mesure est exposé avant les exemples de WO 2010/115784. The pKa of the acids is defined by reference to a potentiometric measurement carried out in a solvent which is nitrobenzene (S) and whose measurement protocol is explained before the examples of WO 2010/115784.
Les acides intervenant dans ledit mélange sont définis par une différence de pKa, ApKa, qui correspond pour un même solvant, à la différence entre le pKa de l'acide choisi et le pKa de l'acide sulfurique. The acids involved in said mixture are defined by a difference of pKa, ApKa, which corresponds for the same solvent, the difference between the pKa of the chosen acid and the pKa of sulfuric acid.
L'acide (A) mis en œuvre présente un ApKa (S) par rapport à l'acide sulfurique inférieur ou égal à 4 et supérieur ou égal à 0. Encore plus préférentiellement, l'acide (A) a un ApKa (S) par rapport à l'acide sulfurique inférieur ou égal à 3 et supérieur ou égal à 0. The acid (A) used has an ApKa (S) with respect to the sulfuric acid of less than or equal to 4 and greater than or equal to 0. Even more preferentially, the acid (A) has an ApKa (S) with respect to sulfuric acid less than or equal to 3 and greater than or equal to 0.
Comme exemples d'acides (A), on peut citer notamment l'acide sulfurique, les acides sulfoniques aliphatiques ou aromatiques tels que par exemple l'acide méthanesulfonique, l'acide éthanesulfonique, l'acide benzènesulfonique, les acides toluènesulfoniques et les acides naphtalènesulfoniques. Examples of acids (A) that may be mentioned include sulfuric acid, aliphatic or aromatic sulphonic acids such as, for example, methanesulphonic acid, ethanesulphonic acid, benzenesulphonic acid, toluenesulphonic acids and naphthalenesulphonic acids. .
Une autre classe d'acides (A) sont les acides hydroxybenzènesulfoniques, les acides hydroxybenzoïques sulfonés, les acides hydroxybenzènedisulfoniques, les acides dihydroxybenzène-disulfoniques, les acides hydroxytoluènesulfoniques, les acides hydroxynaphtalènesulfoniques, les acides hydroxynaphtalènedisulfoniques et leurs mélanges. Another class of acids (A) are hydroxybenzenesulfonic acids, sulphonated hydroxybenzoic acids, hydroxybenzenedisulphonic acids, dihydroxybenzenesulphonic acids, hydroxytoluenesulphonic acids, hydroxynaphthalenesulphonic acids, hydroxynaphthalenedisulphonic acids and mixtures thereof.
Parmi les acides précités, les acides préférés sont l'acide Among the aforementioned acids, the preferred acids are the acid
4- hydroxybenzènesulfonique, l'acide 2-hydroxybenzènesulfonique, l'acide 5-sulfosalicylique, les acides sulfoniques résultant de la sulfonation de l'hydroquinone (1,4-dihydroxybenzène), du pyrocatéchol (1,2-dihydroxybenzène), et de la résorcine (1,3-dihydroxybenzène), l'acide 5,6-dihydroxy- 1 ,3-benzènedisulfonique, l'acide 4,6-dihydroxy- 1 ,3-benzènedisulfonique, l'acide 2,5-dihydroxy-l,4-benzènedisulfonique. 4-hydroxybenzenesulfonic acid, 2-hydroxybenzenesulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, sulfonic acids resulting from the sulfonation of hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), pyrocatechol (1,2-dihydroxybenzene), and resorcinol (1,3-dihydroxybenzene), 5,6-dihydroxy-1,3-benzenedisulphonic acid, 4,6-dihydroxy-1,3-benzenedisulphonic acid, 2,5-dihydroxy-1 acid, 4-benzenedisulfonic.
Comme autres exemples d'acides, on peut citer notamment les acides perhalogénoacétiques tels que l'acide trichloroacétique et l'acide trifluoroacétique. Other examples of acids that may be mentioned include perhaloacetic acids such as trichloroacetic acid and trifluoroacetic acid.
Pour ce qui est du deuxième composant (B) du mélange d'acides, il s'agit d'un superacide c'est-à-dire un acide présentant un pKa (S) inférieur à celui de l'acide sulfurique et qui présente donc un ApKa négatif. With regard to the second component (B) of the acid mixture, it is a superacid, that is to say an acid having a pKa (S) lower than that of sulfuric acid and which has therefore a negative ApKa.
La borne inférieure n'est pas critique mais généralement le ApKa dans le nitrobenzène est supérieur ou égal à - 12. The lower bound is not critical but generally the ApKa in nitrobenzene is greater than or equal to - 12.
Les superacides choisis préférentiellement présentent un ApKa inférieur ou égal à - 0,1 et de préférence supérieur ou égal à - 8. On peut citer comme exemples de superacides (B), l'acide perchlorique, les acides halogénosulfoniques tels que l'acide fluorosulfonique, l'acide chlorosulfonique, les acides perhalogénoalcanesulfoniques, de préférence l'acide trifluorométhanesulfonique. The superacids chosen preferentially have an ApKa less than or equal to -0.1 and preferably greater than or equal to -8. Exemplary superacids (B) include perchloric acid, halosulfonic acids such as fluorosulfonic acid, chlorosulfonic acid, perhaloalkanesulfonic acids, preferably trifluoromethanesulfonic acid.
Egalement comme superacides (B), on peut mentionner entre autres, l'acide trifluorométhanesulfinique et l'acide bis-trifluorométhanesulfonimide. Also as superacids (B), there may be mentioned inter alia, trifluoromethanesulfinic acid and bis-trifluoromethanesulfonimide acid.
Comme couples d'acides (A) et (B) choisis préférentiellement, on peut mentionner l'acide perchlorique et l'acide sulfurique, l'acide perchlorique et l'acide 4-hydroxybenzènesulfonique, l'acide trifluorométhanesulfonique et l'acide 4-hydroxybenzènesulfonique, l'acide bis-trifluorométhanesulfonimide et l'acide 4-hydroxybenzènesulfonique. La proportion dans le mélange des différents acides peut varier largement. Ainsi, on peut mettre en œuvre des mélanges comprenant : Preferred acid pairs (A) and (B) are perchloric acid and sulfuric acid, perchloric acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid, trifluoromethanesulphonic acid and 4- hydroxybenzenesulfonic acid, bis-trifluoromethanesulfonimide acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid. The proportion in the mixture of different acids can vary widely. Thus, it is possible to use mixtures comprising:
- de 60 % à 95 %, de préférence de 80 % à 95 % en moles d'un acide (A) ; from 60% to 95%, preferably from 80% to 95% by moles of an acid (A);
- de 5 % à 40 %, de préférence de 5 % à 20 % en moles d'un acide (B). Chaque pourcentage d'acide exprime le rapport (exprimé en %) entre le nombre de moles de l'acide considéré et le nombre de moles de la somme des deux acides (A) et (B). from 5% to 40%, preferably from 5% to 20% by mole of an acid (B). Each percentage of acid expresses the ratio (expressed in%) between the number of moles of the acid considered and the number of moles of the sum of the two acids (A) and (B).
Les acides susceptibles d'être mis en œuvre dans le mélange sont disponibles dans le commerce sous forme solide, liquide ou en solution aqueuse dont la concentration peut varier entre 5 % et 95 % en poids, de préférence entre 50 % et 70 % en poids. The acids that may be used in the mixture are commercially available in solid, liquid or aqueous solution form whose concentration may vary between 5% and 95% by weight, preferably between 50% and 70% by weight. .
Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé met en œuvre à titre de catalyseur, un acide protonique fort présentant un pKa dans l'eau inférieur à - 0,1 et, de préférence inférieur à - 1,0, ou un mélange d'acides protoniques. Thus, according to a preferred embodiment of the invention, the process implements, as a catalyst, a strong protonic acid having a pKa in water of less than -0.1 and preferably less than -1.0. , or a mixture of protonic acids.
Avantageusement, le catalyseur acide est l'acide sulfurique, l'acide perchlorique, l'acide méthanesulfonique, trifluorométhanesulfonique, toluènesulfonique, phénolsulfonique, bis-trifluorométhanesulfonimide, ou un mélange d'acide perchlorique et d'acide sulfurique, d'acide perchlorique et d'acide 4-hydroxybenzènesulfonique, d'acide trifluorométhanesulfonique et d'acide 4-hydroxybenzènesulfonique, ou d'acide bis-trifluorométhanesulfonimide et d'acide 4-hydroxybenzènesulfonique. Advantageously, the acidic catalyst is sulfuric acid, perchloric acid, methanesulphonic acid, trifluoromethanesulphonic acid, toluenesulphonic acid, phenolsulphonic acid, bis-trifluoromethanesulphonimide, or a mixture of perchloric acid and sulfuric acid, of perchloric acid and of 4-hydroxybenzenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid, or bis-trifluoromethanesulfonimide acid and 4-hydroxybenzenesulfonic acid.
L'acide protonique fort ou le mélange d'acides peut être mis en œuvre dans le procédé de l'invention, en une quantité exprimée par le rapport du nombre d'équivalents de protons au nombre de moles de substrat phénolique qui varie avantageusement entre 0,002 % et 0,15 %. Ainsi, ledit rapport molaire est choisi de préférence entre 0,01 % et 0,07 %. b) Catalyseur hétérogène A titre représentatif des catalyseurs hétérogènes convenant à l'invention peuvent notamment être citées les zéolithes de type titano-silicalite, telles que les zéolithes commerciales TS-1 et TS-2. The strong protonic acid or the mixture of acids can be used in the process of the invention, in a quantity expressed by the ratio of the number of proton equivalents to the number of moles of phenolic substrate which advantageously varies between 0.002. % and 0.15%. Thus, said molar ratio is preferably selected from 0.01% to 0.07%. b) Heterogeneous catalyst As a representative of the heterogeneous catalysts that are suitable for the invention, mention may in particular be made of zeolites of titano-silicalite type, such as commercial zeolites TS-1 and TS-2.
Dans la variante de procédé selon l'invention, conduisant la réaction d'hydroxylation par distillation réactive, ce catalyseur peut être notamment mis en œuvre sous une forme immobilisée au niveau d'un matériau intégré dans la colonne, tel que par exemple un matériau de garnissage ou un plateau. In the process variant according to the invention, conducting the hydroxylation reaction by reactive distillation, this catalyst can in particular be used in an immobilized form at the level of a material integrated in the column, such as, for example, a padding or a tray.
Ainsi, des résines échangeuses d'ions, directement chargées en ions acides, peuvent également être utilisées comme catalyseurs de la réaction de la présente invention, et plus particulièrement des résines cationiques fortes. Parmi ces résines cationiques fortes, les résines de type sulfonique conviennent à cette utilisation, avec par exemple comme produits commerciaux les résines Amberlyst 15, Dowex 650C ou Nafion. c) Co-catalyseur Thus, ion exchange resins, directly charged with acidic ions, can also be used as catalysts of the reaction of the present invention, and more particularly strong cationic resins. Among these strong cationic resins, the sulfonic resins are suitable for this use, with for example as commercial products the Amberlyst 15, Dowex 650C or Nafion resins. c) Co-catalyst
Selon une variante particulière du procédé de l'invention, on conduit l'hydroxylation du substrat phénolique, en présence d'un co-catalyseur qui est un composé cétonique et plus particulièrement répondant à la formule (III) : According to a particular variant of the process of the invention, the hydroxylation of the phenolic substrate is carried out in the presence of a co-catalyst which is a ketone compound and more particularly of formula (III):
dans laquelle : in which :
- Ra et Rb, identiques ou différents, représentent des groupes hydrocarbonés ayant de 1 à 30 atomes de carbone ou forment ensemble un groupe divalent, éventuellement substitués par un ou plusieurs atomes d'halogène ou groupes fonctionnels stables dans les conditions de la réaction ; R a and R b , identical or different, represent hydrocarbon groups having from 1 to 30 carbon atoms or together form a divalent group, optionally substituted with one or more halogen atoms or stable functional groups under the conditions of the reaction ;
- X représente un lien covalent, un groupe -CO-, un groupe -CHOH ou un groupe -(R)n-, R représentant un groupe alkylène ayant de préférence de 1 à 4 atomes de carbone et n est un nombre entier choisi entre 1 et 16. X represents a covalent bond, a group -CO-, a group -CHOH or a group - (R) n -, R representing an alkylene group preferably having from 1 to 4 carbon atoms and n is an integer chosen from 1 and 16.
Dans la formule (III), Ra et Rb représentent plus particulièrement : In formula (III), R a and R b are more particularly:
- des groupes alkyles linéaires ou ramifiés ; linear or branched alkyl groups;
- des groupes alcényles linéaires ou ramifiés ; linear or branched alkenyl groups;
- des groupes cycloalkyle ou cycloalcényle comportant de 4 à 6 atomes de carbone ; cycloalkyl or cycloalkenyl groups having from 4 to 6 carbon atoms;
- des groupes aryle mono- ou polycycliques ; dans ce dernier cas, les cycles formant entre eux un système ortho- ou ortho- et péricondensé ou étant liés entre eux par un lien valentiel ; mono- or polycyclic aryl groups; in the latter case, the cycles forming between them an ortho- or ortho- and peri-condensed system or being interconnected by a valency bond;
- des groupes arylalkyle ou arylacényle ; - Ra et Rb peuvent former ensemble un groupe alkylène ou alcénylène comportant de 3 à 5 atomes de carbone, éventuellement substitué par un groupe alkyle à faible condensation en carbone ou par un groupe cycloalkyle ou cycloalcényle ayant 4 à 6 atomes de carbone ; 2 à 4 des atomes de carbone des groupes alkylène ou alcénylène pouvant faire partie d'un ou deux cycles benzéniques éventuellement substitués par 1 à 4 groupes hydroxyle et/ou alkyle et/ou alkoxy à faible condensation en carbone. arylalkyl or arylacenyl groups; - R a and R b may together form an alkylene or alkenylene group having from 3 to 5 carbon atoms, optionally substituted by a lower carbon alkyl group or a cycloalkyl or cycloalkenyl group having 4 to 6 carbon atoms; 2 to 4 carbon atoms of the alkylene or alkenylene groups may be part of one or two benzene rings optionally substituted with 1 to 4 hydroxyl groups and / or alkyl and / or alkoxy low carbon condensation.
Dans l'exposé qui suit de l'invention, on entend par « groupe alkyle de faible condensation en carbone », un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant généralement de 1 à 4 atomes de carbone. In the following description of the invention, the term "alkyl group of low carbon condensation", a linear or branched alkyl group generally having 1 to 4 carbon atoms.
