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| 62 REVENDICATIONS Utilisation d’un catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, de formule Pd-X/CeO2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m2/g, notamment de 100 à 200 m2/g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant, en particulier l’oxygène moléculaire ou l’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, éventuellement en présence d’un promoteur et éventuellement à une pression de 0,1 à 15 MPa. Utilisation selon la revendication 1 , dans laquelle le catalyseur à une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur. Utilisation selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant un dopant choisi parmi Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, notamment à une teneur comprise de 0,5 à 10%, de préférence de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le catalyseur a un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide PdxCei.xO2,x variant de 0,01 à 1 63 8. Procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec : • du monoxyde de carbone, • un oxydant, • un catalyseur de formule Pd-X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, comprenant des atomes Pd sur un support en CeC>2, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m2/g, • éventuellement un promoteur, • éventuellement une base, • éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel éventuellement mis sous pression de 0,1 à 15 MPa, éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide. 9. Procédé selon la revendication 8 de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec : • du monoxyde de carbone, en particulier utilisé à raison de 0,5 à 8,0 MPa, notamment 6,5 MPa • de l’oxygène ou de l’air, en particulier de l’oxygène utilisé à raison de 0,5 à 2,5 MPa, notamment 1 ,5 MPa • un promoteur, en particulier un composé iodé, notamment choisi parmi l’iodure de tétraméthylammonium, l’iodure de potassium ou l’iodure de sodium, de préférence l’iodure de tétraméthylammonium, préférentiellement à raison de 0,1 à 5% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine, notamment à raison de 0,2 % molaire, • un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes de Pd sur un support en CeC>2, de formule Pd-X/CeC>2 dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m2/g, préférentiellement le palladium est à raison de 0,01 à 10% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine, 64 • éventuellement une base, en particulier la triéthylamine, de préférence utilisée à raison de 0,1 à 5% molaire par rapport à l’alcool ou l’amine, notamment à raison de 0,15% molaire, • éventuellement un solvant, en particulier choisi parmi l’acétonitrile, le tétrahydrofurane, le dioxane, le toluène, préférentiellement l’acétonitrile, pour obtenir un milieu réactionnel, - éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide. 10. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 ou 9 d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool, avec : • du monoxyde de carbone, • de l’oxygène ou de l’air, • un promoteur, • un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes de Pd sur un support en CeC>2, de formule Pd-X/CeC>2 dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m2/g, préférentiellement à raison de 0,01 à 10% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine, • éventuellement une base, • éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel, - une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, en particulier effectuée à une température comprise de 25 à 200 °C, notamment de 60 à 110°C, de préférence d’environ 90 °C, pour obtenir le composé oxalate. 11. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 à 10, d’un composé oxalate de Formule 2, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’un alcool de Formule 1 : Formule 1 Formule 2 dans lesquelles Ra représente : • un groupement alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié, 65 • un groupement cycloalkyle en C3 à C10, • un groupement alkyl-aryle ou alkyl-hétéroaryle en C5 à C20, en particulier l’alcool est choisi parmi le méthanol, l’éthanol et l’isopropanol. 12. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 ou 9 d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine, avec : • du monoxyde de carbone, • de l’oxygène ou de l’air, • un promoteur, • un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes de Pd sur un support en CeC>2, de formule Pd-X/CeC>2 dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m2/g, préférentiellement le palladium est à raison de 0,01 à 10% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine, • un solvant, • éventuellement une base, pour obtenir un milieu réactionnel comprenant le composé oxamide. 13. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8, 9 et 12, d’un composé oxamide de Formule 4, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’une amine de Formule 3 : Formule s Formule 4 dans lesquelles Rb et Rc représentent indépendamment l’un de l’autre : • un atome d’hydrogène, • un groupement alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié, • un groupement cycloalkyle en C3 à C10, • un groupement alkyl-aryle ou alkyl-hétéroaryle en C5 à C20, au moins un des groupement Rb ou Rc étant différent de l’hydrogène, Rb et Rc pouvant former un cycle, en particulier l’amine est choisie parmi la pipéridine, la pyrrolidine, la butylamine, la benzylamine, la furfurylamine et la cyclohexylamine. 66 14. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 à 13, dans lequel le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres. 15. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 à 14, dans lequel le catalyseur a un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %, 16. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 à 15, dans lequel ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm. 17. Procédé de préparation selon l’une des revendications 8 à 16, dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide PdxCei.xO2,x variant de 0,01 à 1. 18. Catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, de formule Pd-X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, - dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m2/g, notamment de 100 à 200 m2/g, - et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur, - éventuellement le dopant étant choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, de préférence le dopant étant Mn, en particulier ledit catalyseur comprenant une teneur en dopant comprise de 0,5 à 10%, notamment de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur. 19. Catalyseur selon la revendication 18, dans lequel le catalyseur possède une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres. 20. Catalyseur selon l’une des revendications 18 ou 19, dans lequel le catalyseur possède un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %. 21. Catalyseur selon l’une des revendications 18 à 20, dans lequel ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm. 22. Catalyseur selon l’une des revendications 18 à 21, dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide PdxCei.xO2, x variant de 0,01 à 1. 23. Procédé de préparation d’un catalyseur Pd-X/CeC>2 selon l’une des revendications 18 à 22, dans lequel le procédé comprend : • une étape D d’imprégnation d’un sel de palladium, en particulier du nitrate de palladium, sur un support en dioxyde de Cérium, pour obtenir un matériau homogène, en particulier ladite étape D comprend : - l’utilisation d’un support possédant une aire de surface comprise de 100 à 300 m2/g, notamment de 150 à 160 m2/g ou de 270 à 280 m2/g, - et l’utilisation une concentration en sel de palladium calculé pour obtenir une teneur de palladium de 0,1 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur, - éventuellement l’utilisation d’un autre sel choisi parmi les précurseurs des dopants du groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, en particulier le sel de manganèse, la concentration en sel de dopant est calculée pour obtenir une teneur de dopant de 0,5 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur, • une étape E de séchage du matériau, en particulier à une température de 60 à 100°C, notamment 80°C, de préférence pendant une durée de 10 à 24 heures, notamment 16 heures, • une étape F d’activation du palladium, en particulier comprenant une calcination à une température de 200 à 1000°C, notamment 600°C, de préférence pendant une durée de 1 à 15 heures, notamment 2 heures, pour obtenir ledit catalyseur. |
Titre : Nouveau catalyseur hétérogène à base de palladium, son procédé de préparation et son utilisation.
La présente invention concerne un nouveau catalyseur hétérogène à base de palladium, son procédé de préparation et son utilisation pour la synthèse d’oxalates et d’oxamides.
CONTEXTE DE L’INVENTION
Les oxalates et les oxamides sont des molécules à forte valeur ajoutée dans de nombreux domaines de l’industrie chimique avec des applications variées. Ils sont particulièrement intéressants en tant que précurseurs pour d’autres molécules d’intérêt telles que l’éthylène glycol par exemple. Leur obtention par voie catalytique, par des catalyseurs au palladium (Pd), est un procédé mis en œuvre dans l’art antérieur.
De multiples voies de synthèse ont été décrites :
- mettant en œuvre par exemple des nitrites ou des nitrates,
- des catalyseurs homogènes non recyclables,
- des catalyseurs Pd sur charbon qui présentent des risques de sécurité,
- des catalyseurs Pd sur différents supports.
Gaffney et al. (Journal of Catalysis, 1984, 90, 261-269) ont étudié différents oxydes comme support pour la catalyse hétérogène du Pd dans une réaction de carbonylation oxydative, à une pression élevée supérieure à 17 MPa. Selon leur étude, certains de ces oxydes présentent un rôle de co-oxydant. Les auteurs se sont notamment focalisés sur un catalyseur Pd sur un support constitué d’un mélange d’oxydes de Vanadium et de Titane.
À ce jour, il est recherché un catalyseur hétérogène pour une synthèse versatile d’oxalates et d’oxamides propre pour l’environnement et industrialisable en termes de simplicité, d’efficacité et de sécurité.
L’un des buts de l’invention est de proposer l’utilisation d’un nouveau catalyseur hétérogène au palladium qui permet la préparation de composés oxalates ou oxamides.
L’un des buts de l’invention est de proposer l’utilisation d’un nouveau catalyseur hétérogène au palladium qui permet la préparation de composés oxalates ou oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant, en particulier l’oxygène moléculaire (O2) ou l’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement.
Un autre but de l’invention est la préparation d’oxalates ou d’oxamides ne mettant pas en œuvre de réactifs toxiques et explosifs tels que les dérivés nitrés.
Un autre but de l’invention est la préparation d’oxalates et d’oxamides propres pour l’environnement. Un autre but de l’invention est la préparation d’oxalates et d’oxamides utilisant des réactifs recyclables.
Un autre but de l’invention est de proposer un catalyseur hétérogène au palladium efficace, réutilisable et recyclable.
Un autre but de l’invention est de proposer un catalyseur hétérogène au palladium utilisable dans un procédé en flux continu.
Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de préparation simple et optimisé de ce catalyseur au palladium.
Un premier objet de la présente invention est l’utilisation d’un catalyseur palladium/dioxyde de cérium (Pd/CeO2), comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant, en particulier l’oxygène moléculaire (O2) ou l’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement.
Au sens de la présente invention, on entend par « catalyseur palladium/dioxyde de cérium » ou « Pd/CeO2 », un catalyseur dans lequel les atomes de palladium sont des sites catalytiques liés à un support en dioxyde de cérium. On comprend que le catalyseur peut comprendre d’autres éléments tels que des dopants.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, ledit catalyseur étant de formule Pd-X/CeO2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant.
Lorsque X représente l’ensemble vide le catalyseur est constitué de palladium sur un support de dioxyde de cérium.
Lorsque X représente un élément atomique, le catalyseur est dopé par l’élément X et il comprend du palladium et l’élément X sur un support de dioxyde de cérium.
L’utilisation selon l’invention peut combiner les 3 caractéristiques suivantes :
- l’utilisation d’un catalyseur possédant une aire de surface spécifique de 50 à 250 m 2 /g,
- la présence d’un promoteur et
- la mise en œuvre à une pression de 0, 1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool ou d’une amine respectivement.
L’expression « de 50 à 250 m 2 /g » correspond aux gammes : de 50 à 60 m 2 /g ; de 60 à 70 m 2 /g ; de 70 à 80 m 2 /g ; de 80 à 90 m 2 /g ; de 90 à 100 m 2 /g ; de 100 à 110 m 2 /g ; de 110 à 120 m 2 /g ; de 120 à 130 m 2 /g ; de 130 à 140 m 2 /g ; de 140 à 150 m 2 /g ; de 150 à 160 m 2 /g ; de 160 à 170 m 2 /g ; de 170 à 180 m 2 /g ; de 180 à 190 m 2 /g ; de 190 à 200 m 2 /g ; de 200 à 210 m 2 /g ; de 210 à 220 m 2 /g ; de 220 à 230 m 2 /g ; de 230 à 240 m 2 /g ; de 240 à 250 m 2 /g.
L’expression de 100 à 200 m 2 /g correspond aux gammes de 100 à 110 m 2 /g; de 110 à 120 m 2 /g ; de 120 à 130 m 2 /g ; de 130 à 140 m 2 /g ; de 140 à 150 m 2 /g ; de 150 à 160 m 2 /g ; de 160 à 170 m 2 /g ; de 180 à 190 m 2 /g ; de 190 à 200 m 2 /g.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool ou d’une amine respectivement.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool ou d’une amine respectivement.
