La présente invention a pour objet un procédé de préparation de cétones fluorées. L'invention s'applique plus particulièrement aux cétones présentant au moins un atome de fluor, de préférence trois atomes de fluor en position a par rapport au groupe carbonyle.

II est connu de préparer une cétone a-trifluorée selon un procédé qui consiste à faire réagir un composé organométallique avec l'acide trifluoroacétique ou ses esters [Chem. L. S. et al, J. Fluorine Chem. Voll, p. 117 (1981)].

Ce procédé souffre de plusieurs inconvénients. II comporte plusieurs étapes, préparation du composé organométallique à partir du bromobenzène puis réaction avec de l'acide trifluoroacétique à basse température (-78°C) et hydrolyse ce qui complique sa mise en oeuvre et il est difficilement transposable à l'échelle industrielle. De plus, le rendement réactionnel n'est pas satisfaisant en raison de la formation de sous-produits.

II est également connu d'une manière générale, de préparer une cétone à partir d'un ou plusieurs acides carboxyliques selon la réaction de Piria qui consiste à faire réagir le ou les acides carboxyliques en phase gazeuse, en présence d'un oxyde métallique qui peut être choisi parmi les oxydes de métaux alcalins, alcalino-terreux, les oxydes des métaux des groupes Illb, IVb et Vb.

II s'avère que la préparation d'une cétone fluorée et plus particulièrement d'une cétone a-trifluorée selon la réaction de Piria n'est pas décrite dans la littérature car l'on assiste à haute température à une défluoration du réactif de départ conduisant ainsi à une fluoration du catalyseur.

II a maintenant été trouvé et c'est ce qui constitue l'objet de la présente invention, un procédé de préparation d'une cétone fluorée répondant à la formule générale : 0 dans laquelle : -R, et R2, identiques ou différents, représentent un groupe hydrocarboné comportant de 1 à 40 atomes de carbone qui peut être un groupe aliphatique acyclique saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié ; un groupe

carbocyclique ou hétérocyclique saturé, insaturé ou aromatique, monocyclique ou polycyclique ; un enchaînement des groupes précités.

-au moins l'un des groupes R, et R2, ne comprend pas d'atomes d'hydrogène sur l'atome de carbone en position a par rapport au groupe carbonyle, -au moins l'un des groupes R, et R2 comprend un ou plusieurs atomes de fluor, ledit procédé étant caractérisé par le fait que l'on fait réagir, en phase gazeuse, -un acide carboxylique de formule (II) : (II) dans laquelle R, est telle que définie ci-dessus, -et un acide carboxylique de formule (III) : (III) dans laquelle R2 est telle que définie ci-dessous, en présence d'un catalyseur comprenant au moins un oxyde d'un élément choisi parmi les terres rares, le thorium, le titane et l'aluminium.

Par"terre rare", on entend les lanthanides ayant un numéro atomique de 57 à 71 et l'yttrium ainsi que le scandium.

Conformément à l'invention, on part d'acides carboxylique de formules (II) et (III) mais l'invention inclut la mise en oeuvre de dérivés d'acides carboxyliques tels que anhydrides d'acides carboxyliques ou cétènes correspondants.

L'invention permet d'obtenir des cétones symétriques si dans la formule (I), R, est identique à R2 et des cétones disymétriques si R, est différent de R2.

Plus précisément, dans les formules (I) a (III), R, et R2 représentent un groupe hydrocarboné ayant de 1 à 20 atomes de carbone qui peut être un groupe aliphatique acyclique saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié ; un groupe carbocyclique ou hétérocyclique saturé, insaturé ou aromatique, monocyclique ou polycyclique ; un groupe aliphatique saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, porteur d'un substituant cyclique.

R, et R2 représentent préférentiellement un groupe aliphatique acyclique saturé linéaire ou ramifié ayant de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, et encore plus préférentiellement de 1 à 4 atomes de carbone.