Les groupes hydrocarbonés précités peuvent être substitués par 1 ou plusieurs, de préférence 1 à 4, groupes alkyles de faible condensation en carbone ou groupes fonctionnels tels que les groupes hydroxyle, alkoxy à faible condensation en carbone, hydroxycarbonyle, alkyloxycarbonyle comportant de 1 à 4 atomes de carbone dans le groupe alkyle, un groupe nitrile, sulfonique, nitro ou par un ou plusieurs atomes d'halogènes, et notamment de chlore et de brome. The abovementioned hydrocarbon groups may be substituted with 1 or more, preferably 1 to 4, low carbon condensation alkyl groups or functional groups such as hydroxyl groups, low carbon alkoxy, hydroxycarbonyl, alkyloxycarbonyl groups having from 1 to 4 atoms. carbon in the alkyl group, a nitrile, sulfonic, nitro group or with one or more halogen atoms, and especially chlorine and bromine.
De préférence, Ra et Rb représentent plus particulièrement : Preferably, R a and R b are more particularly:
- des groupes alkyles linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 10 atomes de carbone ; linear or branched alkyl groups having from 1 to 10 carbon atoms;
- des groupes alcényles linéaires ou ramifiés ayant de 2 à 10 atomes de carbone ; linear or branched alkenyl groups having from 2 to 10 carbon atoms;
- des groupes cycloalkyle ou cycloalcényle comportant de 4 à 6 atomes de carbone ; cycloalkyl or cycloalkenyl groups having from 4 to 6 carbon atoms;
- des groupes phényle éventuellement substitués par 1 à 4 groupes alkyle et/ou hydroxyle et/ou alkoxy ; phenyl groups optionally substituted with 1 to 4 alkyl and / or hydroxyl and / or alkoxy groups;
- des groupes phénylalkyle ou phénylacényle comportant 1 (ou 2) à 10 atomes de carbone dans la partie aliphatique, et plus particulièrement encore de 1 (ou 2) à 5 atomes de carbone dans la partie aliphatique ; phenylalkyl or phenylacenyl groups comprising 1 (or 2) to 10 carbon atoms in the aliphatic part, and even more particularly from 1 (or 2) to 5 carbon atoms in the aliphatic part;
- Ra et Rb peuvent former ensemble un groupe alkylène ou alcénylène comportant de 3 à 5 atomes de carbone, éventuellement substitué par 1 à 4 groupes alkyle à faible condensation en carbone. Ainsi, on fait appel, tout particulièrement, aux composés cétoniques de type dialkylcétone répondant à la formule (III) dans laquelle Ra et Rb représentent un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 8 atomes de carbone. - R a and R b may together form an alkylene or alkenylene group having 3 to 5 carbon atoms, optionally substituted with 1 to 4 alkyl groups low carbon condensation. Thus, the dialkylketone-type ketone compounds of formula (III) in which R a and R b represent a linear or branched alkyl group having from 1 to 8 carbon atoms are particularly used.
Parmi tous les composés cétoniques répondant à la formule (III), on choisit préférentiellement ceux qui répondent à la formule (III) dans laquelle Ra et Rb représentent un groupe phényle éventuellement substitué. Among all the ketonic compounds corresponding to formula (III), those which correspond to formula (III) in which R a and R b represent an optionally substituted phenyl group are preferably chosen.
Lesdits composés cétoniques peuvent être représentés par la formule (Illa) suivante : Said ketone compounds may be represented by the following formula (IIIa):
dans laquelle : in which :
- Rc et Rd, identiques ou différents représentent un atome d'hydrogène ou un substituant, de préférence un groupe électro-donneur ; - R c and R d , identical or different represent a hydrogen atom or a substituent, preferably an electron-donor group;
- ni, n2, identiques ou différents est un nombre égal à 0, 1, 2 ou 3 ; - nor, n 2 , identical or different is a number equal to 0, 1, 2 or 3;
- éventuellement les deux atomes de carbone situés en position a par rapport aux deux atomes de carbone portant le groupe -CO peuvent être liés ensemble par un lien covalent ou par un groupe -CH2- formant ainsi un cycle cétonique qui peut être saturé mais aussi insaturé. optionally, the two carbon atoms located at the α-position with respect to the two carbon atoms bearing the -CO group can be bonded together by a covalent bond or by a -CH 2 - group, thus forming a ketone ring which can be saturated but also unsaturated.
Le substituant est choisi de telle sorte qu'il ne réagisse pas dans les conditions d'acidité de l'invention. Il s'agit préférentiellement d'un groupe électro-donneur. The substituent is chosen such that it does not react under the acid conditions of the invention. It is preferably an electro-donor group.
On entend par « groupe électro-donneur », un groupe tel que défini dans l'ouvrage de Jerry MARCH - Advanced Organic Chemistry, chapitre 9, pages 273 et 275 (1992). By "electron donor group" is meant a group as defined in Jerry MARCH - Advanced Organic Chemistry, Chapter 9, pages 273 and 275 (1992).
Des exemples de substituants convenant bien à l'invention sont les suivants : Examples of substituents that are well suited to the invention are the following:
- les groupes alkyles linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 4 atomes de carbone ; linear or branched alkyl groups having from 1 to 4 carbon atoms;
- le groupe phényle ; the phenyl group;
- les groupes alkoxy comprenant une chaîne alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone ou un groupe phénoxy ; alkoxy groups comprising a linear or branched alkyl chain having from 1 to 4 carbon atoms or a phenoxy group;
- le groupe hydroxyle ; the hydroxyl group;
- l'atome de fluor. - the fluorine atom.
Comme exemples de composés cétoniques particulièrement adaptés à l'invention, on peut citer tout particulièrement les composés cétoniques répondant à la formule générale (Illa) dans laquelle Rc et Rd, identiques ou différents représentent un atome d'hydrogène ou un substituant tel que précité, de préférence en position 4,4' et ¾, n2, identiques ou différents sont égaux à 0 ou 1. Examples of ketone compounds which are particularly suitable for the invention include, in particular, ketone compounds corresponding to the general formula (IIIa) in which R c and R d , which are identical or different, represent a hydrogen atom or a substituent such that above, preferably in position 4,4 'and ¾, n 2 , identical or different are equal to 0 or 1.
On fait appel préférentiellement aux composés cétoniques répondant à la formule Preferred is ketone compounds of the formula
(Illa) dans laquelle Rc et Rd, identiques ou différents représentent un atome d'hydrogène, un groupe méthyle, éthyle, tert-butyle, phényle, un groupe méthoxy ou éthoxy, un groupe hydroxyle, de préférence en position 3,3' ou 4,4'. (IIIa) in which R c and R d , identical or different, represent a hydrogen atom, a methyl, ethyl, tert-butyl, phenyl, a methoxy or ethoxy group, a hydroxyl group, preferably in the 3,3-position; 'or 4,4'.
Comme exemples spécifiques de cétones qui peuvent être utilisées dans le procédé de l'invention, on peut citer plus particulièrement : As specific examples of ketones that can be used in the process of the invention, there may be mentioned more particularly:
- la benzophénone ; - la 2-méthylbenzophénone ; benzophenone; 2-methylbenzophenone;
- la 2,4-diméthylbenzophénone ; 2,4-dimethylbenzophenone;
- la 4,4'-diméthylbenzophénone ; 4,4'-dimethylbenzophenone;
- la 2,2'-diméthyl benzophénone ; 2,2'-dimethyl benzophenone;
- la 4,4'-diméthoxybenzophénone ; 4,4'-dimethoxybenzophenone;
- la 4-hydroxybenzophénone ; 4-hydroxybenzophenone;
- la 4,4'-dihydroxybenzophénone ; 4,4'-dihydroxybenzophenone;
- le 4-benzoylbiphényle. 4-benzoylbiphenyl.