Les inventeurs ont observé de façon inattendue, qu’un catalyseur, dont une aire de surface, analysée par BET, est comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g, présente des rendements supérieurs par rapport à un catalyseur palladium sur oxyde de cérium selon l’art antérieur, notamment selon Gaffney et al (Journal of Catalysis 90, 261- 269,1984) comme montré ci-après (cf exemple 10).
De plus, deux catalyseurs Pd-X/CeC>2 selon l’invention d’aire de surface compris dans cette gamme de 100 à 250 m 2 /g présentant des activités substantiellement équivalentes, comme montré ci-après (cf exemple 8). Il serait plutôt attendu qu’un catalyseur présentant une plus grande surface spécifique soit plus favorable en termes de catalyse car favorisant les échanges. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur.
Selon un mode de réalisation et dans ce qui suit, le promoteur est un promoteur de réaction.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
L’expression MPa correspond à 10 6 Pascal et est équivalente à 10 bars.
L’expression « de 0,1 à 15,0 MPa » correspond aux gammes : de 0,1 à 0,5 MPa ; de 0,5 à 1 ,0 MPa ; de 1 ,0 à 1 ,5 MPa ; de 1 ,5 à 2,0 MPa ; de 2,0 à 2,5 MPa ; de 2,5 à 3,0 MPa ; de 3,0 à 3,5 MPa ; de 3,5 à 4,0 MPa ; de 4,0 à 4,5 MPa ; de 4,5 à 5,0 MPa ; de 5,0 à 5,5 MPa ; de 5,5 à 6,0 MPa ; de 6,0 à 6,5 MPa ; de 6,5 à 7,0 MPa ; de 7,0 à 7,5 MPa ; de 7,5 à 8,0 MPa ; de 8,0 à 8,5 MPa ; de 8,5 à 9,0 MPa ; de 9,0 à 9,5 MPa ; de 9,5 à 10,0 MPa ; de 10,0 à 10,5 MPa ; de 10,5 à 11 ,0 MPa ; de 11 ,0 à 11 ,5 MPa ; de 11 ,5 à 12,0 MPa ; de 12,0 à 12,5 MPa ; de 12,5 à 13,0 MPa ; de 13,0 à 13,5 MPa ; de 13,5 à 14,0 MPa ; de 14,0 à 14,5 MPa ; de 14,5 à 15,0 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool ou d’une amine respectivement, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur et à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur et à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus dans laquelle l’oxydant est choisi parmi : l’oxygène moléculaire (O2), l’air, une dione en particulier la 1,4-benzoquinone, la 1,4-dicloro-2-butène et CuCh.
Au sens de la présente invention l’air est défini comme un oxydant. L’air est une composition de gaz comprenant en fraction molaire environ 78 % de diazote (N2), 21 % de dioxygène O2 et environ moins de 1% d’autres gaz dont le dioxyde de carbone (CO2), du méthane (CH4)et des gaz rares dont l’argon, l’hélium, le néon, le krypton et le xénon. Le diazote étant un gaz inerte, on comprend que la réactivité oxydante de l’air est gouvernée par celle du dioxygène. Le dioxygène est appelé aussi oxygène moléculaire ou oxygène dans la présente invention.
Avantageusement, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci-dessus dans laquelle l’oxygène moléculaire (O2) ou l’air est utilisé comme oxydant.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’oxygène moléculaire ou d’air et d’un alcool ou d’une amine respectivement.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’oxygène moléculaire ou d’air et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’oxygène moléculaire ou d’air et d’un alcool ou d’une amine respectivement, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur et à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur Pd- X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’oxygène moléculaire ou d’air et d’un alcool ou d’une amine respectivement, en présence d’un promoteur et à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation d’un catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, de formule Pd-X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif, d’oxalates ou d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant, en particulier l’oxygène moléculaire ou l’air, et d’un alcool ou d’une amine respectivement, éventuellement en présence d’un promoteur et éventuellement à une pression de 0,1 à 15 MPa.
On entend par « oxalate » le dialkyloxalate correspondant à l’alcool utilisé.
On entend par « oxamide » le dérivé d’oxamide 1 ,T-oxalyl diamine correspondant à l’amine utilisée.
On comprend que le catalyseur Pd-X/CeO2 de l’invention est un catalyseur hétérogène. L’utilisation d’un catalyseur hétérogène a pour avantage de faciliter la séparation du catalyseur des autres espèces impliquées dans la réaction, permettant aisément de récupérer et de réutiliser le catalyseur.
L’utilisation d’un catalyseur hétérogène a aussi pour avantage de permettre de fixer, dans le réacteur, le catalyseur dans une enceinte telle qu’une cartouche lorsqu’on opère sous flux continu et ainsi d’obtenir des produits en sortie du réacteur exempt de catalyseur.
On entend par « aire de surface », la surface accessible aux gaz et aux liquides. Elle est notamment évaluée en m 2 /g avec des techniques connues telle que la méthode BET (Brunauer, Emmett et Teller).
On entend par « promoteur » ou « promoteur de réaction » une substance pouvant améliorer les propriétés d’un catalyseur telles que l’activité catalytique, la sélectivité, l’anti-toxicité, la stabilité, la durée de vie ou prévenir la désactivation du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, le promoteur est un sel introduit ou une espèce moléculaire introduite. On comprend que dans ce mode de réalisation particulier que le promoteur n’est pas lié ou compris dans le support.
Selon un mode de réalisation particulier, le promoteur est un oxydant. Le promoteur peut ainsi favoriser le procédé de carbonylation oxydative.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, la mise en œuvre du procédé comprenant au moins un additif.
On entend par « additif » une substance qui améliore le rendement de la réaction mais qui n’est pas indispensable à son déroulement.
Selon un mode de réalisation particulier, l’additif est une base.
L’expression « procédé de préparation sélectif » désigne un procédé permettant d’obtenir le produit visé, l’oxalate ou l’oxamide, avec une sélectivité de plus de 50%. L’utilisation selon l’invention peut permettre indépendamment la préparation d’oxalates ou d’oxamides.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant et d’un alcool.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant et d’une amine.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’un alcool.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant et d’une amine.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant et d’un alcool, en présence d’un promoteur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant et d’une amine, en présence d’un promoteur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant et d’un alcool, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’un oxydant et d’une amine, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Avantageusement, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci-dessus dans laquelle l’oxygène moléculaire (O2) ou l’air est utilisé comme oxydant.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air et d’un alcool.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air et d’une amine.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone, d’oxygène moléculaire ou d’air et d’un alcool.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone, d’oxygène moléculaire ou d’air et d’une amine.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air et d’un alcool, en présence d’un promoteur. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air et d’une amine, en présence d’un promoteur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxalates, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air et d’un alcool, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus d’un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans la mise en œuvre d’un procédé de préparation sélectif d’oxamides, à partir de monoxyde de carbone (CO), d’oxygène moléculaire (O2) ou d’air et d’une amine, à une pression de 0,1 à 15 MPa.
L’utilisation de l’invention est notamment caractérisée parle catalyseur utilisé.
Surface spécifique du catalyseur utilisé
La surface spécifique du catalyseur semble a priori être un des paramètres essentiels de l’utilisation selon l’invention.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur possède une aire de surface moyenne, analysée par BET, de 50 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g.
Le support utilisé du catalyseur
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle ledit support utilisé avant imprégnation du palladium possède une aire de surface comprise de 100 à 300 m 2 /g, notamment de 150 à 160 m 2 /g.
L’expression « de 100 à 300 m 2 /g » correspond aux gammes suivantes : de 100 à 125 m 2 /g ; de 125 à 150 m 2 /g ; de 150 à 175 m 2 /g ; de 175 à 200 m 2 /g ; de 200 à 225 m 2 /g ; de 225 à 250 m 2 /g ; de 250 à 275 m 2 /g ; de 275 à 300 m 2 /g.
On entend par « imprégnation du palladium », le dépôt des atomes de palladium à la surface du support. L’imprégnation peut être réalisée par la mise en contact d’une solution de sel de palladium et un support. On entend par « support utilisé », le support solide brut utilisé lors de l’étape d’imprégnation du palladium préalablement à l’étape de calcination.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle ledit support utilisé sans imprégnation du palladium, donc sans la présence de palladium, après calcination à une température de 800 à 900 °C pendant une durée de 2h à 5h possède une aire de surface comprise de 40 à 60 m 2 /g, notamment de 45 à 55 m 2 /g.
L’expression « de 40 à 60 m 2 /g » correspond aux gammes suivantes : de 40 à 45 m 2 /g ; de 45 à 50 m 2 /g ; de 50 à 55 m 2 /g ; de 55 à 60 m 2 /g.
On entend par « calcination » une opération consistant à chauffer le support solide à l’air ambiant dans une enceinte fermée à une température élevée de l’ordre de 400 à 1000°C afin de l’activer ou de modifier les caractéristiques physiques du support.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle ledit support utilisé possède une taille médiane (D50) de pores de 5 à 20 pm, notamment de 6 à 12 pm.
La taille médiane des pores peut être analysée par des méthodes connues telles que la granulométrie laser.
On entend par « de 5 à 20 pm », les gammes suivantes : de 5 à 10 pm; de 10 à 15 pm; de 15 à 20 pm.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle ledit support utilisé possède une perte au feu (PAF) inférieure à 8%.
Caractéristique des atomes de palladium
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprend des atomes de palladium à un degré d’oxydation +2.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur à une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2% ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
On entend par « de 0,1 à 10% », les gammes suivantes : de 0,1 à 0,5 %; de 0,5 à 1 %; de 1 à 2 %; de 2 à 3 %; de 3 à 4 %; de 4 à 5 %; de 5 à 6 %; de 6 à 7 %; de 7 à 8 %; de 8 à 9%; de 9 à 10%.
Présence de dopant
On entend par « dopant » un élément chimique du matériau catalyseur autre que le palladium et le dioxyde de cérium permettant d’améliorer les propriétés physiques et chimiques du catalyseur et permettant d’améliorer l’activité catalytique du catalyseur. L’élément dopant peut soit être en association avec les atomes de palladium et/ou en association avec le support en CeC>2.
De façon générale, lorsque le dopant est un métal de transition, il améliore les propriétés catalytiques du palladium. Lorsque le dopant est une espèce autre qu’un métal de transition, il modifie les propriétés de surface du support pouvant ainsi améliorer l’activité catalytique.
Selon un mode de réalisation particulier, le dopant est choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le dopant est Mn.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le dopant est un métal de transition ou un métal pauvre ou un lanthanide, notamment choisi parmi Mn, Fe, Zn, Y, Nd, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nd et Sm.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le dopant est un métal alcalino-terreux, notamment choisi parmi Mg, Ca, Ba et Sr.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur a une teneur en dopant comprise de 0,5 à 10%, notamment de 1%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
On entend par « de 0,5 à 10% », les gammes suivantes : de 0,5 à 1 %; de 1 à 2 %; de 2 à 3 %; de 3 à 4 %; de 4 à 5 %; de 5 à 6 %; de 6 à 7 %; de 7 à 8 %; de 8 à 9%; de 9 à 10%.
Selon un autre mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation selon l’invention définie ci-dessus, comprenant un dopant choisi parmi Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, notamment à une teneur comprise de 0,5 à 10%, de préférence de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Structure
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite de 1 à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier de 1 à 20 nanomètres, de préférence de 1 à 10 nanomètres.
