Réactions dans le dichlorobenzène

Globalement ces expériences resteront identiques aux précédentes (tableau III.2), seule la tempéra- ture et le catalyseur changent. Pour cette série d’expériences, l’argile n’a pas été utilisée. Par contre, une expérience reprenant les conditions industrielles a été effectuée (utilisation de FeCl3). Plusieurs autres

expériences seront effectuées sur les catalyseurs les plus actifs.

TAB. III.2 – Conditions opératoires des expériences dans le dichlorobenzène pour chaque catalyseur

Réaction _{Solvant Catalyseur} Conditions

Substrat Agent acylant Ratio S/AA T(˚C) P(bar)

28872 10 mmol 1063 10 mmol 1 DCB (50 mL) 0,5g-1g 180 1

III.2.1 AlCl

-FeCl

Après ces premières séries d’expérience tests, un essai « zéro » a été fait. Cet essai reprend exacte- ment les conditions industrielles et permettra de valider les essais faits avec des catalyseurs hétérogènes (Tableau III.3).

TAB. III.3 – Conditions opératoires industrielles de l’acylation de Friedel-Crafts du 28872

Réaction _{Solvant Catalyseur} Conditions

Substrat Agent acylant Ratio S/AA T(˚C) P(bar)

28872 0,213 mol 1063 0,235 mol 1/1, 1 DCB (150 mL) 42,60g 5-20 1 L’étape de Friedel-Crafts s’effectue donc avec 1,1 équivalent de chlorure d’anisoyle et 1,2 équivalent de chlorure ferrique dans le dichlorobenzène. Le protocole décrit dans le paragraphe II.1.2, page 59 sera suivi.

Cette réaction a été répétée pour confirmer et valider les résultats. Lors de ces deux expériences, les conversions obtenues sont bien les mêmes que celles décrites dans les rapports de Sanofi-Aventis (do- cument interne). Au bout de deux heures de réaction, les conversions atteignent 98,3% et 97,6% avec respectivement des sélectivités en 28042 de 98,3% et 98,4%. Ce résultat est à comparer avec ceux de SANOFI-AVENTIS. D’après le rapport fourni, la condition principale pour passer à l’étape suivante est d’avoir une aire résiduelle de 28872 inférieure à 0,04%. Or dans notre cas, au bout des deux heures de réaction les aires du 28872 sont respectivement de 1,6% et 2,2%.

Bien que les écarts soient faibles, plusieurs possibilités peuvent être avancées pour expliquer ces écarts : – Le temps de réaction n’est peut être pas suffisant.

– Le FeCl3utilisé peut être légèrement humidifié.

– Le solvant peut avoir un effet sur la réactivité. Ici, le solvant utilisé est le DCB alors que dans le document interne il s’agit du chlorobenzène.

Remarque : une réaction a été effectuée avec du chlorure d’aluminium pendant une heure à 40˚C. Les ré- sultats montrent que le substrat se transforme avec une conversion d’environ 45%, cette réaction montre l’intérêt d’utiliser FeCl3plutôt qu’AlCl3.

Ces réactions, reprenant exactement le protocole industriel, permettent de valider notre montage expérimental (le chauffe-ballon est remplacé par un bain thermostaté à 5˚C puis 20˚C). Bien que l’aire

résiduelle en 28872 soit un peu trop importante (>0,04%), les conversions et rendements atteints sont satisfaisant. De plus, après les acylations, les mélanges réactionnels ont été hydrolysés en suivant le pro- tocole de SANOFI-AVENTIS. Bien que la mise en oeuvre de l’étape d’hydrolyse soit relativement aisée, à chaque hydrolyse successive, la phase aqueuse et la phase organique se séparent très mal, provoquant la perte de produit. Ainsi, cette expérience a permis non seulement de récupérer du 28042 mais aussi de prendre conscience de la difficulté de l’opération d’hydrolyse et de la quantité d’eau nécessaire pour isoler le produit formé.

III.2.2 Amberlyst-15

Malgré la très faible activité de ce catalyseur dans les réactions précédentes, l’Amberlyst-15 a été testée dans une réaction à 180˚C. La Figure III.4 présente les résultats de cette expérience. Il apparaît

FIG. III.4 – Conversion du 28872 en 28042, Ratio 1/1, Amberlyst-15, 1g, 180˚C, DCB

clairement que la cinétique est meilleure à 180˚C qu’à 80˚C ou 110˚C, mais la conversion finale reste très faible (6% en 6h). De plus, on peut noter la forte consommation du chlorure à cette température alors qu’à 110˚C dans le toluène, le chlorure est relativement peu consommé.