La quantité de composé cétonique mise en jeu exprimée par le rapport entre le nombre de moles de composé cétonique et le nombre de moles de composé phénolique peut varier entre 0,01 % et 20 %, et de préférence entre 0,1 % et 2 %. The amount of ketone compound involved expressed by the ratio between the number of moles of ketone compound and the number of moles of phenolic compound can vary between 0.01% and 20%, and preferably between 0.1% and 2%. .
Ainsi selon une variante de l'invention, on fait réagir un phénol ou un éther de phénol avec le peroxyde d'hydrogène, en présence d'un acide protonique fort et éventuellement d'une cétone. Thus, according to a variant of the invention, a phenol or a phenol ether is reacted with hydrogen peroxide in the presence of a strong protonic acid and optionally a ketone.
Peroxyde d'hydrogène Hydrogen peroxide
Le peroxyde d'hydrogène mis en œuvre selon l'invention peut être sous forme de solution aqueuse ou de solution organique. The hydrogen peroxide used according to the invention may be in the form of an aqueous solution or an organic solution.
Les solutions aqueuses étant commercialement plus facilement disponibles, elles sont préférentiellement utilisées. Aqueous solutions being commercially more readily available, they are preferably used.
La concentration de la solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène, bien que non critique en soi, est choisie de façon à introduire le moins d'eau possible dans le milieu réactionnel. The concentration of the aqueous solution of hydrogen peroxide, although not critical in itself, is chosen so as to introduce the least possible water into the reaction medium.
On utilise généralement une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène ayant une concentration en H202 d'au moins 20 % en poids et, de préférence, comprise entre 20 % et 90 % en poids, avantageusement allant de 30 % à 90 % en poids, de préférence de 30 % à 70 % en poids, de manière plus préférée de 40 % à 70 % en poids, et de manière encore plus préférée de 45 % à 70 % en poids. An aqueous solution of hydrogen peroxide having an H 2 O 2 concentration of at least 20% by weight and preferably between 20% and 90% by weight, advantageously ranging from 30% to 90%, is generally used. by weight, preferably from 30% to 70% by weight, more preferably from 40% to 70% by weight, and even more preferably from 45% to 70% by weight.
Dans les procédés conventionnels, la quantité de peroxyde d'hydrogène doit généralement être ajustée au minima pour ne pas favoriser la formation des produits de sur-oxydation à l'image des goudrons formés par réaction de ce peroxyde d'hydrogène avec les produits de di-hydroxylation attendus. Lorsque l'élimination de l'eau est conduite en continu de la réaction d'hydroxylation, l'accroissement de la cinétique de réaction permet de réduire le temps de contact des produits de di-hydroxylation avec le peroxyde d'hydrogène, et donc ce facteur limitant est avantageusement au moins en partie surmonté selon la présente invention. In conventional processes, the amount of hydrogen peroxide must generally be adjusted to a minimum so as not to favor the formation of the products of over-oxidation in the image of tars formed by reaction of this hydrogen peroxide with the products of dihydrogen peroxide. -hydroxylation expected. When the elimination of water is carried out continuously from the hydroxylation reaction, the increase of the kinetics of reaction makes it possible to reduce the contact time of the dihydroxylation products with hydrogen peroxide, and therefore this The limiting factor is advantageously at least partly overcome according to the present invention.
Le procédé selon l'invention permet donc d'envisager l'utilisation d'un rapport molaire peroxyde d'hydrogène/substrat phénolique de 0,05 à 1, et donc différent des rapports conventionnels variant de 0,01 à 0,3 et, de préférence, de 0,03 à 0,10. The method according to the invention therefore makes it possible to envisage the use of a molar ratio of hydrogen peroxide / phenolic substrate of 0.05 to 1, and therefore different from the conventional ratios ranging from 0.01 to 0.3 and, preferably from 0.03 to 0.10.
Dans le cadre d'une mise en œuvre du procédé selon l'invention par distillation réactive, ce rapport est avantageusement ajustable via le taux de reflux imposé à la colonne de distillation. In the context of an implementation of the process according to the invention by reactive distillation, this ratio is advantageously adjustable via the reflux ratio imposed on the distillation column.
Le fait d'utiliser un rapport molaire peroxyde d'hydrogène/substrat phénolique supérieur aux rapports conventionnels est avantageux à plusieurs titres. Using a hydrogen peroxide / phenolic substrate molar ratio higher than conventional ratios is advantageous for several reasons.
Il permet de diminuer la quantité de substrat phénolique présent dans le milieu réactionnel pour une même quantité de produits de réaction. Il en résulte donc un débit de milieu réactionnel global plus faible pour une quantité de produits donnée, ce qui intensifie le procédé et le rend donc plus capitalistique. It makes it possible to reduce the amount of phenolic substrate present in the reaction medium for the same quantity of reaction products. This therefore results in a lower overall reaction medium flow rate for a given quantity of products, which intensifies the process and therefore makes it more capitalistic.
Par ailleurs, le substrat phénolique introduit en excès à la réaction est séparé du milieu réactionnel en aval de la réaction puis recyclé à cette même réaction. Le fait d'utiliser un rapport molaire peroxyde d'hydrogène/substrat phénolique supérieur aux rapports conventionnels, et donc une quantité de substrat phénolique moindre à la réaction, permet également de diminuer significativement le débit de substrat phénolique à séparer et à recycler. Il en résulte une réduction de la taille des équipements utilisés pour réaliser cette séparation, ce qui rend le procédé plus capitalistique. Moreover, the phenolic substrate introduced in excess of the reaction is separated from the reaction medium downstream of the reaction and then recycled to this same reaction. The fact of using a hydrogen peroxide / phenolic substrate molar ratio higher than the conventional ratios, and thus a smaller amount of phenolic substrate to the reaction, also makes it possible to significantly reduce the flow of phenolic substrate to be separated and recycled. This results in a reduction in the size of the equipment used to achieve this separation, which makes the process more capitalistic.
Enfin, la baisse de débit de substrat phénolique à séparer permet également de réduire les dépenses énergétiques liées à cette séparation, l'invention permettant ainsi de réduire les coûts opératoires. Finally, the decrease in the flow rate of phenolic substrate to be separated also makes it possible to reduce the energy expenditure related to this separation, the invention thus making it possible to reduce the operating costs.
Eau Water
Comme évoqué précédemment, les inventeurs ont caractérisé un effet inhibiteur de l'eau sur la cinétique de réaction. As mentioned above, the inventors have characterized an inhibitory effect of water on the kinetics of reaction.
Ainsi, il convient de choisir préférentiellement une teneur initiale du milieu en eau inférieure à 20 % en poids et, de préférence inférieure à 10 % en poids. Les teneurs pondérales en eau indiquées sont exprimées par rapport au mélange substrat phénolique - peroxyde d'hydrogène - eau. Cette eau initiale correspond à l'eau introduite avec les réactifs et notamment avec le peroxyde d'hydrogène. Thus, it is preferable to preferentially choose an initial content of the water medium of less than 20% by weight and preferably less than 10% by weight. The weight contents of water indicated are expressed relative to the mixture phenolic substrate - hydrogen peroxide - water. This initial water corresponds to the water introduced with the reagents and in particular with hydrogen peroxide.