La gamme « inférieure à 30 nanomètres » comprend les gammes suivantes : inférieure à 25 nm ; inférieure à 20 nm ; inférieure à 15 nm ; inférieure à 12 nm, inférieure à 10 nm ; inférieure à 9 nm ; inférieure à 8 nm ; inférieure à 7 nm ; inférieure à 6 nm ; inférieure à 5 nm ; inférieure à 4 nm ; inférieure à 3 nm ; inférieure à 2 nm ; inférieure à 1 nm.
La gamme « de 1 à 30 nanomètres » comprend les gammes suivantes : de 1 à 2 nm ; de 2 à 3 nm ; de 3 à 4 nm ; de 4 à 5 nm ; de 5 à 6 nm ; de 6 à 7 nm ; de 7 à 8 nm ; de 8 à 9 nm ; de 9 à 10 nm ; de 10 à 12 nm ; de 12 à 15 nm ; de 15 à 20 nm ; de 20 à 25 nm ; de 25 à 30 nm.
Le diagramme de diffraction par DRX du catalyseur présente une contribution majoritaire du support en dioxyde de cérium, la contribution des nanoparticules de palladium étant négligeable du fait de leur concentration et de leur taille.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur a un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %.
Morphologie
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm.
A titre d’exemple non limitatif, la morphologie et la taille moyenne peuvent être évaluées par microscopie électronique à balayage (MEB).
Nature de Pd en surface du catalyseur
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei-xO2, x variant de 0,01 à 1 .
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne l’utilisation telle que définie ci- dessus, dans laquelle le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres. et/ou dans laquelle le catalyseur a un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %, et/ou dans laquelle ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm, et/ou dans laquelle la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei-xO2, x variant de 0,01 à 1 .
Procédé
Un autre objet de la présente invention concerne le procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide.
L’invention concerne un procédé de préparation des oxalates et des oxamides combinant l’utilisation d’un catalyseur Pd-X avec une aire de surface, analysée par BET, de 50 à 250 m 2 /g, la présence d’un promoteur et la mise en œuvre à une pression de 0,1 à 15 MPa.
L’invention concerne un procédé de préparation des oxalates et des oxamides combinant l’utilisation d’un catalyseur Pd-X avec une aire de surface, analysée par BET, de 100 à 250 m 2 /g, la présence d’un promoteur et la mise en œuvre à une pression de 0,1 à 15 MPa.
L’invention concerne un procédé de préparation des oxalates et des oxamides combinant l’utilisation d’un catalyseur Pd-X avec une aire de surface, analysée par BET, de 100 à 200 m 2 /g, la présence d’un promoteur et la mise en œuvre à une pression de 0,1 à 15 MPa.
L’invention concerne le procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• un oxydant,
• un catalyseur de formule Pd-X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, comprenant des atomes Pd sur un support en CeC>2, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g,
• éventuellement un promoteur,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel éventuellement mis sous pression de 0,1 à 15 MPa,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
Avantageusement, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel l’oxygène moléculaire (O2) ou l’air est utilisé comme oxydant. L’invention concerne le procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant
-une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes Pd sur un support en CeC>2, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
L’invention concerne le procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant
-une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes Pd sur un support en CeC>2, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
L’invention concerne le procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant
-une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone, • de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes Pd sur un support en CeC>2,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- et éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
On entend par « milieu réactionnel », l’ensemble des espèces mises en association lors d’une réaction chimique. Il comprend notamment les réactifs sous forme liquide ou gazeux, le catalyseur, et éventuellement un solvant, des additifs ou des promoteurs.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel ledit milieu réactionnel est mis sous pression, de 0,1 à 15 MPa, en particulier à une pression de 0,1 à 10 MPa, de préférence à 8,0 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant
-une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel mis sous pression de 0,1 à 15 MPa ; en particulier à une pression de 0,1 à 10 MPa, de préférence à 8 MPa,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant
-une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air, • un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel mis sous pression de 0,1 à 15 MPa ; en particulier de 0,1 à 10 MPa, de préférence à 8 MPa ;
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant
-une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface comprise, analysée par BET, de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel mis sous pression de 0, 1 à 15 MPa ; en particulier de 0,1 à 10 MPa, de préférence à 8 MPa,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
On comprend que le milieu réactionnel est contenu dans un réacteur.
La mise sous pression du milieu réactionnel est effectuée dans un réacteur hermétiquement fermé et notamment scellé.
Selon un mode de réalisation particulier, le réacteur comprend le mélange réactionnel qui est purgé avec de l’azote et/ou du dioxygène avant l’introduction des réactifs gazeux (CO et O2). On entend par « mélange réactionnel » l’ensemble des espèces sous forme solide ou liquide du procédé, excluant les gaz. Ainsi le mélange réactionnel comprend, le substrat (alcool ou amine), le catalyseur, éventuellement une base, le promoteur et éventuellement un solvant mais ne comprend pas les réactifs sous forme de gaz tels que le monoxyde de carbone CO et le dioxygène O2. Selon un mode de réalisation particulier, le milieu réactionnel est mis sous pression par l’introduction des réactifs gazeux comprenant le CO et éventuellement O2.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeO2,
• éventuellement une base
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un composé oxamide comprenant :
- une étape A de mise en contact d’une amine, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2,
• éventuellement une base
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé tel que défini ci- dessus de préparation d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone, en particulier utilisé à raison de 0,5 à 8,0 MPa, notamment 6,5 MPa,
• de l’oxygène ou de l’air, en particulier de l’oxygène utilisé à raison de 0,5 à 2,5 MPa, notamment 1,5 MPa, • un promoteur, en particulier un composé iodé, notamment choisi parmi l’iodure de tétraméthylammonium, l’iodure de potassium ou l’iodure de sodium, de préférence l’iodure de tétraméthylammonium, préférentiellement à raison de 0,1 à 5% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine, notamment à raison de 0,2 % molaire,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes de Pd sur un support en CeC>2, de formule Pd-X/CeC>2 dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g, préférentiellement le palladium est à raison de 0,01 à 10% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine,
• éventuellement une base, en particulier la triéthylamine, de préférence utilisée à raison de 0,1 à 5% molaire par rapport à l’alcool ou l’amine, notamment à raison de 0,15% molaire,
• éventuellement un solvant, en particulier choisi parmi l’acétonitrile, le tétrahydrofurane, le dioxane, le toluène, préférentiellement l’acétonitrile, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate ou le composé oxamide.
Procédé de préparation des oxalates.
Etape de chauffage
Avantageusement le procédé de préparation des oxalates est réalisé avec une étape de chauffage.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool ou d’une amine, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate, dans lequel l’étape B de chauffage est effectuée à une température comprise de 25 à 200 °C, notamment de 60 à 110°C, de préférence d’environ 90 °C.
L’expression « de 25 à 200°C » correspond aux gammes : de 25 à 40°C ; de 40 à 60°C ; de 60 à 80°C ; de 80 à 100°C ; de 100 à 120°C ; de 120 à 140°C ; de 140 à 160°C ; de 160 à 180°C ; de 180 à 200°C.
L’expression « de 60 à 110°C » correspond aux gammes : de 60 à 70°C ; de 70 à 80°C ; de 80 à 90°C ; de 90 à 100°C ; de 100 à 110°C.
De façon avantageuse, le procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate est effectué à une température d’environ 90°C.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes de Pd sur un support en CeC>2, de formule Pd-X/CeC>2 dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g, préférentiellement le palladium est à raison de 0,01 à 10% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine,
• éventuellement une base,
• éventuellement un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, en particulier effectuée à une température comprise de 25 à 200 °C, notamment de 60 à 110°C, de préférence d’environ 90 °C, pour obtenir le composé oxalate.
Solvant
Le procédé selon l’invention de préparation des oxalates peut être réalisé avec ou sans solvant dans le milieu réactionnel.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, en présence d’un solvant. La présence de solvant dans le milieu réactionnel permet d’améliorer la réactivité du procédé selon l’invention.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
• un solvant,
• éventuellement une base pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• une base,
• un promoteur,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
• un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
• un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate.
Sans solvant
Avantageusement le procédé de préparation des oxalates peut être réalisé sans solvant.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne le procédé de préparation tel que défini ci-dessus, mis en œuvre en l’absence de solvant. L’alcool peut en effet avoir le rôle de solvant et de réactif.
Ceci permet de limiter les étapes de préparation et la présence de produits de dégradation à traiter et de limiter les étapes de traitement du solvant. L’alcool peut être facilement recyclé si besoin et une étape de séparation du solvant et de l’alcool n’est pas nécessaire.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2 et
• éventuellement une base pour obtenir un milieu réactionnel,
- et éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• une base,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2 pour obtenir un milieu réactionnel,
- et éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate comprenant une étape A de mise en contact d’un alcool, respectivement, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, pour obtenir un milieu réactionnel,
- et éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxalate.
L’alcool
À condition de pouvoir réagir avec le CO par carbonylation, le choix de l’alcool R-OH utilisé pour la préparation des oxalates n’est pas limité. De préférence un seul et même alcool est choisi dans une réaction, afin de préparer des oxalates présentant le même groupement R.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate de Formule 2, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’un alcool de Formule 1 :
Formule 1 Formule 2 dans lesquelles R a représente :
• un groupement alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié,
• un groupement cycloalkyle en C3 à C10,
• un groupement alkyl-aryle ou alkyl-hétéroaryle en C5 à C20, linéaire ou ramifié.
Au sens de la présente invention, on entend par « alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié » une chaîne carbonée acyclique, saturée, linéaire ou ramifiée, comprenant 1 à 20 atomes de carbone. Il s’agit des groupements méthyle, éthyle, propyle, butyle, pentyle, hexyle, heptyle, octyle, nonyle, décyle, undécyle, dodécyle, tridécyle, tétradécyle, pentadécyle, cétyle, heptadécyle, octadécyle, nonadécyle et eicosyle. La définition des alkyles inclut tous les isomères possibles. Par exemple, le terme butyle comprend n-butyle, iso-butyle, sec-butyle et ter-butyle. Un ou plusieurs atomes d’hydrogène peuvent être remplacés dans la chaîne alkyle. On entend par « cycloalkyle en C3 à C10 » : un groupe cyclopropyle en C3, un groupe cyclobutyle en C4, un groupe cyclopentyle en C5, un groupe cyclohexyle en Ce, un groupe cycloheptyle en C7, un groupe cyclooctyle en Cs, un groupe cyclononyle en Cg, ou un groupe cyclodécyle en C10, et les cycles de cycloalcanes fusionnés tels que l’adamantyle.
Le terme «alkyl-aryle en C5 à C20 » désigne un groupement constitué d’une chaine alkyle, linéaire ou ramifié liée à un groupe aromatique, le groupement alkyl-aryle comprenant 5 à 20 atomes de carbone. Les groupes aryles selon la présente invention peuvent également être substitués, notamment par un ou plusieurs substituants choisis parmi un groupe alkyle linéaire ou ramifié en Ci à C10.
Phényle, toluyle, anisyle et naphtyle o-tolyle, m-tolyle, p-tolyle, o-xylyle, m-xylyle, p-xylyle, sont des exemples de groupes aryles.
Le terme « hétéroaryle » désigne un groupe aryle tel que défini ci-dessus, comprenant des atomes autres que les atomes de carbone, en particulier N, O ou S au sein du cycle aromatique. Pyridyle, imidazoyle, furfuryle ou furanyle sont des exemples de groupes hétéroaryles selon la présente invention.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’un alcool choisi parmi le méthanol, l’éthanol et l’isopropanol.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate de Formule 2, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’un alcool de Formule 1 :
Formule 1 Formule 2 dans lesquelles R a représente :
• un groupement alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié,
• un groupement cycloalkyle en C3 à C10,
• un groupement alkyl-aryle ou alkyl-hétéroaryle en C5 à C20, en particulier l’alcool est choisi parmi le méthanol, l’éthanol et l’isopropanol.