En regardant de plus près les caractéristiques de l’Amberlyst-15, on s’aperçoit que sa température maxi- male d’utilisation est d’environ 120˚C. Saha et Streat4_{ont reporté qu’au dessus de 140˚C l’Amberlyst-15}

se dégradait. Cette dégradation commence tout d’abord par une désulfonation de la résine. Puis à des températures plus élevées (environ 160˚C) en plus de la désulfonation, le réseau tridimensionnel de la résine se contracte fortement, bloquant ainsi l’accès des sites actifs aux molécules. Ce phénomène a aussi été confirmé sous haute pression (sous CO2 supercritique) par Amandi et al,5(Tableau III.4).

L’Amberlyst-15 a été traitée à haute température et sa teneur en soufre a été analysée. Cette désulfona- tion pourrait être responsable de la forte consommation du chlorure.

TAB. III.4 – Teneur en soufre de l’Amberlyst-15 selon le traitement, d’après Amandi et al5

catalyseur soufre détecté_(%) équivalent molaire −SO3H/gcatalyseur

non-traité 13,67 4,3

150˚C/200 bar 12,33 3,9

III.2.3 Acide phosphotungstique

Ce catalyseur solide a une température de fusion de 90˚C. Pour les expériences à 180˚C, le catalyseur est solubilisé dans le milieu, il s’agit donc, ici, de catalyse homogène.La solubilisation de ce catalyseur ne remet pas en cause son utilisation pratique puisque dès que la température redescendra en dessous de 90˚C, celui-ci sera facilement récupérable. Ce catalyseur permet donc d’avoir les avantages de la catalyse homogène (pas de limitation par les transferts de phases) et aussi ceux de la catalyse hétérogène (récupération facilitée et, peut être, réutilisation du catalyseur). Cependant comme le montre la figure III.5 même à 180˚C, le rendement de la réaction est très faible.

FIG. III.5 – Conversion du 28872 en 28042, Ratio 1/1, HPA, 1g, 180˚C, DCB Remarques :

– La première remarque est qu’avec ce catalyseur, le chlorure se consomme trés rapidement (en 10 minutes 90% du chlorure est consommé). De ce fait la cinétique est très lente (limitée à 0,4%). De plus, le chlorure ne se dégrade pas qu’en acide car il est complètement consommé au bout de 6 heures mais ne donne que 20% d’acide. Une autre espèce est donc formée (voir le paragraphe III.2.6.3.a, page 94).

– L’autre remarque provient de la conversion du substrat. Bien que le rendement en produit prin- cipal (28042) soit très faible (<0,4%), la conversion du 28872 est relativement importante (30% du substrat a disparu au bout de 6 heures de réaction). Sur les chromatogrammes, il apparait un pic trois minutes après le pic du 28042, de plus l’aire de ce pic semble augmenter proportionnellement à la consommation du substrat. On notera aussi que ce pic n’apparait qu’avec l’utilisation de ce catalyseur.

De toute manière, la quantité de 28042 produite est bien trop faible, ce qui nous pousse a écarter ce catalyseur.

III.2.4 Zéolite β

Les zéolites apparaissaient comme les catalyseurs les plus actifs vis-à-vis des acylations de Friedel- Crafts. Cependant en ce qui concerne la zéolite (Ratio Si/Al=27), celle-ci s’avère peu réactive à 180˚C. Comme le montre la figure III.6, le rendement en SR28042 est faible (<4% en 6 heures).

FIG. III.6 – Conversion du 28872 en 28042, Ratio 1/1, Zéolite β, 1g, 180˚C, DCB

Comme il a été évoqué dans la recherche bibliographique, cette faible réactivité peut avoir diverses raisons : acidité (Brønsted ou Lewis) de la zéolite insuffisante, taille des pores trop faible... On constate aussi une « consommation » importante du chlorure, sans que celui-ci ne soit tout transformé en produit ou en acide. Ici encore, le pic 4 déjà mentionné dans le paragraphe III.1.3 apparaît au cours de la réaction.

III.2.5 Oxydes métalliques

Bon marchés et facilement disponibles, les oxydes de métaux de transitions sont les oxydes les plus étudiés en tant que catalyseurs hétérogènes pour une multitude de réactions organiques6_{.Ces oxydes}

sont d’importants catalyseurs hétérogènes de par leur grande chimio-sélectivité, leur compatibilité avec l’environnement, leur simplicité d’exploitation et leur faible coût.