Comme précisé précédemment, cette élimination en continu de l'eau permet : - d'accélérer la cinétique de réaction d'un facteur de 5 à 100 selon la température, et le cas échéant la pression retenue pour la réaction d'hydroxylation, notamment au sein d'une colonne de distillation réactive ; As previously stated, this continuous elimination of water makes it possible: to accelerate the reaction kinetics by a factor of 5 to 100 depending on the temperature, and if necessary the pressure retained for the hydroxylation reaction, in particular within a reactive distillation column;
- de diminuer significativement le temps de résidence dans le réacteur ou la colonne ; to significantly reduce the residence time in the reactor or the column;
- de rendre possible un abaissement de la température réactionnelle d'environ 15 °C à 35 °C avec un impact positif sur le taux de formation en produits secondaires indésirables à l'image des goudrons ; et to make it possible to lower the reaction temperature from about 15 ° C. to 35 ° C. with a positive impact on the rate of formation of undesirable side products such as tars; and
- de modifier le ratio de produits ortho-hydroxylés / produits para-hydroxyiés. to modify the ratio of ortho-hydroxylated products / para-hydroxy products.
L'abaissement de la température est bien entendu intéressant en termes de gain de productivité. The lowering of the temperature is of course interesting in terms of productivity gain.
Les inventeurs ont constaté que le procédé selon l'invention permettait de privilégier la formation de l'isomère para-hydroxylé à l'isomère ortho-hydroxylé, en particulier la formation de l'isomère hydroquinone (HQ) à l'isomère pyrocatéchol (PC) dans le cas du phénol. Ainsi un tel procédé permet d'accéder à des rapports (PC)/(HQ) de l'ordre de 1,3, contre environ 1,5 avec des procédés conventionnels. De préférence, le procédé selon l'invention permet d'atteindre un rapport (PC)/(HQ) inférieur ou égal à 1,3, plus préférentiellement inférieur ou égal à 1,0. De façon plus générale, les inventeurs ont constaté que le procédé selon l'invention permettait de diminuer le rapport (produit ortho-hydroxylé)/(produit para-hydroxylé) d'au moins 0,1 point, plus préférentiellement d'au moins 0,2 point, et plus préférentiellement d'au moins 0,3 point. Le rapport (produit ortho-hydroxylé)/(produit para-hydroxylé) est défini par le rapport entre le nombre de moles de produit ortho-hydroxylé formées et le nombre de moles de produit para-hydroxylé formées. The inventors have found that the process according to the invention makes it possible to favor the formation of the para-hydroxylated isomer with the orthohydroxylated isomer, in particular the formation of the hydroquinone (HQ) isomer with the pyrocatechol isomer (PC ) in the case of phenol. Thus such a method allows access to ratios (PC) / (HQ) of the order of 1.3, against about 1.5 with conventional methods. Preferably, the method according to the invention makes it possible to reach a ratio (PC) / (HQ) less than or equal to 1.3, more preferably less than or equal to 1.0. More generally, the inventors have found that the process according to the invention makes it possible to reduce the ratio (ortho-hydroxylated product) / (para-hydroxylated product) by at least 0.1 point, more preferentially by at least 0 , 2 point, and more preferably at least 0.3 point. The ratio (ortho-hydroxylated product) / (para-hydroxylated product) is defined by the ratio between the number of moles of ortho-hydroxylated product formed and the number of moles of para-hydroxylated product formed.
Agent complexant des ions métalliques Complexing agent of metal ions
Une variante avantageuse du procédé de l'invention considère en outre la présence d'un agent complexant des ions métalliques présents dans le milieu réactionnel, car ceux-ci sont préjudiciables au bon déroulement du procédé de l'invention, notamment dans le cas des phénols où les rendements en produits d'hydroxylation sont faibles. Par conséquent, il est préférable d'inhiber l'action des ions métalliques. An advantageous variant of the process of the invention also considers the presence of a complexing agent for the metal ions present in the reaction medium, since these are detrimental to the good progress of the process of the invention, in particular in the case of phenols where the yields of hydroxylation products are low. Therefore, it is preferable to inhibit the action of metal ions.
Les ions métalliques néfastes au déroulement de l 'hydroxylation sont des ions de métaux de transition et plus particulièrement les ions fer, nickel, cuivre, chrome, cobalt, manganèse et vanadium. The metal ions that are detrimental to the progress of the hydroxylation are transition metal ions and more particularly iron, nickel, copper, chromium, cobalt, manganese and vanadium ions.
Les ions métalliques sont apportés par les réactifs et notamment les substrats de départ et l'appareillage utilisé. Pour inhiber l'action de ces ions métalliques, il suffit de conduire la réaction en présence d'un ou plusieurs agents complexants stables vis-à-vis du peroxyde d'hydrogène et donnant des complexes ne pouvant être décomposés par les acides forts présents et dans lesquels le métal ne peut plus exercer d'activité chimique. The metal ions are provided by the reagents and in particular the starting substrates and the equipment used. To inhibit the action of these metal ions, it suffices to conduct the reaction in the presence of one or more stable complexing agents with respect to hydrogen peroxide and giving complexes that can not be decomposed by the strong acids present and in which the metal can no longer exert chemical activity.
A titre d'exemples non limitatifs d'agents complexants, on peut faire appel, notamment, aux divers acides phosphoriques tels que, par exemple, l'acide orthophosphorique, l'acide métaphosphorique, l'acide pyrophosphorique, les acides polyphosphoriques, les acides phosphoniques, tels que l'acide (1-hydroxyéthylidène) diphosphonique, l'acide phosphonique, l'acide éthylphosphonique et l'acide phénylphosphonique. By way of nonlimiting examples of complexing agents, it is possible to use, in particular, the various phosphoric acids such as, for example, orthophosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acids, phosphonic acid, such as (1-hydroxyethylidene) diphosphonic acid, phosphonic acid, ethylphosphonic acid and phenylphosphonic acid.
On peut également mettre en œuvre les esters des acides précités et l'on peut mentionner, plus particulièrement, les ortho phosphates de mono- ou dialkyle, de mono- ou dicycloalkyle, de mono- ou dialkylaryle, par exemple le phosphate d'éthyle ou de diéthyle, le phosphate d'hexyle, le phosphate de cyclohexyle et le phosphate de benzyle. It is also possible to use the esters of the abovementioned acids and, more particularly, ortho-phosphates of mono- or dialkyl, of mono- or dicycloalkyl, of mono- or dialkylaryl, for example ethyl phosphate or of diethyl, hexyl phosphate, cyclohexyl phosphate and benzyl phosphate.
De préférence, on opère en présence d'un agent complexant des ions de métaux de transition, stables dans les conditions de réaction, tels que les acides phosphoriques, les acides pyrophosphoriques, les acides phosphoniques et leurs esters-acides. Preferably, one operates in the presence of a complexing agent of transition metal ions, stable under the reaction conditions, such as phosphoric acids, pyrophosphoric acids, phosphonic acids and their acid esters.
La quantité d'agent complexant dépend de la teneur du milieu réactionnel en ions métalliques. The amount of complexing agent depends on the content of the reaction medium in metal ions.
II n'y a évidemment pas de limite supérieure, la quantité d'agents complexants présents pouvant être largement en excès par rapport à celle nécessaire pour complexer les ions métalliques. Généralement, une quantité représentant de 0,01 % et 2 %, de préférence de 0,01 à 0,3 % en poids du milieu réactionnel, convient bien. DEFINITION DETAILLEE DU PROCEDE There is obviously no upper limit, the amount of complexing agents present may be largely in excess of that required to complex the metal ions. Generally, an amount representing 0.01% and 2%, preferably 0.01 to 0.3% by weight of the reaction medium, is suitable. DETAILED DEFINITION OF THE PROCESS
Comme il ressort de ce qui précède, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre selon différents modes de réalisation qui relèvent clairement des compétences de l'homme de l'art. As is apparent from the foregoing, the method according to the invention can be implemented according to different embodiments which are clearly within the competence of those skilled in the art.