Procédé de préparation des oxamides.
Le procédé selon l’invention de préparation des oxamides peut être réalisé avec ou sans une etape de chauffage du milieu réactionnel, de preference sans chauffage du milieu réactionnel. Etape de chauffage
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide comprenant une étape de chauffage du milieu réactionnel.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
■ du monoxyde de carbone,
■ de l’oxygène ou de l’air,
■ un promoteur,
■ un catalyseur Pd-X/CeC>2,
■ un solvant, et
■ éventuellement une base, pour obtenir un milieu réactionnel, et une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
■ du monoxyde de carbone,
■ de l’oxygène ou de l’air,
■ une base,
■ un promoteur,
■ un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
■ un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel, et une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
■ du monoxyde de carbone,
■ de l’oxygène ou de l’air,
■ un promoteur,
■ un catalyseur Pd-X/CeC>2, et ■ un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel, et une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation, le procédé tel que défini ci-dessus de préparation d’un composé oxamide, comprend une étape B de chauffage à une température de 25 à 200°C.
Procédé mise en œuvre à température ambiante
Avantageusement le procédé de préparation d’un composé oxamide peut être réalisé à température ambiante.
On entend par « température ambiante » une température de 20 à 25°C.
En conséquence une étape de chauffage du milieu réactionnel est facultative, ce qui représente un avantage industriel en termes de coût et de sécurité.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide préparé sans chauffer le milieu réactionnel.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé tel que défini ci- dessus de préparation d’un composé oxamide, dans lequel ledit milieu réactionnel est maintenu à une température ambiante de 20 à 25°C lors de la réaction.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé tel que défini ci- dessus de préparation d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
■ du monoxyde de carbone,
■ de l’oxygène ou de l’air,
■ un promoteur,
■ un catalyseur Pd-X/CeC>2,
■ un solvant, et
■ éventuellement une base, pour obtenir un milieu réactionnel comprenant le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé tel que défini ci- dessus de préparation d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
■ du monoxyde de carbone,
■ de l’oxygène ou de l’air,
■ une base,
■ d’un promoteur,
■ un catalyseur Pd-X/CeC>2, et Tl
■ un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel comprenant le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé tel que défini ci- dessus de préparation d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
■ du monoxyde de carbone,
■ de l’oxygène ou de l’air,
■ un promoteur,
■ un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
■ un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel comprenant le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine, avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, comprenant des atomes de Pd sur un support en CeC>2, de formule Pd-X/CeC>2 dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface comprise de 50 à 250 m 2 /g, préférentiellement à raison de 0,01 à 10% molaire par rapport à l’alcool ou à l’amine,
• un solvant,
• éventuellement une base, pour obtenir un milieu réactionnel comprenant le composé oxamide.
Procédé avec/sans base
Le procédé selon l’invention de préparation des oxamides peut être réalisé avec ou sans base ajoutée dans le milieu réactionnel.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, en présence d’une base.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec : du monoxyde de carbone, de l’oxygène ou de l’air, une base,
• un promoteur,
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
• un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxamide.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, sans base ajoutée dans le milieu réactionnel, l’amine ayant le rôle de réactif et de base.
L’absence de base dans le milieu réactionnel permet de limiter les réactifs à introduire dans le procédé, de limiter la formation de produits de dégradation et de limiter les étapes de séparation et de purification.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un composé oxamide comprenant une étape A de mise en contact d’une amine avec :
• du monoxyde de carbone,
• de l’oxygène ou de l’air,
• un promoteur, et
• un catalyseur Pd-X/CeC>2, et
• un solvant, pour obtenir un milieu réactionnel,
- éventuellement une étape B de chauffage dudit milieu réactionnel, pour obtenir le composé oxamide.
Les amines
À condition de pouvoir réagir avec le CO, le choix de l’amine utilisée pour la préparation des oxamides n’est pas limité. De préférence une seule et même amine est choisie, afin de préparer des oxamides symétriques.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide de Formule 4, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’une amine de Formule 3 :
Formule s Formule 4 dans lesquelles Rb et R c représentent indépendamment l’un de l’autre :
• un atome d’hydrogène,
• un groupement alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié,
• un groupement alkyl-aryle ou alkyl-hérétoaryle en C5 à C20, linéaire ou ramifié,
• un groupement cycloalkyle en C3 à C10, au moins un des groupements Rb ou R c étant différent de l’hydrogène,
Rb et R c pouvant former un cycle.
Selon un mode de réalisation particulier, les groupements Rb et R c forment un cycle.
Selon un mode de réalisation particulier, les groupements Rb et R c ne sont pas reliés et ne forment pas de cycle.
Selon un mode de réalisation particulier, les groupements Rb et R c sont différents.
Selon un mode de réalisation particulier, les groupements Rb et R c sont identiques.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’une amine choisie parmi la pipéridine, la pyrrolidine, la butylamine, la benzylamine, la furfurylamine et la cyclohexylamine.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide de Formule 4, dans lequel l’étape A comprend la mise en contact d’une amine de Formule 3 :
Formule s Formule 4 dans lesquelles Rb et R c représentent indépendamment l’un de l’autre :
• un atome d’hydrogène,
• un groupement alkyle en Ci à C20, linéaire ou ramifié,
• un groupement cycloalkyle en C3 à C10,
• un groupement alkyl-aryle ou alkyl-hétéroaryle en C5 à C20, au moins un des groupements Rb ou R c étant différent de l’hydrogène, Rb et R c pouvant former un cycle, en particulier l’amine est choisie parmi la pipéridine, la pyrrolidine, la butylamine, la benzylamine, la furfurylamine et la cyclohexylamine.
Caractéristiques communes du procédé de préparation des oxalates et des oxamides Structure du catalyseur
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite de 1 à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier de 1 à 20 nanomètres, de préférence de 1 à 10 nanomètres.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur a un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %.
Morphologie du catalyseur
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm.
Nature de Pd en surface du catalyseur
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei. x O2.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur a une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres et/ou dans lequel le catalyseur a un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %, et/ou dans lequel le catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm, et/ou dans lequel la surface du catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei-xO2, x variant de 0,01 à 1 .
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le support utilisé possède une aire de surface comprise de 100 à 300 m 2 /g, notamment de 150 à 160 m 2 /g.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2% ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur comprend en outre un dopant.
Selon un mode de réalisation particulier, le dopant est choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm.
Selon un mode de réalisation particulier, le dopant est Mn.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit catalyseur comprend une teneur en dopant variant de 0,5 à 10%, notamment de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel la base est la triéthylamine. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel, le promoteur est un composé iodé, notamment un sel.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel, le promoteur est l’iodure de tétrabutylammonium, l’iodure de potassium ou l’iodure de sodium, préférentiellement l’iodure de tétrabutylammonium.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, ledit procédé étant mis en œuvre en absence de solvant.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le solvant est l’acétonitrile, tétrahydrofurane, dioxane, toluène préférentiellement l’acétonitrile.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel l’oxygène est utilisé à raison de 0,5 à 2,5 MPa (5 à 25 bars), notamment à 1 ,5 MPa (15 bars).
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le monoxyde de carbone est utilisé à raison de 0,5 à 8,0 MPa (50 à 80 bars), notamment à 6,5 MPa (65 bars).
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel : l’oxygène est utilisé à raison de 0,5 à 2,5 MPa (5 à 25 bars), notamment à 1 ,5 MPa (15 bars), et le monoxyde de carbone est utilisé à raison de 0,5 à 8,0 MPa (50 à 80 bars), notamment à 6,5 MPa (65 bars).
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, dans lequel le milieu réactionnel est mis sous pression uniquement par CO et O2. On comprend que la pression dans le réacteur est celle provenant des réactifs gazeux CO et O2. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le ratio de pression monoxyde de carbone / oxygène utilisé est compris de 3 à 10, notamment d’environ 4.
L’expression « de 3 à 10 » correspond aux gammes : de 3 à 4 ; de 4 à 5 ; de 5 à 6 ; de 6 à 7 ; de 7 à 8 ; de 8 à 9 ; de 9 à 10.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel la base est utilisée à raison de 0,1 à 5% molaire par rapport à l’alcool ou l’amine, notamment à raison de 0,15 % molaire.
L’expression « de 0,1 à 5%» correspond aux gammes : de 0,1 à 0,15% ; de 0,15 à 0,2 ; de 0,2 à 0,3 % ; de 0,3 à 0,4% ; de 0,4 à 0,5 ; de 0,5 à 1% ; de 1 à 2% ; de 2 à 3% ; de 3 à 4% ; de 4 à 5%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le promoteur est utilisé à raison de 0,1 à 5% molaire par rapport à l’alcool ou l’amine, notamment à raison de 0,2 %molaire.
L’expression « de 0,1 à 5%» correspond aux gammes : de 0,1 à 0,15% ; de 0,15 à 0,2% ; de 0,2 à 0,3 % ; de 0,3 à 0,4% ; de 0,4 à 0,5% ; de 0,5 à 1% ; de 1 à 2% ; de 2 à 3% ; de 3 à 4% ; de 4 à 5%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur est utilisé à raison de 0,01 à 10 % molaire par rapport à l’alcool ou l’amine, notamment à raison de 0,15 %molaire.
L’expression « de 0,01 à 10 %» correspond aux gammes : de 0,01 à 0,05% ; de 0,05 à 0,1 % ; de 0,1 à 0,15 % ; de 0,15 à 0,2 % ; de 0,2 à 0,5% ; de 0,5 à 1% ; de 1 à 2% ; de 2 à 3% ; de 3 à 4%; de 4 à 5% ; de 5 à 6% ; de 6 à 7% ; de 7 à 8% ; de 8 à 9% ; de 9 à 10%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, dans lequel le milieu réactionnel est porté à une température comprise de 25 à 200 °C, en particulier de 60 à 110°C, notamment d’environ 90 °C, dans le cas de la préparation d’oxalates, et à température ambiante dans le cas de la préparation d’oxamides, en particulier pendant une durée de 2 à 72 heures, en particulier pendant 16 heures. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le procédé comprend en outre, après l’étape A de mise en contact, une étape successive C de filtration du milieu réactionnel pour obtenir un catalyseur récupéré et un filtrat dépourvu de catalyseur. Avantageusement, le catalyseur récupéré après le procédé de l’invention n’est pas dégradé et est stable, et il peut être réutilisé dans un autre processus de réaction catalytique. Ainsi il est possible de réitérer le procédé selon l’invention avec le même catalyseur récupéré.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur est stable en fin de réaction et peut être réutilisé dans un autre procédé de réaction catalytique.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel le catalyseur utilisé dans l’étape A de mise en contact, est un catalyseur récupéré à l’issue de l’étape successive C de filtration.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, dans lequel le procédé est effectué en flux continu, le catalyseur étant un catalyseur hétérogène Pd-X/CeC>2 selon l’invention.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’oxalates ou d’oxamides tel que défini ci-dessus, réalisé en flux continu,
-dans lequel le catalyseur est un catalyseur hétérogène Pd-X/CeC>2 selon l’invention introduit dans une colonne ou une cartouche,
-ou dans lequel le catalyseur est en suspension dans le mélange réactionnel.
À titre d’exemple non limitatif, le procédé en flux continu est réalisé dans un réacteur de type :
- un réacteur à cuve agitée en continu (CSTR),
- un réacteur à écoulement ou un réacteur tubulaire,
-un réacteur à lit fixe ou garni.