L'invention n'exclut pas la présence d'une insaturation sur la chaîne hydrocarbonée telle qu'une ou plusieurs doubles liaisons qui peuvent être conjuguées ou non, ou une triple liaison.

La chaîne hydrocarbonée peut être éventuellement interrompue par un hétéroatome (par exemple, oxygène ou soufre) ou par un groupe fonctionnel dans la mesure où celui-ci ne réagit pas et l'on peut citer en particulier un groupe tel que notamment-CO-.

La chaîne hydrocarbonée peut être éventuellement porteuse d'un ou plusieurs substituants (par exemple, halogène, ester) dans la mesure où ils n'interfèrent pas avec la réaction de cétonisation.

Le groupe aliphatique acyclique, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié peut être éventuellement porteur d'un substituant cyclique. Par cycle, on entend un cycle carbocyclique ou hétérocyclique, saturé, insaturé ou aromatique.

Le groupe aliphatique acyclique peut être relié au cycle par un lien valentiel, un hétéroatome ou un groupe fonctionnel tels que oxy, carbonyle, carboxy, sulfonyl etc...

Comme exemples de substituants cycliques, on peut envisager des substituants cycloaliphatiques, aromatiques ou hétérocycliques, notamment cycloaliphatiques comprenant 6 atomes de carbone dans le cycle ou benzéniques, ces substituants cycliques étant eux-mêmes éventuellement porteurs d'un substituant quelconque dans la mesure où ils ne gênent pas les réactions intervenant dans le procédé de l'invention. On peut mentionner en particulier, les groupes alkyle, alkoxy ayant de 1 à 4 atomes de carbone.

Parmi les groupes aliphatiques porteurs d'un substituant cyclique, on vise plus particulièrement les groupes cycloalkylalkyle, par exemple, cyclohexylalkyle ou les groupes aralkyl ayant de 7 à 12 atomes de carbone, notamment benzyle ou phényléthyle.

Dans les formules (I) à (III), R, et R2 peuvent également représenter un groupe carbocyclique, saturé ou non ayant de préférence 5 ou 6 atomes de carbone dans le cycle ; un groupe hétérocyclique, saturé ou non, comportant notamment 5 ou 6 atomes dans le cycle dont 1 ou 2 hétéroatomes tels que les atomes d'azote, de soufre et d'oxygène ; un groupe carbocyclique ou hétérocyclique aromatique, monocyclique, de préférence, phényle, pyridyl, pyrazolyle, imidazolyle ou polycyclique condensé ou non, de préférence, naphtyl.

Dès lors que l'un des groupes R, et R2 comprend un cycle, celui-ci peut être également substitué. La nature du substituant peut être quelconque dans la mesure où il n'interfère pas avec la réaction principale. Le nombre de substituants est généralement au plus de 4 par cycle mais le plus souvent égal à 1 ou 2.

Parmi toutes les significations données précédemment pour R, et R2, ils représentent de préférence un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 atomes de carbone, de préférence de 1 à 6 atomes de carbone ou un groupe phényle.

Comme mentionné précédemment, au moins l'un des groupes R, et R2, ne comprend pas d'atomes d'hydrogène sur l'atome de carbone en position a par rapport au groupe carbonyle.

Ainsi, I'un des atomes de carbone en position a par rapport au groupe carbonyle est un atome de carbone tertiaire. II peut être représenté par la formule (Rg) (RJ (Rg) C-dans laquelle R3, R4 et R5 représentent notamment, un atome d'halogène, de préférence, un atome de fluor ; un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 6 atomes de carbone ; les groupes R3, R4 et R5, pouvant également former un cycle, par exemple, un groupe phényle.

Comme exemples d'acides carboxyliques comprenant un atome de carbone tertiaire, on peut mentionner les acides carboxyliques perfluorés.