Ainsi, il est possible de mettre le milieu réactionnel en contact d'un matériau adsorbant hydrophile. Thus, it is possible to put the reaction medium in contact with a hydrophilic adsorbent material.
A titre illustratif de ce type de matériaux, peuvent notamment être cités les tamis moléculaires tels que l'alumino-silicate microporeux avec des tailles de pores de 3 Â ou 4 Â. As an illustration of this type of material, molecular sieves such as microporous alumino-silicate with pore sizes of 3 Å or 4 Å can notably be mentioned.
Ce matériau peut être directement disposé au sein du réacteur dans lequel est réalisée l'hydroxylation. This material can be directly disposed within the reactor in which the hydroxylation is carried out.
Dans une autre variante, ce matériau peut être externe au réacteur. Le contact du milieu réactionnel avec ce matériau est alors réalisé en imposant une circulation en mode continu ou non, à travers le matériau. In another variant, this material may be external to the reactor. The contact of the reaction medium with this material is then achieved by imposing a circulation in continuous mode or not, through the material.
Par exemple, le matériau peut être chargé au sein d'une colonne et le milieu est fait circuler du réacteur à travers la hauteur de la colonne puis en sortie de colonne est redirigé vers le réacteur. For example, the material can be loaded within a column and the medium is circulated from the reactor through the height of the column and then at the column outlet is redirected to the reactor.
Le matériau peut également être mis en œuvre sous forme de membrane tangentielle installée à l'extérieur du réacteur et dans laquelle circule le milieu réactionnel pour ensuite être recyclé dans le réacteur. L'eau séparée par filtration membranaire tangentielle est alors récupérée à l'extérieur du tube constitué par la membrane. The material may also be implemented in the form of a tangential membrane installed outside the reactor and in which the reaction medium circulates and then recycled to the reactor. The water separated by tangential membrane filtration is then recovered outside the tube constituted by the membrane.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé selon l'invention met en œuvre une colonne de distillation réactive comprenant au moins les 3 zones de distillation suivantes : According to a preferred embodiment, the process according to the invention uses a reactive distillation column comprising at least the following 3 distillation zones:
- une zone réactionnelle (R) au niveau de laquelle se fait notamment l'alimentation en produits de départ ; a reaction zone (R) at which, in particular, the supply of starting materials is carried out;
- une zone supérieure (S), localisée au sommet de la zone réactionnelle dédiée à récupérer un mélange vapeur eau/substrat phénolique et à le véhiculer jusqu'au condenseur ; et an upper zone (S) located at the top of the reaction zone dedicated to recovering a water vapor / phenolic substrate mixture and conveying it to the condenser; and
- une zone inférieure (I), localisée à la base de la zone réactionnelle dédiée à permettre la récupération des produits d'hydroxylation via un bouilleur. - A lower zone (I), located at the base of the reaction zone dedicated to allow the recovery of the hydroxylation products via a boiler.
La figure 1 rend compte d'une illustration d'une colonne de distillation réactive convenant au procédé de l'invention et précise notamment ces trois zones, à savoir : une zone réactionnelle (R), une zone supérieure (S), localisée au sommet de la zone centrale (R) et une zone inférieure base (I). La réaction chimique et la distillation, l'une favorisant l'autre, progressent dans l'ensemble des trois zones, la réaction chimique étant plus favorisée dans la zone localisée en dessous de la zone d'alimentation. FIG. 1 shows an illustration of a reactive distillation column that is suitable for the process of the invention and specifies in particular these three zones, namely: a reaction zone (R), an upper zone (S), located at the top of the central zone (R) and a lower base zone (I). The chemical reaction and the distillation, one favoring the other, progress in all three zones, the chemical reaction being more favored in the zone located below the feeding zone.
La colonne de distillation réactive peut être tout type de colonne de distillation, y compris une colonne de distillation sous vide, une colonne de distillation à vapeur, ou de préférence une colonne de fractionnement. The reactive distillation column may be any type of distillation column, including a vacuum distillation column, a steam distillation column, or preferably a fractionation column.
La configuration interne de la colonne n'est pas particulièrement limitée et une grande variété de configurations peut être utilisée, comme il ressort de l'état de la technique. L'intérieur d'une colonne peut comprendre, mais sans s'y limiter, des plateaux, des éléments de garnissage aléatoires, des éléments de garnissage structurés, des déflecteurs, variant de diamètres tout au long de la colonne, chacun avec ou sans catalyseur. The internal configuration of the column is not particularly limited and a wide variety of configurations can be used, as is apparent from the state of the art. The inside of a column may include, but not be limited to, trays, random packing elements, structured packing elements, baffles, varying diameters throughout the column, each with or without a catalyst .
La configuration interne peut également être distincte selon la fonction de la section de la colonne. Par exemple, on peut utiliser des plateaux dans une section et un garnissage structuré dans une autre section de la colonne. Les techniques connues dans l'état de l'art pour allonger le temps de maintien du liquide peuvent également être utilisées. Les temps de maintien du milieu liquide appropriés (hors rebouilleur) vont de 1 minute à 60 minutes, ou de 3 minutes à 20 minutes. The internal configuration can also be distinct depending on the function of the section of the column. For example, trays may be used in one section and structured packing in another section of the column. Techniques known in the state of the art for extending the liquid holding time can also be used. The appropriate liquid medium holding times (excluding reboiler) range from 1 minute to 60 minutes, or from 3 minutes to 20 minutes.
La zone réactionnelle (R) est équipée d'une ou plusieurs conduites d'alimentation (3) pour l'introduction de tout ou partie des réactifs. Ce ou ces conduits d'alimentation peuvent avantageusement être reliés à un distributeur pour répartir de manière homogène les réactifs de départ sur toute la surface du plateau de distillation ou du garnissage. The reaction zone (R) is equipped with one or more feed lines (3) for introducing all or part of the reagents. This or these supply ducts may advantageously be connected to a distributor for homogeneously distributing the starting reagents over the entire surface of the distillation tray or the lining.
Le sommet ou encore zone (S) de la colonne est équipé d'une conduite (4) pour l'évacuation des vapeurs des constituants les plus volatils et d'une conduite (5) pour l'introduction d'un reflux liquide constitué par une fraction des vapeurs condensées dans un condenseur (6). Le condenseur est relié à un dispositif (7) permettant l'extraction de l'eau présente dans le distillât eau/substrat phénolique récupéré à la sortie du condenseur, par exemple un dispositif de type distillation azéotropique avec un tiers corps. Le substrat phénolique ainsi purifié est ré-alimenté au sommet de la colonne, de préférence via un distributeur, tandis que l'eau est extraite par une conduite (11). The top or zone (S) of the column is equipped with a pipe (4) for evacuating the vapors of the most volatile constituents and a pipe (5) for the introduction of a liquid reflux consisting of a fraction of condensed vapors in a condenser (6). The condenser is connected to a device (7) for extracting the water present in the water distillate / phenolic substrate recovered at the outlet of the condenser, for example a device of the azeotropic distillation type with a third body. The phenolic substrate thus purified is re-fed to the top of the column, preferably via a distributor, while the water is extracted via a pipe (11).