À titre non limitatif, le procédé selon l’invention peut être mis en oeuvre dans un appareil de chimie en flux, par exemple dans les réacteurs commerciaux tels que « H-Cube Pro® » ou « Phoenix® » de la société ThalesNano INC. (7 Zahony Street, Graphisoft Park, Building D, H-1031 Budapest, Hongrie) ou tels que les réacteurs « E-Series » ou « R-Series flow chemistry systems » de la société Vapourtec Ltd (Unit 21/Park Farm Business Centre/Fornham Pk, Bury Saint Edmunds IP28 6TS, Royaume-Uni).
Avantageusement le procédé en flux continu est réalisé à une température de 25°C à 200°C. Avantageusement, le procédé en flux continu est réalisé à une pression de 0,1 MPa à 15 MPa, en particulier de 0,1 à 4 MPa L’expression de « 0, 1 à 4 MPa » correspond aux gammes suivantes : de 0,1 à 0,5 MPa ; de 0,5 à 1 ,0 MPa ; de 1 ,0 à 1 ,5 MPa ; de 1 ,5 à 2,0 MPa ; de 2,0 à 2,5 MPa ; de 2,5 à 3,0 MPa ; de 3,0 à 3,5 MPa ; de 3,5 à 4,0 MPa.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé en flux continu est réalisé dans un réacteur dans lequel les gaz représentent 10 à 90% du volume du réacteur.
L’expression de « 10 à 90% » correspond aux gammes suivantes : de 10 à 20% ; de 20 à 30% ; de 30 à 40% ; de 40 à 50% ; de 50 à 60% ; de 60 à 70% ; de 70 à 80% ; de 80 à 90%. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé en flux continu est réalisé par des moyens permettant un temps de contact entre les réactifs de 1 seconde à 2 heures, en particulier de 1 seconde à 2 minutes.
L’expression de « 1 seconde à 2 heures » correspond aux gammes : de 1 à 15 secondes ; de 15 à 30 secondes ; de 30 secondes à 1 minute ; de 1 à 2 minutes ; de 2 à 15 minutes ; de 15 à 30 minutes ; de 30 minutes à 1 heure ; de 1 à 2 heures.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé en flux continu comprend des moyens permettant d’introduire dans le réacteur le flux de CO en contact avec le substrat (l’alcool ou l’amine) et le flux d’oxygène ou d’air de façon individuelle ou en mélange.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, comprenant additionnellement une étape de purification, dans laquelle le produit oxalate, ou le produit oxamide, est isolé des produits carbonate ou de produits urée respectivement, dans un ratio oxalate/carbonate supérieur à 98%, ou dans un ratio oxamide/urée supérieur à 98%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, dans lequel le produit oxalate, est isolé de produits carbonate, le ratio oxalate/carbonate étant supérieur à 98%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, dans lequel le produit oxamide, est isolé de produits urée, le ratio oxamide/urée étant supérieur à 98%.
À titre d’exemples non limitatifs, le produit oxalate ou le produit oxamide peut être isolé par distillation ou par extraction et recristallisation dans l’étape de purification.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate ou d’un composé oxamide, dans lequel la sélectivité vers le produit oxalate, ou le produit oxamide, est supérieure à 80 %, en particulier supérieure à 85%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxalate dans lequel la sélectivité vers le produit oxalate, est supérieure à 80 %, en particulier d’environ 85%. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus, d’un composé oxamide, dans lequel la sélectivité vers le produit oxamide, est supérieure à 95 %, en particulier d’environ 99%.
Le procédé selon l’invention d’un composé oxalate présente par exemple une sélectivité d’environ 85%.
Le procédé selon l’invention d’un composé oxamide présente une sélectivité d’environ 99%. Les rendements du procédé de préparation d’oxalates ou d’oxamides selon l’invention peuvent être décrits en termes de « Nombre de Cycles Catalytique (NCC) »
Notamment l’activité catalytique dans des conditions de température, pression et concentrations des solutés et de temps donnés du procédé de préparation d’oxalates ou d’oxamides selon l’invention peut être décrite en termes de NCC.
Le « Nombre de Cycles Catalytique (NCC) » est défini comme le rapport entre le nombre de moles de produit formé (n prO d) et le nombre de moles de palladium du catalyseur (n ca t) :
[Math 1]
A la différence du « Turnover Number (TON) » qui représente le maximum de cycles catalytiques qu’un catalyseur peut atteindre avant sa dégradation totale et irréversible, le Nombre de Cycles Catalytique représente un nombre total de cycles catalytiques réalisés par le catalyseur dans des conditions données de réaction. En fin de réaction, le catalyseur utilisé ne serait pas forcément dégradé et pourrait donc être réutilisé. Ainsi le NCC n’est pas une mesure de la durée de vie d’un catalyseur, mais permet de mesurer la productivité du catalyseur sous des conditions données de la réaction catalysée.
Catalyseur
Un autre objet de la présente invention est un catalyseur Pd-X/CeO2, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium,
-dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 250 m 2 /g, de préférence de 100 à 200 m 2 /g.
-et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, -dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g,
-et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, dans lequel le catalyseur possède une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, dans lequel le catalyseur possède une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite de 1 à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier de 1 à 20 nanomètres, de préférence de 1 à 10 nanomètres
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium,
-dans lequel le catalyseur possède :
- une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g,
- et/ou une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres,
-et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
La structure cristalline du catalyseur peut être analysée par diffraction des RX sur poudre. L’analyse de la structure est réalisée par l’attribution des pics de diffraction présents dans le diagramme de diffraction obtenu en comparaison avec des fichiers de type JCPDS. La structure fluorine de l’oxyde de cérium est indiqué dans le fichier JCPDS 34-0394.
La taille des cristallites a été évaluée selon la formule de Scherrer suivante : k. t = taille des cristallites
H. cos 0 k = facteur de correction = 0,89
X = longueur d’onde de la source H = longueur à mi-hauteur du pic 0 = angle de diffraction
La gamme « inférieure à 30 nanomètres » comprend les gammes suivantes : inférieure à 25 nm ; inférieure à 20 nm ; inférieure à 15 nm ; inférieure à 12 nm, inférieure à 10 nm ; inférieure à 9 nm ; inférieure à 8 nm ; inférieure à 7 nm ; inférieure à 6 nm ; inférieure à 5 nm ; inférieure à 4 nm ; inférieure à 3 nm ; inférieure à 2 nm ; inférieure à 1 nm.
La gamme « inférieure à 10 nanomètres comprend les gammes de 1 à 5 nm ; de 5 à 10 nm.
La gamme « de 1 à 30 nanomètres » comprend les gammes suivantes : de 1 à 2 nm ; de 2 à 3 nm ; de 3 à 4 nm ; de 4 à 5 nm ; de 5 à 6 nm ; de 6 à 7 nm ; de 7 à 8 nm ; de 8 à 9 nm ; de 9 à 10 nm ; de 10 à 12 nm ; de 12 à 15 nm ; de 15 à 20 nm ; de 20 à 25 nm ; de 25 à 30 nm.
Les catalyseurs de l’invention présentent une structure de type fluorine de l’oxyde de cérium identique à celle du support d’oxyde de cérium utilisé lors de sa préparation.
Les catalyseurs de l’invention présentent l’avantage d’une faible cristallinité indiquée par une faible taille des cristallites, notamment de 1 à 10 nanomètres.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, dans lequel le catalyseur possède un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium,
-dans lequel le catalyseur possède :
- une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g,
- et /ou un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %.
La gamme « de 0 à 50% » comprend les gammes suivantes : de 0 à 10% ; de 10 à 20% ; de 20 à 30% ; de 30 à 40% ; de 40 à 50%. Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium,
-dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g,
- dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur, et ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm.
Avantageusement les catalyseurs selon l’invention se présentent sous forme d’une population de particules de taille moyenne micrométrique, permettant une manipulation plus aisée et s’affranchissant des conditions de sécurité qui concernent les particules nanométriques.
On entend par « taille moyenne micrométrique », une taille moyenne de 1 à 1000 pm.
La gamme de 1 à 100 pm, comprend les gammes de : 1 à 10 pm, de 10 à 50 pm ; de 50 à 75 pm ; de 75 à 100 pm.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeO2 tel que défini ci-dessus, dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei. x O2, x variant de 0,01 à 1 .
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium,
-dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g,
- dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur,
- et dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei. x O2 x variant de 0,01 à 1. Les espèces en surface, notamment la nature des liaisons avec les atomes de palladium, et la surface du catalyseur selon l’invention peuvent être analysées par des techniques spectroscopiques telles que la spectrométrie XPS.
Les Inventeurs ont de façon surprenante constaté que les atomes de palladium en surface sont sous forme de palladium de degré d’oxydation (II), de 90 à 100%, notamment sous forme Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei. x O2 et en conséquence l’absence de palladium métallique à un degré d’oxydation Pd(0). Bien que présentant des Pd(ll), les catalyseurs selon l’invention sont opérants en tant que catalyseurs pour la préparation des oxalates ou oxamides par carbonylation à partir de monoxyde de carbone, d’un oxydant, d’un alcool ou d’une amine respectivement. Les Pd(ll) lors de la réaction sont réduits en Pd(0) pour former les sites actifs catalytiques (ACS Omega 2018, 3, 11097-11103).
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeO2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g, dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur, dans lequel le catalyseur possède une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nm et/ou un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %. et/ou dans lequel ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm et/ou dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei. x O2, x variant de 0,01 à 1 .
Support utilisé pour la préparation du catalyseur
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeO2 tel que défini ci-dessus, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, -dans lequel le support utilisé pour la préparation du catalyseur possède une aire de surface comprise de 100 à 300 m 2 /g, notamment de 150 à 160 m 2 /g ou de 270 à 280 m 2 /g,
-et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur défini ci-dessus, dans lequel le support utilisé pour la préparation du catalyseur possède, après calcination à une température allant de 800 à 900 °C pendant une durée de 2h à 5h, une aire de surface comprise de 40 à 60 m 2 /g, notamment de 45 à 55 m 2 /g.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur tel que défini ci- dessus, dans laquelle ledit support utilisé pour la préparation du catalyseur possède une taille médiane (D50) de pores de 5 à 20 pm, notamment de 6 à 12 pm.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur tel que défini ci- dessus, dans lequel ledit support utilisé pour la préparation du catalyseur possède une perte au feu (PAF) inférieure à 8%.
Les supports utilisés pour la préparation du catalyseur peuvent notamment être les produits commercialisés par Solvay tels que les produits HSA 85 et HSA 20SP.
Dopant
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, ledit catalyseur comprenant en outre un dopant.
Selon un mode de réalisation particulier, le dopant est choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm.