En effet, l'invention s'applique tout particulièrement à la préparation de cétones fluorées à partir d'acides carboxyliques dont l'un deux est au moins un acide carboxylique aliphatique fluoré répondant plus particulièrement à la formule(Ila) : dans laquelle : -Rf représente une chaîne perfluorée de formule : - [CF2] p-CF3 dans ladite formule, p représente un nombre allant de 0 à 10.

Les acides carboxyliques aliphatiques préférés répondent à la formule (Ila) dans laquelle Rf représente préférentiellement les groupes : <BR> <BR> <BR> -CF 3<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> -CF2-CF3 L'invention s'applique également à la préparation de cétones fluorées à partir d'acides carboxyliques aromatiques fluorés répondant plus particulièrement à la formule (IIb) :

(IIb) dans laquelle Rf a la signification donnée précédemment mais représente de préférence, un groupe trifluorométhyle.

Comme exemples d'acides carboxyliques de formule (Ila) ou (alb), on peut citer : -I'acide trifluoroacétique, -I'acide pentafluoroacétique, -les acides o-m-et p-trifluorométhylbenzoique.

Pour ce qui est de l'acide carboxylique de formule (III), on met en oeuvre préférentiellement ceux répondant à la formule (III) dans laquelle R2 représente : -un groupe alkyle linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 20 atomes carbone, de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, -un groupe cycloalkyle ayant de 3 à 8 atomes de carbone, de préférence un groupe cyclopentyle ou cyclohexyle, -un groupe aryle ayant de 6 à 12 atomes de carbone, de préférence un groupe phényle ou naphtyl, -un groupe arylalkyl ayant de 7 à 12 atomes de carbone, de préférence un groupe benzyle.

Comme exemples d'acides carboxyliques de formule (alb), on peut mentionner plus particulièrement : -'acide acétique, -'anhydride acétique, -'acide propanoïque, -'acide butanoïque, -'acide pentanoïque.

Conformément au procédé de l'invention, on effectue la réaction de cétonisation de I'acide carboxylique, en présence d'un catalyseur comprenant au moins un oxyde d'un élément choisi parmi les terres rares, le thorium, le titane et I'aluminium.

II s'agit plus particulièrement d'un oxyde d'une terre rare choisie parmi les lanthanides, I'yttrium le scandium et leurs mélanges, de préférence les lanthanides tels que le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le samarium, I'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, I'holmium, 1'terbium, le thulium, I'ytterbium et le lutécium On fait appel préférentiellement aux mélanges d'oxyde de thorium et d'oxydes de terres rares. On choisit plus particulièrement les mélanges d'oxyde de thorium et d'oxyde de cérium.

On met en oeuvre avantageusement des mélanges comprenant de 20 à 40 % d'oxyde de thorium et de 60 à 80 % d'oxyde de terre rare, de préférence de cérium.

Un autre type d'élément catalytique convenant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention est I'aluminium On peut utiliser toutes les alumines du commerce mais l'on préfère mettre en oeuvre l'alumine gamma.

On met en oeuvre avantageusement une alumine ayant une surface spécifique d'au moins 100 m2/g, de préférence comprise entre 150 et 350 m2/g, et plus préférentiellement comprise entre 200 et 280 m2/g.

Son volume poreux varie le plus souvent entre 0,2 et 1,0 cm3/g, de préférence entre 0,4 et 0,9 cm3/g.

Le volume poreux comme la surface spécifique sont mesurés selon la méthode BRUNEAU-EMMETT-TELLER décrite dans le périodique « The Journal of American Society 60,309 (1938) ».

Généralement, I'alumine est mise en oeuvre sous la forme d'extrudés ayant un diamètre de 0,5 à 5 mm, de préférence, de 1 à 3 mm et une longueur de 2 à 100 mm, de préférence, de 5 à 10 mm. II est également possible qu'elle soit sous forme de billes, pastilles ou granulés.

La matière active est apportée soit directement sous la forme d'oxyde ou bien obtenu après calcination d'un support imprégné à I'aide d'une solution apportant les éléments précités sous forme d'hydroxyde, de sel simple ou double, minéral ou organique.

II est possible de faire appel à un hydroxyde, à un sel mineral de préférence, nitrate, sulfate, oxysulfate, halogénure, oxyhalogénure, silicate, carbonate, oxalate ou à un sel organique de préférence, acétylacétonate ; alcoolate et encore plus préférentiellement méthylate ou ethylat ; carboxylate en Ci-Ce tels que acétate ou bien encore les carboxylates dérivés des acides gras en Cg-Cgg et notamment les stéarate, palmitat, myristate et laurate.

La matière active est avantageusement mise en oeuvre sous une forme oxyde.

La nature du support peut être variable. C'est ainsi que peuvent convenir à la présente invention, notamment, les charbons actifs, les gels de silice, les mélanges silice-alumine, I'alumine, les argiles (et plus particulièrement, le kaolin, le talc ou la montmorillonite), la bauxite, la magnésie et la terre de diatomées.

Dans le catalyseur, la teneur en phase active représente de 5 à 100 % du poids du catalyseur.

Les catalyseurs peuvent se présenter sous différentes formes dans le procédé de l'invention : poudre, produits mis en forme tels que granulés (par exemple, extrudés ou billes), pastilles, qui sont obtenus par extrusion, moulage, compactage ou tout autre type de procédé connu.

Pour préparer le catalyseur supporté utile à la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, on peut recourir à des techniques classiques, connues en elles-mêmes, de préparation de catalyseurs métalliques supportés. On peut se référer, notamment, pour la préparation des différents catalyseurs à l'ouvrage : [J. F. LEPAGE"Catalyse de contact", conception, préparation et mise en oeuvre des catalyseurs industriels, Edition Technip (1978)].

Une méthode connue pour la préparation d'oxydes métalliques fixés sur support inerte consiste à dissoudre dans t'eau un sel du métal choisi, et à verser la solution obtenue sur des particules du support inerte activé. L'ensemble est alors calciné entre 400°C et 600°C de façon à assurer la transformation du sel métallique en oxyde métallique fixé sur support inerte.

Conformément au procédé de l'invention, la réaction de cétonisation est conduite en phase gazeuse, en mettant en contact I'acide carboxylique (lI) avec l'acide carboxylique (III), en présence du catalyseur tel que défini.

Généralement, la quantité des acides carboxyliques mis en oeuvre est telle que le rapport entre le nombre de moles d'acide carboxylique (III) et le nombre de moles d'acide carboxylique (II) varie entre 1 et 20, de préférence entre 3 et 8.

Conformément à l'invention, le procédé est conduit en phase gazeuse. On entend par cette expression que les différents réactifs sont vaporisés dans les conditions réactionnelles mais le procédé n'exclut pas la présence d'une éventuelle phase liquide résultant soit des propriétés physiques des réactifs, soit d'une mise en oeuvre sous pression ou de l'utilisation d'un solvant organique.

Le gaz vecteur est optionnel et est en général un gaz ou un mélange de gaz non réactifs dans les conditions de la réaction. On peut faire appel à des gaz tel que I'azote, I'air, I'argon ou l'hélium. Avantageusement, le rapport

volumique entre le gaz vecteur et l'acide carboxylique (II) varie entre 0 et 10, de préférence entre 0,1 et 2,0.

La température de la réaction de cétonisation est généralement comprise entre 200°C et 500°C, et, de préférence de 250°C et 450°C, et encore plus préférentiellement entre 280°C et 300°C.

La pression réactionnelle est de préférence la pression atmosphérique mais il est également possible de conduire le procédé sous pression réduite pouvant descendre jusqu'à 100 mm de mercure lorsque les réactifs de départ sont peu volatils.

Conformément au procédé de l'invention, on vaporise les réactifs de départ à savoir les acides carboxyliques. Ils sont introduits au contact du catalyseur, de préférence entraînés par un gaz vecteur.

La WHSV (weight hourly space velocity) est comprise entre 0,05 et 1,5 h-1, de préférence entre 0,1 et 0,8 h-1.

En pratique, la réaction est réalisée aisément en continu par passage du flux gazeux dans un réacteur tubulaire contenant le catalyseur.

On commence par préparer le lit catalytique qui est constitué par la phase active catalytique éventuellement déposée sur un support (par exemple, verre fritte) ce qui permet la circulation des gaz sans elution du catalyseur. Ensuite, les réactifs sont mis en oeuvre et plusieurs variantes sont possibles.

II est possible de vaporiser chacun des réactifs (II) et (III), dans des chambres différentes, puis d'effectuer le mélange dans une chambre de mélange et d'introduire le flux gazeux résultant sur le catalyseur. Le gaz vecteur peut être introduit en parallèle audit flux gazeux ou bien au niveau de la chambre de mélange.

Une autre variante consiste à préparer une solution comprenant les réactifs (II) et (III), puis à vaporiser ledit mélange et à l'introduire sur le catalyseur, en parallèle avec le gaz vecteur.

Un autre mode de réalisation pratique de l'invention consiste à faire fondre l'un des acides carboxyliques en le chauffant jusqu'à sa température de fusion et l'on fait passer au-dessus un flux gazeux comprenant l'autre acide carboxylique.

Ce flux se sature du premier acide carboxylique et il est mis alors en contact avec le catalyseur.

Un autre mode d'exécution de l'invention est de faire appel à un solvant organique, inerte dans les conditions réactionnelles et qui est choisi de telle sorte qu'il solubilise l'acide carboxylique (II) et l'acide carboxylique (ils) mis en oeuvre.

On fait appel de préférence selon l'invention à un solvant aprotique ayant un point d'ébullition supérieur à 60°C et, de préférence, compris entre 60°C et 300°C.

A titre de solvants aprotiques susceptibles d'être mis en oeuvre dans le procédé de l'invention, on peut citer les hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques comme I'hexane, I'heptane, le cyclohexane, le benzène, le toluène, les xylènes.

On peut également utiliser plusieurs solvants.

La quantité d'acide carboxylique (II) mise en oeuvre dans le solvant est généralement telle que le rapport molaire solvant/acide carboxylique (II) soit compris entre 0 et 20 et, de préférence, entre 0 et 5.

Ainsi, on prépare une solution organique comprenant I'acide carboxylique (II), I'acide carboxylique (III), puis l'on vaporise ledit mélange et on l'introduit sur le catalyseur, en parallèle avec le gaz vecteur.

En fin de réaction, on condense l'ensemble des gaz et l'on sépare les réactifs non réagis et les produits obtenus, par distillation ou cristallisation fractionnée. II est également possible de séparer ceux-ci, par condensation fractionnée. Dans le cas plus particulier de la trifluoroacétone, cette dernière est récupérée sous forme d'hydrate, en piégeant le flux gazeux dans l'eau.

Le procédé de l'invention permet d'obtenir préférentiellement une cétone répondant à la formule (I) de type perfluorée.

Le procédé de l'invention est parfaitement bien adapté à la préparation de la trifluoroacétone.

Le procédé peut être mis en oeuvre en continu.

Le mode préféré de réalisation de l'invention est de mettre en oeuvre un catalyseur de type alumine. Le catalyseur de l'invention peut tre aisément regénéré par traitement à I'air entre 450°C et 600°C, de préférence entre 480°C et 500°C. II est maintenu sous air jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de dioxyde de carbone dégagé.

La régénération du catalyseur peut se faire séparément ou in situ.

Le catalyseur régénéré conserve toutes ses performances catalytiques.

Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois la limiter.

EXEMPLES Dans les différents exemples qui suivent, les abréviations TT, RR ont la signification suivante :

nombre de moles de l'acide carboxylique* transformées Taux de transformation = TT =# en % nombre de moles d'acide carboxylique* introduites nombre de moles de cétone formées Rendement Réel = RR = en % nombre de moles d'acide carboxylique* introduites - : t'acide concerné est l'acide mis en oeuvre en défaut.

Exemple 1 Dans un réacteur en verre de 25 mm de diamètre, on introduit successivement : -5 ml de quartz de granulométrie 300-600 um -3 ml de catalyseur CeO2/ThO2 (62/38) -5 ml de quartz On place le réacteur dans un four électrique et on raccorde un tube collecteur au bas du réacteur.

On fait passer un courant de 3 ich d'azote et l'on chauffe à 350°C pendant une heure.

Une fois t'activation terminée, on ramène la température à 280°C et on injecte par un pousse seringue 3,2 ml/h d'un mélange acide trifluoroacétique, à 10 % p/p dans I'acide acétique.

Les gaz effluents sont piégés dans un piège contenant de l'eau pour former I'hydrate de la trifluoroacétone.

Après 3 heures de réaction, on obtient par chromatographie en phase gazeuse, les résultats suivant : -TT acide trifluoroacétique : 83 % -RR trifluoroacétone : 42 % Exemple 2 On reproduit l'exemple 1 à la différence près que l'on met en oeuvre 1 ml de catalyseur CeO2/ThO2.

On obtient les résultats suivants : -TT acide trifluoroacétique : 23% -RR trifluoroacétone : 4 % Exemple 3 On reproduit l'exemple 1 avec 3 ml de catalyseur CeO2/ThO2 (72/28)

On obtient les résultats suivants : -17 acide trifluoroacétique : 78 % -RR trifluoroacétone : 35 % Exemple 4 Dans un réacteur en verre de 30 ml, on introduit 20 mi d'alumine gamma de surface spécifique = 280 m2/g et le volume poreux total est de 0,8 cm3/g sous forme d'extrudés (1,2 mm de diamètre, 5 à 10 mm de long) On chauffe le réacteur à 280°C avec un débit d'azote de 2 litres par heure et l'on maintient 1 h dans ces conditions.

On injecte un mélange d'acide trifluoroacétique dans I'anhydride acétique à 10% P/P à un débit de 11 ml/h.

Les gaz réactionnels sont ensuite partiellement condensés dans un ballon maintenu à 25°C pour récupérer les réactifs n'ayant pas réagi, puis dans un piège contenant de l'eau pour récupérer la trifluoroacétone formée sous forme d'hydrate.

Après 5 heures de réaction, I'analyse par RMN nous donne les résultats suivants : -TT acide trifluoroacétique : 83% -RR trifluoroacétone : 70% Exemple 5 On répète t'exempte précédent mais) la réaction est conduite à 230 °C Dans ces conditions, les résultats obtenus sont les suivants : -TT acide trifluoroacétique : 47 % -RR trifluoroacétone : 31 % Exemple 6 On répète l'exemple 4 précédent mais l'on injecte 6 ml/h d'un mélange à 20% P/P d'acide trifluoroacétique dans I'anhydride acétique.

Dans ces conditions, les résultats obtenus sont les suivants : -rr acide trifluoroacétique : 79 % -RR trifluoroacétone : 64 % Exemple 7 On reproduit l'exemple 4 précédent mais l'on utilise une alumine alpha.

Dans ces conditions, les résultats obtenus sont les suivants : -TT acide trifluoroacétique : 24 %

-RR trifluoroacétone : 5 % Exemple 8 Recyclage du catalyseur.

Apres désactivation du catalyseur de l'exemple 4, celui-ci est calciné sous un courant d'air de 3 I/h pendant 15 heures à 500°C.

On ramène ensuite la température à 280°C et l'on recommence les injections dans les mêmes conditions.

On obtient les résultats suivants : -TT acide trifluoroacétique : 81 % -RR trifluoroacétone : 71 % Le catalyseur est recyclable sans perte notable d'activite.