La base ou encore zone (I) de la colonne est équipée d'une conduite (8) pour l'évacuation des constituants les moins volatils sous forme liquide dans un bouilleur et avantageusement d'une conduite (9) pour l'introduction de la vapeur générée par vaporisation partielle du liquide de fond dans le bouilleur. Le mélange dépourvu d'eau contenant les produits de la réaction est extrait par une conduite (12). The base or zone (I) of the column is equipped with a pipe (8) for the evacuation of the less volatile constituents in liquid form in a boiler and advantageously a pipe (9) for the introduction of the vapor generated by vaporization partial bottom liquid in the boiler. The water-free mixture containing the reaction products is extracted through a line (12).
Ainsi, le procédé de distillation réactive de l'invention comprend au moins les étapes consistant à : Thus, the reactive distillation process of the invention comprises at least the steps of:
- mettre en contact au moins un substrat phénolique, de l'hydroxyde d'hydrogène, de préférence sous la forme d'une solution aqueuse, et au moins un catalyseur d' hydroxylation au niveau d'une colonne de distillation réactive qui comprend au moins : a) une zone réactionnelle, avantageusement pourvue de plateaux de distillation ou de préférence d'un garnissage, contacting at least one phenolic substrate, hydrogen hydroxide, preferably in the form of an aqueous solution, and at least one hydroxylation catalyst at a reactive distillation column which comprises at least a) a reaction zone, advantageously provided with distillation trays or preferably with a packing,
b) une zone supérieure disposée en sommet de ladite zone réactionnelle, équipée en sortie d'un condenseur et d'une conduite d'alimentation en reflux, et b) an upper zone disposed at the top of said reaction zone, equipped at the outlet of a condenser and a reflux feed pipe, and
c) une zone inférieure, disposée à la base de ladite zone réactionnelle, reliée à un bouilleur ; c) a lower zone, disposed at the base of said reaction zone, connected to a boiler;
- imposer à la colonne de distillation des conditions thermiques et de pression propices à la réalisation de ladite hydroxylation et l'accumulation en zone supérieure, d'une phase vapeur contenant au moins l'eau et le substrat phénolique ; - imposing on the distillation column thermal conditions and pressure conducive to the realization of said hydroxylation and the accumulation in the upper zone, a vapor phase containing at least water and the phenolic substrate;
- récupérer en sortie du condenseur un distillât formé par liquéfaction de la phase vapeur eau/substrat phénolique ; recovering at the outlet of the condenser a distillate formed by liquefaction of the water vapor / phenolic substrate phase;
- récupérer au niveau du bouilleur un milieu réactionnel liquide concentré en produits de dihydroxylation ; recovering at the level of the boiler a liquid reaction medium concentrated in dihydroxylation products;
ledit procédé étant caractérisé en ce que l'eau est éliminée dudit distillât et en ce que le distillât concentré en substrat phénolique ainsi obtenu est ré-alimenté à reflux dans ladite colonne. L'alimentation des réactifs dans la zone (R) est réalisée par des moyens classiques tels que par exemple une pompe, et plus particulièrement une pompe centrifuge ou une pompe volumétrique. said process being characterized in that water is removed from said distillate and that the phenolic substrate-concentrated distillate thus obtained is re-fed at reflux into said column. The supply of reagents in the zone (R) is carried out by conventional means such as, for example, a pump, and more particularly a centrifugal pump or a volumetric pump.
Ces réactifs peuvent être introduits dans la zone réactionnelle de la colonne séparément ou en mélange, purs ou dilués. These reagents can be introduced into the reaction zone of the column separately or as a mixture, pure or diluted.
La formation de ladite phase vapeur est assurée par circulation en boucle de milieu réactionnel entre la zone inférieure de la colonne et le bouilleur. Formation of said vapor phase is ensured by loop circulation of reaction medium between the lower zone of the column and the boiler.
Les produits d'hydroxylation sont récupérés à partir du milieu réactionnel qui est récupéré en cette même zone inférieure de la colonne. D'un point de vue pratique, un mode préféré de mise en œuvre des réactifs consiste à préparer au préalable un mélange dans un mélangeur statique en y introduisant par voie séparée le composé phénolique éventuellement additionné d'un agent complexant, éventuellement tout ou partie du catalyseur acide, éventuellement tout ou partie du co- catalyseur, et la solution de peroxyde d'hydrogène. The hydroxylation products are recovered from the reaction medium which is recovered in this same lower zone of the column. From a practical point of view, a preferred embodiment of the reagents is to prepare beforehand a mixture in a static mixer by introducing therein separately the phenolic compound optionally supplemented with a complexing agent, optionally all or part of the acid catalyst, optionally all or part of the cocatalyst, and the solution of hydrogen peroxide.
L'opération de mélange est conduite à une température suffisante pour que le phénol ou l'éther de phénol de départ reste liquide. Ladite température est choisie en fonction de la température de fusion du substrat phénolique. The mixing operation is conducted at a temperature sufficient for the phenol or starting phenol ether to remain liquid. Said temperature is chosen according to the melting temperature of the phenolic substrate.
S 'agissant du phénol, par exemple, l'opération de mélange est réalisée à une température généralement supérieure à 41 °C, voire 42 °C. In the case of phenol, for example, the mixing operation is carried out at a temperature generally above 41 ° C, or even 42 ° C.
La température de cette opération de mélange est choisie avantageusement au plus égale à 85 °C, de préférence comprise entre 45 °C et 60 °C. The temperature of this mixing operation is advantageously chosen at most equal to 85 ° C., preferably between 45 ° C. and 60 ° C.
La température lors de l'opération de mélange est choisie différemment selon que le catalyseur est introduit lors de cette étape de mélange ou non. The temperature during the mixing operation is chosen differently depending on whether the catalyst is introduced during this mixing step or not.
Le mélange peut être effectué sous pression atmosphérique ou sous pression réduite mais des pressions supérieures peuvent être également envisagées. Par exemple, des pressions entre 1 bar et 200 bar absolus peuvent convenir. The mixture can be carried out under atmospheric pressure or under reduced pressure, but higher pressures can also be envisaged. For example, pressures between 1 bar and 200 bar absolute may be suitable.
On peut conduire cette étape, sous une atmosphère inerte par exemple sous azote ou bien encore sous argon, l'azote étant préféré notamment compte tenu de son coût réduit. This step can be carried out under an inert atmosphere, for example under nitrogen or even under argon, nitrogen being preferred especially in view of its reduced cost.
Après cette opération de mise en contact des réactifs, on introduit le mélange ainsi formé dans la zone réactionnelle de la colonne de distillation réactive. After this operation of bringing the reagents into contact, the mixture thus formed is introduced into the reaction zone of the reactive distillation column.
Cette alimentation est réalisée de préférence via un distributeur. La réaction d'hydroxylation peut être conduite dans la colonne de distillation réactive sous pression atmosphérique ou à une pression supérieure mais de manière préférée sous une pression réduite. Par exemple, des pressions entre 1 mbar et 1 bar absolus peuvent convenir, et de préférence entre 5 mbar et 500 mbar absolus. This power supply is preferably carried out via a distributor. The hydroxylation reaction may be conducted in the reactive distillation column at atmospheric pressure or at a higher pressure but preferably under a reduced pressure. For example, pressures between 1 mbar and 1 bar absolute may be suitable, and preferably between 5 mbar and 500 mbar absolute.