Selon un mode de réalisation particulier, le dopant est Mn.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur Pd-X/CeC>2 tel que défini ci-dessus, ledit catalyseur comprenant une teneur en dopant comprise de 0,5 à 10%, notamment de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, de formule Pd- X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant,
- dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 50 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g,
- et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur,
- éventuellement le dopant étant choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, de préférence le dopant étant Mn, en particulier ledit catalyseur comprenant une teneur en dopant comprise de 0,5 à 10%, notamment de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, de formule Pd- X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant,
- dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, notamment de 100 à 200 m 2 /g,
- et dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur,
- éventuellement le dopant étant choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, de préférence le dopant étant Mn, en particulier ledit catalyseur comprenant une teneur en dopant comprise de 0,5 à 10%, notamment de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un catalyseur palladium/dioxyde de cérium, comprenant du palladium sur un support en dioxyde de cérium, de formule Pd- X/CeC>2, dans laquelle X représente l’ensemble vide ou un élément dopant, dans lequel le catalyseur possède une aire de surface, analysée par BET, comprise de 100 à 250 m 2 /g, en particulier de 100 à 200 m 2 /g, dans lequel le catalyseur a une teneur en palladium comprise de 0,1 à 10%, notamment de 2%, ou de 5%, en poids par rapport au poids total du catalyseur, dans lequel le catalyseur possède une structure de type fluorine par DRX et une taille de cristallite inférieure à 30 nanomètres selon la formule de Scherrer, en particulier inférieure à 20 nanomètres, de préférence inférieure à 10 nanomètres, et/ou un taux de cristallinité de 0 à 50%, de préférence de 0 à 20 %, et/ou dans lequel ledit catalyseur se présente sous forme de particules de taille moyenne micrométrique, en particulier de 1 à 100 pm, et/ou dans lequel la surface dudit catalyseur, analysée par XPS, comprend de 90 à 100%, de palladium au degré d’oxydation (II), en particulier sous forme de Pd-0 ou une solution solide Pd x Cei-xO2, x variant de 0,01 à 1 , éventuellement le dopant étant choisi parmi le groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, de préférence le dopant étant Mn, en particulier ledit catalyseur comprenant une teneur en dopant comprise de 0,5 à 10%, notamment de 1 %, en poids par rapport au poids total du catalyseur. Procédé de préparation du catalyseur
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de préparation d’un catalyseur Pd- X/CeC>2, comprenant du palladium sur un support en CeC>2, tel que défini ci-dessus, dans lequel le procédé comprend :
• une étape D d’imprégnation d’un sel de palladium, en particulier du nitrate de palladium, sur un support en dioxyde de cérium, pour obtenir un matériau homogène,
• une étape E de séchage du matériau,
• une étape F d’activation du palladium, pour obtenir ledit catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape D comprend l’utilisation d’un support possédant une aire de surface comprise de 100 à 300 m 2 /g, notamment de 150 à 160 m 2 /g ou de 270 à 280 m 2 /g.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape D comprend l’utilisation d’une concentration en sel de palladium calculé pour obtenir une teneur de palladium de 0,1 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape D comprend l’utilisation d’une concentration en sel de palladium, notamment de nitrate de palladium, à une quantité de 25 à 3000 mg pour 10 g de support CeC>2 pour obtenir une teneur de palladium de 0,1 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape D comprend :
- l’utilisation d’un support possédant une aire de surface comprise de 100 à 300 m 2 /g, notamment de 150 à 160 m 2 /g ou de 270 à 280 m 2 /g,
- et l’utilisation d’une concentration en sel de palladium calculé pour obtenir une teneur de palladium de 0,1 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape D comprend en outre au moins un autre sel choisi parmi les précurseurs des dopants du groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm.
Selon un mode de réalisation particulier, le sel est un sel de manganèse. Selon un mode de réalisation particulier, la concentration en sel de dopant est calculée pour obtenir une teneur de dopant de 0,5 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape E comprend un séchage à une température de 60°C à 100°C, notamment 80°C, de préférence pendant une durée de 10 à 24 heures, notamment 16 heures.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation tel que défini ci-dessus d’un catalyseur Pd-X/CeC>2, dans lequel l’étape F comprend une calcination à une température de 200 à 1000°C, notamment 600°C, de préférence pendant une durée de 1 à 15 heures, notamment 2 heures.
L’expression « de 200 à 1000°C » correspond aux gammes : de 200 à 300°C ; de 300 à 400°C ; de 400 à 500°C ; de 500 à 600°C ; de 600 à 700°C ; de 700 à 800°C ; de 800 à 900°C ; de 900 à 1000°C.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un catalyseur Pd-X/CeC>2 selon l’invention tel que défini ci-dessus, dans lequel le procédé comprend :
• une étape D d’imprégnation d’un sel de palladium, en particulier du nitrate de palladium, sur un support en dioxyde de cérium, pour obtenir un matériau homogène, en particulier ladite étape D comprend :
- l’utilisation d’un support possédant une aire de surface comprise de 100 à 300 m 2 /g, notamment de 150 à 160 m 2 /g ou de 270 à 280 m 2 /g,
- et l’utilisation une concentration en sel de palladium calculé pour obtenir une teneur de palladium de 0,1 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur,
- éventuellement l’utilisation d’un autre sel choisi parmi les précurseurs des dopants du groupe d’éléments suivants : Mn, Mg, Ca, Fe, Ba, Sr, Y, Nb, Zn, Bi, Sn, La, Pr, Nb et Sm, en particulier le sel de manganèse, la concentration en sel de dopant est calculée pour obtenir une teneur de dopant de 0,5 à 10%, en poids par rapport au poids total du catalyseur,
• une étape E de séchage du matériau, en particulier à une température de 60 à 100°C, notamment 80°C, de préférence pendant une durée de 10 à 24 heures, notamment 16 heures,
• une étape F d’activation du palladium, en particulier comprenant une calcination à une température de 200 à 1000°C, notamment 600°C, de préférence pendant une durée de 1 à 15 heures, notamment 2 heures, pour obtenir ledit catalyseur. Les exemples et figures suivants illustrent l’invention, sans en limiter la portée.
FIGURES
La figure 1 présente les diffractogrammes obtenus de 10 à 90 degré en 20, la figure 1a) est un diffractogramme RX du support en oxyde de cérium HSA 20SP, la figure 1b) est un diffractogramme du catalyseur Pd(2%)/CeO2 (HSA 20 SP), la figure 1c) est un diffractogramme du catalyseur Pd(2%)-Mn(1%) /CeO 2 (HSA 20 SP).
La figure 2 présente des images MEB du catalyseur Pd(2%)/CeC>2 (HSA 85 SP).
La figure 3 présente des images MEB du catalyseur Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP).
La figure 4 présente des images MEB du catalyseur Pd(2%)-Mn(1 %) /CeO 2 (HSA 20 SP).
La figure 5 présente les spectres du catalyseurs Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP) aux énergies de liaison correspondant à Pd 3d (figure 5a), Ce 3d (figure 5b) et O 1s (figure 5c).
La figure 6 présente le spectre du catalyseurs Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP) aux énergies de liaison correspondant à Pd 3d et l’attribution des liaisons correspondants aux pics.
La figure 7 présente les spectres du catalyseurs Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP) aux énergies de liaison correspondant à Pd 3d à deux différents temps de pose.
La figure 8 présente les spectres du catalyseurs Pd(2%)-Mn(1 %) /CeO 2 (HSA 20 SP) aux énergies de liaison correspondant à Pd 3d (figure 8a) , à Mn 2p 3 (figure 8b), Ce 3d (figure 8c) et O 1s (figure 8d).
EXEMPLES
Exemple 1 -Matériaux et méthodes
Les deux supports utilisés en CeO 2 , de dénomination commerciale « HSA 85 » et « HSA 20 SP » respectivement, proviennent de chez Solvay.
« HSA 85 » possède une aire de surface spécifique de 273 m 2 /g, une aire de surface après calcination à 800°C pendant 2 heures de 55,0 m 2 /g, une taille médiane des pores D(50) de 6,7 pm et une perte au feu (PAF) inférieure à 7,9 %.
« HSA 20SP » possède une aire de surface spécifique de 159 m 2 /g, une aire de surface après calcination à 900°C pendant 5 heures de 45,9 m 2 /g, une taille médiane des pores D(50) de 12 pm et une perte au feu (PAF) inférieure à 3%.
Le support a-ALOs a été fourni par Sigma Aldrich. Les supports Y-AI2O3, ZrC>2 et le catalyseur Pd/C ont été fournis par Strem Chemicals (15 Rue de l' Atome, 67800 Bischheim).
Le nitrate de palladium (Pd(NOs)2.xH2O) et les autres sels de métaux (dopants) tels que Mn(OAc)2, Ca(NC>3)2.3H2O, Fe(NC>3)3.9H2O, Mg(NC>3)3.6H2O ont été fournis par Fischer. L’autoclave est fourni par la société Parr Instrument Compagny.
Exemple 2 - Procédure générale pour la préparation de catalyseurs hétérogènes Pd/CeC>2
Le sel de palladium, Pd(NC>3)2.xH2O (concentration correspondante en teneur de Pd en poids par rapport au poids total du catalyseur) a été dissous dans un volume minimum d’eau déminéralisée, formant une solution. Cette solution a été ajoutée à la quantité appropriée de support de dioxyde de cérium (HSA 85 ou HSA 20 SP) avec un rapport masse de la solution / masse de support entre 0,6 et 1 , et la pâte obtenue de CeC>2 a été mélangée à température ambiante jusqu’à l’obtention d’un matériau homogène. Le matériau a été ensuite séché à 80°C pendant 16h, puis a été ensuite calciné à 600°C pendant 2 heures pour obtenir le catalyseur.
Exemple 3 - Préparation des catalyseurs hétérogènes Pd/CeC>2 et analyse de surface
Le tableau 1 ci-dessous reporte les conditions de préparation des catalyseurs Pd/CeC>2 selon l’exemple 2.
Tableau 1 : Catalyseurs Pd/CeC>2 préparés
Le tableau 2 reporte les résultats d’analyse de l’aire de surface spécifique des catalyseurs préparés par la méthode BET.
Tableau 2 : Aire de surface des catalyseurs Pd/CeC>2 préparés
Exemple 4 - Procédure générale pour la préparation de catalyseurs hétérogènes Pd-M/CeC>2
Pd(NOs)2.xH2O et le sel de métal (dopant correspondant) ont été dissous dans un volume minimum d’eau déminéralisée, formant une solution. Cette solution contenant les précurseurs métalliques a été ajoutée à la quantité appropriée de support de dioxyde de cérium (HSA 85 ou HSA 20 SP) et la pâte obtenue de CeC>2 a été mélangée à température ambiante jusqu’à l’obtention d’un matériau homogène. Le matériau a été ensuite séché à 80°C pendant 16h, puis a été ensuite calciné à 600°C pendant 2 heures pour obtenir le catalyseur.
Exemple 5 - Préparation de catalyseurs hétérogènes dopés Pd-X/CeC>2 et analyse Le tableau 3 ci-dessous reporte les conditions de préparation des catalyseurs Pd/CeC>2 préparés selon l’exemple 4.
Tableau 3 : Catalyseurs dopés Pd-X/CeC>2 préparés Le tableau 4 reporte les résultats d’analyse de l’aire de surface d’un catalyseur dopé Pd-X, selon la méthode BET.
Tableau 4 : Aire de surface du catalyseur Pd-Mn/CeC>2 préparés
Exemple 6 - Préparation de catalyseurs hétérogènes Pd sur d’autres supports
Catalyseurs Pd/ Y-AI2O3 et Pd/ZrO2
Le sel de palladium, Pd(NOs)2.xH2O (concentration correspondante en teneur de Pd en poids par rapport au poids total du catalyseur) a été dissous dans un volume minimum d’eau déminéralisée, formant une solution. La solution a été ajoutée à la quantité appropriée de support d’oxyde (Y-AI2O3 ou ZrC>2) ; la pâte obtenue a été mélangée à température ambiante jusqu’à l’obtention d’un mélange homogène. Le matériau a été ensuite séché à 80°C pendant 16h. Le catalyseur a été ensuite calciné à 600°C pendant 2 heures.
Le tableau 5 ci-dessous reporte les conditions de préparation des catalyseurs Pd/ Y-AI2O3 et Pd/ ZrO 2 .
Catalyseurs Pd/ C : Le catalyseur Pd(10%)/C est fourni par Strem.
Catalyseurs PdCh/ CeC>2 : Le catalyseur PdCl2(3%) / CeC>2 est préparé selon l’article Gaffney ét al. (Journal of Catalysis, 1984, 90, 261-269).
Catalyseurs Pd -Ce / a-AfeOs : Le catalyseur Pd (1%) - Ce (0,8%) / a-AfeOs est préparé selon l’article Appl. Cat.A, 2005, 284(1-2), 253-257.
Catalyseurs Pd / CeC>2 - a-AfeOs : Le catalyseur Pd / CeC>2 - a-AfeOs est préparé selon l’article RSC Adv., 2014, 4, 48901-48904.
Exemple 7 - Procédure Générale de catalyse hétérogène de carbonylation oxydative du méthanol en oxalates. Dans un autoclave Parr de 450 mL, équipée d’un agitateur magnétique, ont été introduits un catalyseur hétérogène à base de palladium (0,7 mmol ou 0.24 mmol Pd), de l’iodure de tétrabutylammonium TBAI (554 mg, 1.5 mmol) comme promoteur, de la tri-éthylamine Et 3 N (0.14 mL, 1.0 mmol), de l’acétonitrile (50 mL) et du méthanol (25 mL). Le réacteur est scellé, et le mélange réactionnel est purgé trois fois avec de l’azote (5 bars), et deux fois avec de l’oxygène (5 bars).
L’autoclave a été ensuite pressurisé avec 15 bars d’oxygène et 65 bars additionnels de monoxyde de carbone (pression totale de 80 bars). Le milieu réactionnel a été ensuite porté sous agitation à 90°C pendant 16h ou 60 h.
Une fois la réaction terminée, l’autoclave a été ramené à température ambiante avant d’être dépressurisé et purgé trois fois avec de l’azote (5 bars).
Le mélange final obtenu a été ensuite filtré, et transféré dans un ballon de 250 mL.
Le solvant de réaction ainsi que l’excès d’alcool ont été séparés par évaporation sur un évaporateur rotatif.
Le diméthyloxalate a été récupéré après purification par recristallisation dans le di-éthyléther et les rendements isolés ont été calculés.
Pour les réactions avec les alcools, les résultats sont décrits en NCC plutôt qu’en rendement en pourcentage en raison de l’utilisation en excès du substrat, l’alcool (ou également de l’absence de solvant, dans ce cas substrat = solvant).
Le NCC est calculé comme suit :
NCC = nombre de moles du produit formé / nombre de moles de Pd
Example 8 : Réaction avec 0,7 mmol de catalyseur
Le tableau 6 ci-dessous reporte les conditions de préparations du diméthyloxalate avec des catalyseurs Pd/CeC>2 et Pd sur d’autres supports (à titre comparatif) et les résultats de rendement obtenus en termes de masse isolée et de NCC.
Tableau 6 : Conditions de préparation du diméthyloxalate avec les catalyseurs hétérogènes au palladium à une teneur de 0,7 mmol et les résultats obtenus.
Réalisés dans les mêmes conditions, les résultats de M1 , M2 et M3 avec les catalyseurs de l’invention montrent un rendement en masse de produit isolé et un NCC plus importants que ceux des essais avec les catalyseurs sur différents supports de l’art antérieur (M4, M5 et M6). Le rendement des catalyseurs selon l’invention est supérieur à 6 g. Notamment M1 , montre qu’une préparation avec un catalyseur avec une teneur de 2% en Pd sur le support HSA 20 SP donne un rendement supérieur avec des catalyseurs de 5% en Pd.
Ainsi dans les mêmes conditions opératoires, les résultats des catalyseurs Pd/CeC>2 de l’invention sont supérieurs à ceux de l’art antérieur.
De plus dans cette gamme de 100 à 250 m 2 /g, il est de façon inattendue constaté que les catalyseurs présentent substantiellement des activités équivalentes comme le démontrent les essais du tableau 6. En effet la comparaison des essais M2 et M3 montre que le catalyseur Pd(5%)/HSA 85 (186 m 2 /g) et le catalyseur Pd(5%)/HSA 20 SP ( 142 m 2 /g), c’est-à-dire avec une différence d’environ 44 m 2 /g, présentent un rendement quasi identique avec respectivement un NCC de 80 et 77.
Exemple 9 : Catalyseur à 0,24 mmol
Le tableau 7 ci-dessous reporte les conditions de préparations du diméthyloxalate avec des catalyseurs Pd/CeC>2 à une teneur de 0,24 mmol et des catalyseurs Pd sur d’autres supports (à titre comparatif) et les résultats de rendement obtenus en termes de masse de produit et de NCC.
Tableau 7 : Conditions de préparation du diméthyloxalate avec les catalyseurs hétérogènes au palladium à une teneur de 0,24 mmol et résultats obtenus. À teneur similaire en Pd de 2%, les résultats de M8 avec un catalyseur selon l’invention sont supérieurs aux résultats de catalyseurs Pd sur différents supports d’oxyde (M11 , M12 et M13). Les résultats de M7, M8, M9 et M10 sur les catalyseurs Pd/CeC>2 semblent indiquer qu’une optimisation par la teneur en Pd est possible.
Les essais M8 et M14 indiquent que le catalyseur de l’invention Pd/CeC>2 peut être plus performant qu’un catalyseur Pd sur support en carbone commercial.
ExemplelO : Réaction avec catalyseur de l’art antérieur
Le tableau 8 ci-dessous reporte les conditions de préparations avec des catalyseurs Pd de l’art antérieur (à titre comparatif) selon l’exemple 6 et les rendements obtenus.
Tableau 8 : Conditions de préparation du diméthyloxalate et résultats obtenus avec les catalyseurs hétérogènes au palladium de l’art antérieur sur différent support.
La comparaison des essais avec un catalyseur selon l’invention M8 et l’essai A1 , à savoir un catalyseur préparé selon Gaffney et al. révèle, montre un rendement en NCC de 168 pour M8 et un rendement inférieur en NCC de 26 pour A1 ce qui confirme I’ efficacité supérieure des catalyseurs selon l’invention.
Exemplel 1 : Réaction avec catalyseur bimétallique Pd-M / CeC>2
Le tableau 9 ci-dessous reporte les conditions de préparations et les résultats avec des catalyseurs dopés Pd-X.
Tableau 9 : Conditions de préparation du diméthyloxalates et résultats obtenus avec les catalyseurs hétérogènes dopés Pd-X/CeC>2.
Les essais D1 et D2 montrent un effet du dopage du catalyseur Pd/CeC>2.
Notamment le dopage par le manganèse améliore les propriétés du catalyseur.
Exemplel 2 : Réaction avec catalyseur Pd-Mn / CeC>2
Le tableau 10 ci-dessous reporte les conditions de préparations du diméthyloxalate avec des catalyseurs dopés au Manganèse Pd-Mn / CeO2 et les résultats de rendement obtenus en termes de masse de produit et de NCC.
Tableau 10 : Conditions de préparation du diméthyloxalate avec les catalyseurs hétérogènes Pd-X/CeC>2 dopés au manganèse et résultats obtenus.
Exemple 13 - Procédure Générale de catalyse hétérogène de carbonylation oxydative de l’éthanol en oxalates.
Dans un autoclave Parr de 450 mL, équipé d’un agitateur magnétique, ont été introduits un catalyseur hétérogène à base de palladium (0,7 mmol ou 0.24 mmol Pd), de l’iodure de tétrabutylammonium TBAI (1 ,5 à 3,6 mmol), de la tri-éthylamine Et 3 N (1 ,0 à 4,75 mmol), éventuellement de l’acétonitrile MeCN (25 à 75 mL) comme solvant et l’éthanol (25 à 75 mL). Le réacteur a été scellé, et le mélange réactionnel a été purgé trois fois avec de l’azote (5 bars), et deux fois avec de l’oxygène (5 bars).
L’autoclave a été ensuite pressurisé avec 15 bars d’oxygène et 65 bars additionnels de monoxyde de carbone (pression totale de 80 bars). Le milieu réactionnel a été ensuite porté sous agitation à 90°C pendant 16h.
Une fois la réaction terminée, l’autoclave a été ramené à température ambiante avant d’être dépressurisé et purgé trois fois avec de l’azote (5 bars).
Le mélange final obtenu a été ensuite filtré, et transféré dans un ballon de 250 mL.
Le solvant de réaction ainsi que l’excès d’alcool ont été séparés par évaporation sur un évaporateur rotatif.
Le diéthyloxalate a été récupéré après purification par distillation sous vide à 120°C / 50-20 mbars et les rendements isolés sont calculés.
Exemple 14 : Catalyse hétérogène de carbonylation oxydative de l’éthanol en oxalates. Le tableau 11 ci-dessous reporte les conditions de préparation avec les catalyseurs hétérogènes Pd-X/CeC>2 du diéthyloxalate et les résultats de rendements obtenus en termes de masse de produit isolé et de NCC.
Tableau 11 : Conditions de préparation du diéthyloxalate avec les catalyseurs hétérogènes Pd-X/CeC>2 et résultats obtenus.
La réaction E1 montre la possibilité d’opérer sans solvant.
Exemple 15 - Procédure de catalyse hétérogène de carbonylation oxydative de l’isopropanol en oxalates
Dans un autoclave Parr de 450 mL, équipé d’un agitateur magnétique, ont été introduits un catalyseur hétérogène à base de palladium (0.7 mmol Pd), de l’iodure de tétrabutylammonium (554 mg, 1 .0 mmol), de la tri-éthylamine (1 .5 mmol), de l’acétonitrile (50 mL) et de l’isopropanol (25 mL). Le réacteur est scellé, et le mélange réactionnel est purgé trois fois avec de l’azote (5 bars), et deux fois avec de l’oxygène (5 bars).
L’autoclave est ensuite pressurisé avec 15 bars d’oxygène et 65 bars additionnels de monoxyde de carbone (pression totale de 80 bars). Le milieu réactionnel a été ensuite porté sous agitation à 90°C pendant 16h.
Une fois la réaction terminée, l’autoclave a été ramené à température ambiante avant d’être dépressurisé et purgé trois fois avec de l’azote (5 bars).
Le mélange final obtenu a été ensuite filtré et transféré dans un ballon de 250 mL.
Le solvant de réaction ainsi que l’excès d’alcool ont été séparés par évaporation sur un évaporateur rotatif.
L’oxalate a été récupéré après purification (distillation sous vide ou recristallisation) et les rendements isolés ont été calculés. Le tableau 12 ci-dessous reporte les conditions de préparation.
Tableau 12 : Conditions de préparation du diisopropyloxalate avec un catalyseur hétérogène Pd-X/CeO 2 .
Exemple 16 : Procédure Générale de catalyse hétérogène de carbonylation oxydative de la pipéridine en oxamides.
Du catalyseur hétérogène de palladium (0.7 mmol Pd), de l’iodure de tetrabutylammonium TBAI (554 mg, 1.5 mmol), éventuellement de la tri-éthylamine Et 3 N (0.14 mL, 1.0 mmol) comme base ajoutée, de l’acétonitrile MeCN (50 mL) et (1,98 mL, 20 mmol) de pipéridine ont été introduits dans un autoclave Parr de 450 mL, équipé d’un agitateur magnétique. Le réacteur a été scellé, et le mélange réactionnel a été purgé trois fois avec de l’azote (5 bars), et deux fois avec de l’oxygène (5 bars). L’autoclave a été ensuite pressurisé avec 10 bars d’oxygène et 45 bars additionnels de monoxyde de carbone (pression totale de 55 bars). Le milieu réactionnel a été ensuite maintenu sous agitation à 25 °C pendant 16h. Une fois la réaction terminée, l’autoclave a été dépressurisé et purgé trois fois avec de l’azote (5 bars). Le mélange final obtenu a été ensuite filtré et transféré dans un ballon de 250 mL. Le solvant a été évaporé et le résidu obtenu a été solubilisé dans le toluène puis filtré sur Célite®. La solution de toluène a été évaporée, et un solide jaune a été obtenu.
Exemple 17 : Préparation d’un composé oxamide de la pipéridine.
Le tableau 13 ci-dessous reporte les conditions de préparation de l’oxamide à partir de la pipéridine avec des catalyseurs Pd/CeO 2 et les résultats de rendement en pourcentage. Tableau 13 : Conditions de préparation de l’oxamide avec la pipéridine et résultats obtenus avec les catalyseurs hétérogènes Pd-X/CeC>2.
Les réactions Pi1, Pi2 et Pi3 sont été effectuées à température ambiante, une étape de chauffage du milieu réactionnel n’a pas été nécessaire.
Les réactions Pi 1 et Pi2 montrent des rendements de plus de 90%, en présence de base, la triéthylamine.
La réaction Pi3 montre la possibilité d’opérer sans base ajoutée, l’amine ayant le rôle de base dans le milieu réactionnel.
Exemple 18 Catalyse hétérogène Palladium-Manganèse / CeC>2 de carbonylation oxydative de l’éthanol en oxalates
Le catalyseur Pd(2%)-Mn(1%)/CeO2 (HSA 20SP) a été préparé selon l’exemple 5.
Les essais ont été réalisés dans 2 autoclaves de volume différent : soit dans un autoclave Parr de 450 mL soit dans un autoclave Parr de 1 L lorsque le substrat utilisé est introduit à raison de 100 mL.
Un autoclave Parr de 450 mL, équipé d’un agitateur magnétique a été chargé avec un catalyseur hétérogène à base de palladium (0,24 mmol Pd), iodure de tetrabutylammonium (554 mg, 1 ,5 mmol), tri-éthylamine (0,28 mL, 2,0 mmol), acétonitrile (50 mL) et l’éthanol (50 mL). Le réacteur est scellé, et le mélange réactionnel a été purgé trois fois avec de l’azote (5 bar), et deux fois avec de l’oxygène (5 bar). L’autoclave a été ensuite pressurisé avec 15 bars d’oxygène et 65 bars additionnelles de monoxyde de carbone (pression totale de 80 bar). Le mélange réactionnel a été ensuite porté sous agitation à 90°C pendant 16h. Une fois la réaction terminée, l’autoclave a été retourné à température ambiante avant d’être dépressurisé et purgé trois fois avec de l’azote (5 bar). Le mélange réactionnel a été ensuite filtré, et la solution a été transférée dans un ballon de 250 mL. Le solvant de réaction ainsi que l’excès d’alcool ont été séparés par évaporation sur un évaporateur rotatif. L’oxalate a été récupéré après purification (distillation sous vide à 120°C / 50- 20 mbar pour le diéthyloxalate) et les rendements isolés ont été calculés.
Un autoclave Parr de 1 L, équipé d’un agitateur magnétique a été chargé avec un catalyseur hétérogène à base de palladium (0,48 mmol Pd), iodure de tetrabutylammonium (1 ,11 g, 3 mmol), tri-éthylamine (0,56 mL, 4.0 mmol), acétonitrile (100 mL) et l’éthanol (100 mL). Le réacteur a été scellé, et le mélange réactionnel a été purgé trois fois avec de l’azote (5 bar), et deux fois avec de l’oxygène (5 bar). L’autoclave a été ensuite pressurisé avec 15 bar d’oxygène et 65 bar additionnellesde monoxyde de carbone (pression totale de 80 bar). Le mélange réactionnel a été ensuite porté sous agitation à 90°C pendant 16h. Une fois la réaction terminée, l’autoclave a été retourné à températureambiante avant d’être dépressurisé et purgé trois fois avec de l’azote (5 bar). Le mélange réactionnel a été ensuite filtré, et la solution a été transférée dans un ballon de 500 mL. Le solvant de réaction ainsi que l’excès d’alcool ont été séparés par évaporation sur un évaporateur rotatif. L’oxalate a été récupéré après purification (distillation sous vide à 120°C / 50-20 mbar pour le diéthyloxalate) et les rendements isolés ont été calculés.
Le tableau 14 ci-dessous reporte les conditions de préparations du diéthyloxalate avec des catalyseurs Pd(2%)-Mn(1 %)/CeC>2 et les résultats obtenus en termes de masse de produit et de NCC.
Tableau 14 : Conditions de préparations du diéthyloxalate avec des catalyseurs Pd(2%)- Mn(1 %)/CeC>2 et les résultats obtenus en termes de masse de produit et de NCC.
Exemple 19 : Caractérisation structurale des catalyseurs Une analyse par diffraction des Rayons X sur poudre a été réalisée sur le support en oxyde de cérium HSA 20SP, le catalyseur Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP) préparé selon l’exemple 3 et le catalyseur Pd(2%)-Mn(1 %) /CeC>2 (HSA 20 SP) préparé selon l’exemple 5 ont été analysé par diffraction des Rayons X par un diffractomètre MINIFLEX II de la marque Rigaku, dont le rayonnement X émis est obtenu par un tube et une source au Cuivre ( longueur d’onde Ko 1 ,54 Â).
Les trois diffractogrammes de la figure 1 , présentent des pics correspondants aux plans (111), (200), (220), (311), (222), (400) et (311) attribuable à une structure fluorine de l’oxyde de cérium (JCPDS 34-0394). On observe distinctement un élargissement des pics de diffraction.
Taille des cristallites
La taille des cristallites a été estimée de manière qualitative afin de comparer aux différents catalyseurs de l’art antérieur, notamment aux catalyseurs et à leur support décrits dans Kai Li ét al. ( Front. Chem. Sci. Eng. 2020, 14(6) ; 929-936).
La taille des cristallites a été évaluée selon la formule de Scherrer suivante : k. t = taille des cristallites t = -
H cos 0 k = facteur de correction = 0,89
À, = longueur d’onde de la source
H = largeur à mi-hauteur du pic (en radian)
0 = angle de diffraction
A noter que la correction due à des défauts de l’optique instrumental n’a pas été pas prise en considération dans les calculs estimatifs car sa contribution à l’élargissement des pics est considérée en première approximation comme négligeable.
La largeur à mi-hauteur a été estimé à l’aide du logiciel de traitement Image J
Les calculs de taille des cristallites ont été réalisée à partir du pic des diffractogrammes situé à environ 28 degré et sont reportés dans le tableau suivant :
Tableau 15 : Tailles des cristallites
Le support utilisé dans Kai Li et al. est une poudre commerciale d’oxyde de cérium d’Alfa Aesar, présentant un volume de pore de 0,18 mL/g et une taille de pore moyen de 12,2 nm avec une surface spécifique de 5,8 m 2 /g (BET).
La faible valeur des tailles, notamment inférieur à 10 nanomètres, est un indicateur d’une structure de faible cristallinité. En effet plus les cristallites sont petites, plus les pics de diffraction sont larges. Cet effet devient visible pour les cristallites faisant moins de 1 pm de diamètre.
Les résultats indiquent que le support d’oxyde de cérium et les catalyseurs décrits de Kai Li et al. présentent des tailles de cristallites de respectivement 42 nm à 59 nm et le support HSA 20SP et les catalyseurs selon l’invention présentent des tailles de cristallites de moins de 10 nanomètre, soit environ 8 nm.
Outre la surface spécifique, ces résultats montrent que les supports et les catalyseurs sont différents de par leur microstructure de ceux décrit dans Kai Li et al., les catalyseurs de l’invention présentant une plus faible cristallinité.
Exemple 20 : Caractérisation morphologique des catalyseurs
Une analyse morphologique a été effectuée par microscopie électronique à balayage (MEB) par un appareil MEB-FEG ZEISS Sigma HD, sur 3 catalyseurs de l’invention :
- le catalyseur Pd(2%)/CeO 2 (HSA 85 SP),
- et le catalyseur Pd(2%)/CeO2 (HSA 20 SP) préparés selon l’exemple 3
- et le catalyseur Pd(2%)-Mn(1 %) /CeO 2 (HSA 20 SP) préparé selon l’exemple 5.
Les images MEB de la figure 2 du catalyseur Pd(2%)/CeO 2 (HSA 85 SP) révèlent une population constituée de particules d’environ 1 à une dizaine de micromètres de forme quelconque légèrement facettée, présentant une surface spécifique de 186 m 2 /g (BET, cf tableau 2 de l’exemple 3).
Les images MEB de la figure 3 du catalyseur Pd(2%)/CeO 2 (HSA 20 SP) et de la figure 4 du catalyseur Pd(2%)-Mn(1%) /CeO 2 (HSA 20 SP) sont similaires car préparés avec le même support HSA 20SP et ne diffèrent que par la présence de 1 % en poids de manganèse. Elles révèlent une population homogène constituée de particules une dizaine de micromètres d’une forme constituée d’agglomérat compacté de particules rondes (telle une forme de truffe), présentant une surface spécifique de 142 m 2 /g (BET, cf tableau 2 de l’exemple 3). Les images MEB révèlent que la morphologie des catalyseurs préparés se distinguent de celles bien cristallisées des catalyseurs décrit dans Chao Hu et al. (Catalysis Letter 2002, 152, 503-512) qui divulgue pour les catalyseurs Pd/CeC>2 : une population de cubes d’une cinquantaine de nanomètres (avec une surface spécifique de 7,82 m 2 /g), une population d’octaèdre de 20 à 80 nm (avec une surface spécifique de 7,82 m 2 /g), une population de bâtonnets d’environ 9 nm de largeur et de 40 à 140 nm de longueur (avec une surface spécifique de 66 m 2 /g)
Exemple 21 : Analyse de la surface des catalyseurs
La surface du catalyseurs Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP) préparé selon l’exemple 3 et du catalyseur Pd(2%)-Mn(1%) /CeC>2 (HSA 20 SP) préparé selon l’exemple 5, a été analysée par XPS. Les résultats sont reportés dans les tableaux 16 à 18 et les figures 5 à 8.
Tableau 16 : Energie de liaison du catalyseur Pd(2%)/CeC>2 (HSA 20 SP)
Tableau 18 : Energie de liaison du catalyseur Pd(2%)-Mn(1 %) /CeC>2 (HSA 20 SP)
Tableau 19 : Energie de liaison des pics Pd 3d de Pd(2%)-Mn(1%) /CeC>2 (HSA 20 SP)
Comme montré dans le tableau 17 et la figure 6, le spectre Pd 3d peut être décomposé en 2 contributions, celle à basse énergie de liaison (336,1 eV) peut être attribuée aux liaisons Pd- O, l’autre aux énergies autour de 337.8 eV peut être attribué à l’espèce Pd x Cei. x O2 .
La principale différence par rapport à l’article D1 Catalysis Letters, 152 (503-512) 2022 est la présence du Pd(ll) de degré d’oxydation 2 sous forme d’oxyde de palladium PdO au lieu de Pd(0) de degré d’oxydation (0).
Ces résultats montrent que la surface des catalyseurs comprend à la fois de l’oxyde de palladium Pd-0 et des espèces Pd x Cei. x C>2 et mais ne comprend pas de palladium métallique Pd(0).
Les spectres de la figure 7 révèlent une variation des surfaces des contribution des pics à deux différents temps de pose (temps 1 et temps 2) et indique un phénomène de réduction du palladium sous le faisceau X, en effet le rapport des composantes PdO et Pd x Cei. x O2 varie avec le temps.
Next Patent: A METHOD OF DRYING A FEED MATERIAL COMPRISING STARCH