L'ajustement de la colonne de distillation à une pression différente de la pression atmosphérique relève clairement des compétences de l'homme de l'art. The adjustment of the distillation column to a pressure different from atmospheric pressure clearly falls within the skill of those skilled in the art.
On peut également conduire la réaction d'hydroxylation sous une atmosphère inerte, de préférence sous atmosphère d'azote. The hydroxylation reaction can also be carried out under an inert atmosphere, preferably under a nitrogen atmosphere.
Le procédé de distillation réactive selon l'invention est avantageusement réalisé en continu. L'ajustement des débits au niveau des zones d'alimentation, du condenseur et du bouilleur relève clairement des compétences de l'homme de l'art. The reactive distillation process according to the invention is advantageously carried out continuously. The adjustment of flow rates at the feed zones, the condenser and the boiler is clearly within the skill of those skilled in the art.
Dans la zone réactionnelle, l'hydroxylation forme les produits di-hydroxylés attendus et de l'eau, comme co-produit. Le mélange réactif contient donc ces produits, et contient également le substrat phénolique et le peroxyde d'hydrogène n'ayant pas réagi. Au moins une partie du mélange réactif est sous forme liquide dans la colonne. Ainsi, au moins une partie des produits di-hydroxylés attendus est liquide. En revanche, au moins une partie de l'eau et au moins une partie du substrat phénolique n'ayant pas réagi sont sous forme de vapeur. A cette fin, la température à l'intérieur de la colonne peut être comprise entre une température haute de 225 °C et une température basse de 20 °C en fonction de la composition dans la colonne. In the reaction zone, hydroxylation forms the expected di-hydroxylated products and water as a co-product. The reaction mixture therefore contains these products, and also contains the phenolic substrate and the unreacted hydrogen peroxide. At least a portion of the reaction mixture is in liquid form in the column. Thus, at least a portion of the expected di-hydroxylated products is liquid. In contrast, at least a portion of the water and at least a portion of the unreacted phenolic substrate is in the form of vapor. For this purpose, the temperature inside the column may be between a high temperature of 225 ° C and a low temperature of 20 ° C depending on the composition in the column.
La zone supérieure est pour sa part chauffée à une température supérieure au point d'ébullition d'au moins le substrat phénolique de sorte qu'au moins une portion de celui-ci vaporise dans la colonne et progresse vers le sommet de la colonne puis le condenseur où il est liquéfié. The upper zone is for its part heated to a temperature above the boiling point of at least the phenolic substrate so that at least a portion of it vaporizes in the column and progresses towards the top of the column and then the condenser where it is liquefied.
Le condensât ainsi formé est recueilli dans un réceptacle ou ballon de reflux et soumis à une étape de séparation visant à en éliminer l'eau. Cette séparation peut être réalisée par toute technique conventionnelle telle que la décantation, la distillation secondaire, l'évaporation, ou la centrifugation, avec un tiers corps si besoin. La phase non aqueuse du condensât est ensuite renvoyée dans la colonne comme reflux. The condensate thus formed is collected in a reflux vessel or tank and subjected to a separation step to remove the water. This separation can be carried out by any conventional technique such as decantation, secondary distillation, evaporation, or centrifugation, with a third body if necessary. The non-aqueous phase of the condensate is then returned to the column as reflux.
Il est donc réalisé en continu, de la réaction d'hydroxylation selon l'invention, à une élimination de l'eau via le traitement du distillât eau/substrat phénolique recueilli en sortie du condenseur. It is therefore carried out continuously, the hydroxylation reaction according to the invention, a removal of water via the treatment of distillate water / phenolic substrate collected at the outlet of the condenser.
Il est également réalisé en continu un soutirage du milieu réactionnel liquide en zone (I) de la colonne de la distillation. It is also carried out continuously withdrawal of the liquid reaction medium in zone (I) of the distillation column.
La température du mélange réactif dans le réservoir de liquide en zone (I) au pied de la colonne est plus basse que le point d'ébullition des produits di-hydroxylés et plus élevée que le point d'ébullition du substrat phénolique. The temperature of the reaction mixture in the liquid reservoir in zone (I) at the bottom of the column is lower than the boiling point of the di-hydroxylated products and higher than the boiling point of the phenolic substrate.
Le bouilleur peut être avantageusement porté à une température variant de 100 °C à 250 °C. The boiler can advantageously be heated to a temperature ranging from 100 ° C. to 250 ° C.
L'invention va maintenant être décrite au moyen de l'exemple suivant donné à titre illustratif et non limitatif de l'invention. EXEMPLE The invention will now be described by means of the following example given by way of illustration and not limitation of the invention. EXAMPLE
Un procédé selon l'invention réalisé avec le dispositif de la figure 1 avec une colonne de distillation de 7 plateaux théoriques : A process according to the invention carried out with the device of FIG. 1 with a distillation column of 7 theoretical plates:
- fonctionnant à une pression de 10 mbar ; operating at a pressure of 10 mbar;
- alimentée par de l'eau oxygénée et du phénol dans un ratio de 6%mol d'eau oxygénée par rapport au phénol et en présence d'un catalyseur acide à raison de 18ppm molaire par rapport au phénol ; - fed with hydrogen peroxide and phenol in a ratio of 6 mol% of hydrogen peroxide with respect to phenol and in the presence of an acid catalyst at a rate of 18ppm molar relative to phenol;
- avec une température en pied de colonne de 65 °C ; et with a temperature at the bottom of the column of 65 ° C .; and
- une teneur en eau en pied de colonne de 400 ppm. a water content at the bottom of the column of 400 ppm.
Ce procédé permet d'accéder à un gain cinétique d'un facteur 10 par rapport à un procédé conventionnel réalisé en réacteur, pour une production égale d'hydroquinone et de pyrocatéchol. This method makes it possible to obtain a kinetic gain of a factor of 10 compared with a conventional reactor process for the production of hydroquinone and pyrocatechol.
Avec un tel procédé, on constate : With such a process, we can see:
- une hausse de la sélectivité en diphénols par rapport au phénol RT (PC+HQ)/PhOH de 4 %. RT (PC+HQ)/PhOH correspond au rapport entre le nombre de moles de diphénols formées (pyrocatéchol + hydroquinone) et le nombre de moles de phénol transformées ; an increase in selectivity for diphenols relative to phenol RT (PC + HQ) / PhOH of 4%. RT (PC + HQ) / PhOH corresponds to the ratio between the number of moles of diphenols formed (pyrocatechol + hydroquinone) and the number of moles of phenol transformed;
- une hausse de la sélectivité en diphénols par rapport à l'eau oxygénée RT (PC+HQ)/H202 de 2,5 %. RT (PC+HQ)/H202 correspond au rapport entre le nombre de moles de diphénols formées (pyrocatéchol + hydroquinone) et le nombre de moles H202 consommées ; et an increase in selectivity for diphenols relative to hydrogen peroxide RT (PC + HQ) / H 2 O 2 of 2.5%. RT (PC + HQ) / H 2 0 2 corresponds to the ratio between the number of moles of diphenols formed (pyrocatechol + hydroquinone) and the number of moles H 2 0 2 consumed; and
- une baisse du ratio PC/HQ de 0,2 point, le ratio PC/HQ étant défini par le rapport entre le nombre de moles de pyrocatéchol formées et le nombre de moles d'hydroquinone formées. a drop in the PC / HQ ratio of 0.2 points, the PC / HQ ratio being defined by the ratio between the number of moles of pyrocatechol formed and the number of moles of hydroquinone formed.
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16738189 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16738189 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |