BE1021574B1 - CONTINUOUS PROCESS FOR SYNTHESIZING OLIGOESTERS FROM AN AMMONIUM SALT OF A DICARBOXYLIC ACID AND A DIOL AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD - Google Patents
CONTINUOUS PROCESS FOR SYNTHESIZING OLIGOESTERS FROM AN AMMONIUM SALT OF A DICARBOXYLIC ACID AND A DIOL AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD Download PDFInfo
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Abstract
Procédé et dispositif de synthèse en continu d'oligoester comprenant les étapes de: introduction d'une solution aqueuse d'un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique; chauffage de la solution aqueuse, la température de chauffage étant inférieure aux températures d'ébullition du diol et du diacide; introduction du diol; chauffage du diol à une température supérieure à la température d'ébullition du diol, du diacide, de l'eau et de l'ammoniac et à une température inférieure à la température d'ébullition de l'oligoester; mise en contact du diacide avec le diol à une température supérieure à la température d'ébullition du diol, du diacide, de l'eau et de l'ammoniac et à une température inférieure à la température d'ébullition de l'oligoester; récupération de 1'oligoester.A method and apparatus for the continuous synthesis of oligoester comprising the steps of: introducing an aqueous solution of an ammonium salt of dicarboxylic acid; heating the aqueous solution, the heating temperature being lower than the boiling temperatures of the diol and the diacid; introduction of the diol; heating the diol to a temperature above the boiling point of the diol, of the diacid, of water and of the ammonia and to a temperature below the boiling point of the oligoester; contacting the diacid with the diol at a temperature above the boiling point of the diol, of the diacid, of water and of the ammonia and at a temperature below the boiling point of the oligoester; recovery of the oligoester.
Description
Procédé continu de synthèse d'oligoesters à partir d'un sel d'ammonium d'un acide dicarboxylique et d'un diol et dispositif de mise en œuvreContinuous process for synthesizing oligoesters from an ammonium salt of a dicarboxylic acid and a diol and a device for carrying out
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente invention se rapporte à un procédé de production en continu d'oligoesters III de degré de polymérisation (DP) contrôlé ainsi qu'à un dispositif de mise en œuvre dudit procédé.The present invention relates to a process for the continuous production of oligoesters III of controlled degree of polymerization (DP) and to a device for implementing said method.
Composés FormulesCompounds Formulas
sels d'ammonium d'acide dicarboxylique / (I)ammonium salts of dicarboxylic acid / (I)
Dioldiol
(II)(II)
Oligoesters /Oligoesters /
//
(III) avec x compris entre 2 et 6, de préférence x correspond à 4, y compris entre 0 et 4, de préférence y correspond à 2 et n compris entre 1 et 25, de préférence entre 1 et 10.(III) where x is between 2 and 6, preferably x is 4, including 0 to 4, preferably y is 2 and n is 1 to 25, preferably 1 to 10.
Les oligoesters III obtenus, selon le procédé, à partir d'une solution aqueuse de sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I et de diol II ne nécessitent pas de recourir à une étape de purification complémentaire, notamment pour la synthèse de polyesters de haute masse moléculaire ou pour l'obtention par hydrogénation catalytique de différents composés d'intérêt industriel. Dans le cas particulier où le sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I est le diammonium succinate et le diol II est le 1,4-butanediol, les oligoesters III formés peuvent être utilisé directement et sans recourir à une étape additionnelle de purification pour la synthèse de polybutylène succinate de haute masse moléculaire par transestérification ou transformé en 1,4-butanediol, Y-butyrolactone (GBL) ou tétrahydrofurane (THF) par hydrogénation catalytique.The oligoesters III obtained, according to the process, from an aqueous solution of ammonium salt of dicarboxylic acid I and diol II do not require a complementary purification step, in particular for the synthesis of high-density polyesters. molecular weight or for the catalytic hydrogenation of various compounds of industrial interest. In the particular case where the ammonium salt of dicarboxylic acid I is diammonium succinate and the diol II is 1,4-butanediol, the oligoesters III formed can be used directly and without resorting to an additional purification step for the synthesis of high molecular weight polybutylene succinate by transesterification or converted to 1,4-butanediol, Y-butyrolactone (GBL) or tetrahydrofuran (THF) by catalytic hydrogenation.
Etat de l'artState of the art
Il est connu des brevets JP 2005/132836 et JP 2005/163032 un procédé de production de polybutylène succinate obtenu à partir de diammonium succinate et de 1,4-butanediol. Ces brevets décrivent des procédés de type batch qui ne permettent pas l'élimination complète de l'ammoniac. Il est également connu de l'homme de l'art que le chauffage du diammonium succinate pendant plusieurs heures, comme décrit dans ces 2 brevets, produit des dérivés contaminants tels que le succinamide ou le succinimide.Patent JP 2005/132836 and JP 2005/163032 disclose a process for producing polybutylene succinate obtained from diammonium succinate and 1,4-butanediol. These patents describe batch type processes that do not allow the complete elimination of ammonia. It is also known to those skilled in the art that heating the diammonium succinate for several hours, as described in these 2 patents, produces contaminating derivatives such as succinamide or succinimide.
Le brevet FR 1 175 310 décrit la synthèse de polyester à partir de sels de diammonium terephtalate. Cependant les conditions opératoires ne permettent pas la production en continu, notamment par distillation réactive.Patent FR 1,175,310 describes the synthesis of polyester from diammonium terephthalate salts. However, the operating conditions do not allow continuous production, in particular by reactive distillation.
Les documents WO 2007/116005, WO 0 064 850, US 2006/0189821, JP 2007/254354, CA 2 657 666 proposent des procédés d'estérification sur colonne de distillation réactive de de diammonium d'acide dicarboxylique en dialkyl carboxylate. Tous ces brevets décrivent l'utilisation d'alcools monohydriques et ne concernent pas la production d'oligoesters.WO 2007/116005, WO 0 064 850, US 2006/0189821, JP 2007/254354, CA 2 657 666 provide methods for esterification on a reactive distillation column of diammonium of dicarboxylic acid to dialkyl carboxylate. All these patents describe the use of monohydric alcohols and do not relate to the production of oligoesters.
Les brevets US 5,854,377 ; US 2011/0 039 999 ; US 2009/ 011236 ; US 6,100,369 ; US 2012/136132 ; US 2007/066790 ; US 6812321 ; US 2006/030727 décrivent des procédés et/ou des équipements permettant la production continue de polyester obtenu à partir de diacides ou de diesters d'acide carboxylique et de diols.U.S. Patents 5,854,377; US 2011/0 039 999; US 2009/011236; US 6,100,369; US 2012/136132; US 2007/066790; US 6812321; US 2006/030727 disclose methods and / or equipment for the continuous production of polyester obtained from diacids or diesters of carboxylic acid and diols.
Cependant, les réactions sont réalisées à partir d'un mélange des réactifs en phase liquide et les procédés décrits ne sont pas compatibles avec l'utilisation de solution aqueuse d'un sel d'ammonium comme matière première. En effet, les conditions opératoires (temps et température de réaction) et la conception des équipements ne permettent pas de limiter la production de dérivés aminés tels des imides ou amides.However, the reactions are carried out from a mixture of the reagents in the liquid phase and the processes described are not compatible with the use of aqueous solution of an ammonium salt as raw material. Indeed, the operating conditions (time and temperature of reaction) and the design of the equipment do not make it possible to limit the production of amine derivatives such as imides or amides.
Il existe donc un intérêt pour une méthode permettant de combiner en une seule étape réactionnelle, la synthèse d'oligoesters de DP contrôlé à partir d'une solution aqueuse d'un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique et pouvant être utilisés directement sans purification complémentaire pour produire un polyester de haute masse moléculaire par transestérification ou la synthèse d'autres composés d'intérêt industriel, notamment par hydrogénation catalytique.There is therefore an interest for a method for combining in a single reaction step the synthesis of oligoesters of DP controlled from an aqueous solution of a dicarboxylic acid ammonium salt and which can be used directly without purification. complementary to produce a polyester of high molecular mass by transesterification or the synthesis of other compounds of industrial interest, in particular by catalytic hydrogenation.
Au sens de l'invention, le DP est défini comme correspondant au nombre de motifs répétés et non pas du nombre de motif monomère. Par exemple un ester formé à partir d'un diol et d'un diacide est composé de 2 motifs.For the purposes of the invention, the DP is defined as corresponding to the number of repeating units and not to the number of monomer units. For example, an ester formed from a diol and a diacid is composed of 2 units.
Liste des figuresList of Figures
Figure 1 : Exemple de schéma réactionnel de synthèse selon l'invention avec le 1,4-butanediol comme diol et le sel d'ammonium de l'acide succinique comme réactif de départ. Figure 2 : Dispositif réactionnel selon l'invention.FIG. 1: Example of a synthesis reaction scheme according to the invention with 1,4-butanediol as diol and the ammonium salt of succinic acid as starting reagent. Figure 2: reaction device according to the invention.
Brève description de l'invention L'invention a pour objet un procédé de production en continu d'oligoesters III par réaction entre un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I en solution aqueuse et un diol II. L'invention a également pour objet un équipement adapté au procédé de production en continu d'oligoester III.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The subject of the invention is a process for the continuous production of oligoesters III by reaction between an ammonium salt of dicarboxylic acid I in aqueous solution and a diol II. The invention also relates to equipment adapted to the continuous production process of oligoester III.
Le procédé permet l'obtention d'oligoesters III de DP contrôlé et de pureté suffisante pour pouvoir être directement utilisé pour produire un polyester de haute masse moléculaire (Figure 1, 2a) ou pour synthétiser divers composés d'intérêt industriel par hydrogénation catalytique (Figure 1, 2b).The process makes it possible to obtain oligoesters III of controlled DP and of sufficient purity to be used directly to produce a high molecular weight polyester (FIG. 1, 2a) or to synthesize various compounds of industrial interest by catalytic hydrogenation (FIG. 1, 2b).
Lorsque les oligoesters III produits ont un DP moyen élevé, c'est à dire de l'ordre de 10 à 50, alors ces oligoesters peuvent avantageusement être utilisés pour la synthèse de polyesters de haute masse moléculaire.When the oligoesters III produced have a high mean DP, that is to say of the order of 10 to 50, then these oligoesters can advantageously be used for the synthesis of high molecular weight polyesters.
Tandis que lorsque le DP moyen des oligoesters III produits est faible, c'est à dire compris entre 2 et 10, de préférence entre 2 et 5 alors ces oligoesters III peuvent avantageusement être hydrogénés pour la synthèse de composés d'intérêt industriel.Whereas when the average DP of the oligoesters III produced is low, ie between 2 and 10, preferably between 2 and 5, these oligoesters III may advantageously be hydrogenated for the synthesis of compounds of industrial interest.
Le sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I et le diol II sont préférentiellement le diammonium succinate et le 1,4-butanediol, respectivement. Dans ce cas, les oligoesters III produits peuvent être utilisés sans purification complémentaire pour la production de polybutylène succinate de haute masse moléculaire par transestérification ou la synthèse de 1,4-butanediol, Y-butyrolactone ou de tétrahydrofurane par hydrogénation catalytique.The ammonium salt of dicarboxylic acid I and diol II are preferably diammonium succinate and 1,4-butanediol, respectively. In this case, the oligoesters III produced can be used without further purification for the production of high molecular weight polybutylene succinate by transesterification or the synthesis of 1,4-butanediol, Y-butyrolactone or tetrahydrofuran by catalytic hydrogenation.
De plus, le procédé suivant l'invention permet la récupération de l'ammoniac produit lors de la réaction d'oligomérisation (Figure 1, 1) sous la forme d'une solution aqueuse. L'ammoniac pouvant être recyclée dans le procédé de production du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I.In addition, the process according to the invention allows the recovery of the ammonia produced during the oligomerization reaction (FIG. 1, 1) in the form of an aqueous solution. Ammonia that can be recycled in the process for producing the ammonium salt of dicarboxylic acid I.
Le procédé selon l'invention peut être appliqué à tout type de solutions aqueuses contenant un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I, et notamment aux solutions issues d'un procédé de fermentation.The process according to the invention can be applied to any type of aqueous solutions containing an ammonium salt of dicarboxylic acid I, and in particular to the solutions resulting from a fermentation process.
Le dispositif utilisé comprend une colonne c réactionnelle maintenue à pression réduite avec une alimentation en continu en 2 points spatialement séparé d'un sel d'ammonium d'un acide dicarboxylique I en solution aqueuse et d'un diol II (Figure 2).The device used comprises a reaction column maintained at reduced pressure with a 2-point continuous feed spatially separated from an ammonium salt of an aqueous dicarboxylic acid I and a diol II (FIG. 2).
Description détaillée de l'invention L'invention concerne un procédé, permettant la production en continu et en une étape d'oligoesters III par réaction entre un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I, et un diol II. L'invention concerne également un équipement adapté au procédé.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention relates to a process for the continuous and one-step production of oligoesters III by reaction between an ammonium salt of dicarboxylic acid I and a diol II. The invention also relates to equipment adapted to the process.
Le procédé de synthèse en continu d'oligoesters III comprend les étapes de: a. Introduction de façon continue dans un dispositif réactionnel d'une solution aqueuse comprenant un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I, cette solution peut éventuellement comprendre un diol II. b. Chauffage de la solution aqueuse afin de dissocier le sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I en diacide et en ammoniac, la température de chauffage étant inferieure aux températures d'ébullition du diol II et du diacide obtenu lors de la dissociation du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique (I). c. Introduction en continu dans le dispositif réactionnel du diol (II) sous forme gazeuse, ou liquide qui sera alors vaporisé. d. Chauffage du diol (II) à une température supérieure à la température d'ébullition du diol (II), du diacide et de l'eau et à une température inférieure à la température d'ébullition de l'oligoester (III). e. Mise en contact du diacide, obtenu de la dissociation du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I, avec le diol II à une température supérieure à la température d'ébullition du diol II, du diacide et de l'eau et à une température inférieure au point d'ébullition de l'oligoester III. f. Récupération de l'oligoester III sous forme liquide. g. De façon avantageuse, l'ammoniac gazeux peut être récupéré sous forme d'une solution aqueuse.The process of continuously synthesizing oligoesters III comprises the steps of: a. Continuous introduction into a reaction device of an aqueous solution comprising an ammonium salt of dicarboxylic acid I, this solution may optionally comprise a diol II. b. Heating the aqueous solution in order to dissociate the ammonium salt of dicarboxylic acid I to diacid and ammonia, the heating temperature being lower than the boiling temperatures of the diol II and of the diacid obtained during the dissociation of the salt of ammonium dicarboxylic acid (I). vs. Continuous introduction into the reaction device of the diol (II) in gaseous form, or liquid which will then be vaporized. d. Heating the diol (II) to a temperature above the boiling point of diol (II), diacid and water and at a temperature below the boiling point of the oligoester (III). e. Contacting the diacid obtained from the dissociation of the ammonium salt of dicarboxylic acid I with diol II at a temperature above the boiling point of diol II, diacid and water and at a temperature of less than the boiling point of oligoester III. f. Recovery of oligoester III in liquid form. boy Wut. Advantageously, the gaseous ammonia can be recovered in the form of an aqueous solution.
La pression utilisée dans le dispositif réactionnel est de préférence comprise entre 1 mbar (100 Pa) et 500 mbars (50 000 Pa).The pressure used in the reaction device is preferably between 1 mbar (100 Pa) and 500 mbar (50 000 Pa).
La température d'ébullition des composés étant définie comme étant fonction des conditions de pression utilisées. Alors que le point d'ébullition correspond à la température d'ébullition dans des conditions normales de pression, soit sous une atmosphère.The boiling point of the compounds being defined as a function of the pressure conditions used. While the boiling point corresponds to the boiling temperature under normal pressure conditions, ie under one atmosphere.
Ainsi le diacide obtenu lors de la dissociation du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique (I) a de préférence un point d'ébullition comprise entre 150 et 350°C et le diol (II) a de préférence un point d'ébullition comprise entre 150 et est inférieure à 350°C.Thus, the diacid obtained during the dissociation of the ammonium salt of dicarboxylic acid (I) preferably has a boiling point of between 150 and 350 ° C. and the diol (II) preferably has a boiling point comprised between between 150 and is below 350 ° C.
Selon les conditions opératoires définies par l'opérateur, telles que les paramètres de température, de pression, de vitesse d'alimentation des réactifs, ou la présence de catalyseur, l'opérateur peut contrôler le DP des oligoesters III produits selon le procédé. En particulier, le procédé permet de produire des oligoesters III de DP moyen compris entre 10 et 50, plus préférentiellement entre 10 et 20. Les oligoesters III produits ont une teneur résiduelle en azote sous quelque forme que ce soit (ammonium, composés imides, amides...) , inférieure à 1% en poids, de préférence inférieure à 0,1% et plus préférentiellement inférieure à 0,01%. Ainsi, la pureté des oligoesters III, c'est-à-dire la faible teneur résiduelle en azote, leur permet d'être intégrés directement dans la production d'un polyester de haute masse moléculaire (figure 1, 2a) sans qu'il ne soit nécessaire de recourir à une étape ultérieure de purification.Depending on the operating conditions defined by the operator, such as temperature, pressure, feed rate reagent, or the presence of catalyst, the operator can control the DP of the oligoesters III produced by the process. In particular, the method makes it possible to produce oligoesters III of average DP of between 10 and 50, more preferably between 10 and 20. The oligoesters III produced have a residual nitrogen content in any form whatsoever (ammonium, imide compounds, amides ...), less than 1% by weight, preferably less than 0.1% and more preferably less than 0.01%. Thus, the purity of the oligoesters III, that is to say the low residual nitrogen content, allows them to be integrated directly in the production of a high molecular weight polyester (FIG. 1, 2a) without it is necessary to resort to a subsequent purification step.
Dans le cas où, la formation du polyester de haute masse moléculaire mène à la production de diol II comme coproduit, celui-ci peut être avantageusement recyclé pour la production des oligoesters III (Figure 1, 1).In the case where the formation of the high molecular weight polyester leads to the production of diol II as a coproduct, it can be advantageously recycled for the production of oligoesters III (Figure 1, 1).
Selon un mode préféré du procédé, le sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I et le diol II sont respectivement le diammonium succinate et le 1,4-butanediol. Dans ce cas, les oligoesters III obtenus peuvent être utilisés directement pour la production de polybutylène succinate de haute masse moléculaire par les techniques connues de l'homme de l'art. Le 1,4-butanediol en excès peut être recyclé pour la production des oligoesters III (Figure 1, 1).According to a preferred method of the process, the ammonium salt of dicarboxylic acid I and diol II are respectively diammonium succinate and 1,4-butanediol. In this case, the oligoesters III obtained can be used directly for the production of high molecular weight polybutylene succinate by the techniques known to those skilled in the art. The 1,4-butanediol in excess can be recycled for the production of oligoesters III (Figure 1, 1).
Le procédé permet également de produire des oligoesters III de DP moyen compris entre 2 et 10, plus préférentiellement entre 2 et 5. Les oligoesters III produits ont une teneur en azote résiduelle, sous quelque forme que ce soit (ammonium, composés imides, amides...) , inférieure à 1%, préférentiellement inférieure à 0,1% et plus préférentiellement inférieure à 0,01%. Ainsi, la pureté des oligoesters III, c'est-à-dire la faible teneur résiduelle en azote, est suffisante pour qu'ils soient intégrés directement et sans étape de purification, dans un procédé industriel d'hydrogénation catalytique pour la production de composés d'intérêt industriel (Figure 1, 2b). Dans le cas où le produit issu de l'hydrogénation des oligoesters est le diol II, une fraction de celui-ci peut être recyclée pour la production des oligoesters III (Figure 1, 1).The process also makes it possible to produce oligoesters III of average DP of between 2 and 10, more preferably between 2 and 5. The oligoesters III produced have a residual nitrogen content, in whatever form (ammonium, imide compounds, amides. ..), less than 1%, preferentially less than 0.1% and more preferably less than 0.01%. Thus, the purity of the oligoesters III, that is to say the low residual nitrogen content, is sufficient for them to be integrated directly and without purification step, in an industrial process of catalytic hydrogenation for the production of compounds industrial interest (Figure 1, 2b). In the case where the product resulting from the hydrogenation of the oligoesters is diol II, a fraction thereof can be recycled for the production of oligoesters III (Figure 1, 1).
Dans un cas particulier du procédé, le sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I et le diol II sont respectivement le diammonium succinate et le 1,4-butanediol. Dans ce cas, l'hydrogénation catalytique des oligoesters III conduit à la production de 1,4-butanediol et/ou THF et/ou GBL. Une fraction du 1,4-butanediol produit pouvant être recyclé pour la production des oligoesters III (Figure 1, 1). D'une manière générale, le procédé permet la récupération de l'ammoniac produit (Figure 1, (3) et Figure 2) sous la forme d'une solution aqueuse et son recyclage dans le procédé de production du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I.In a particular case of the process, the ammonium salt of dicarboxylic acid I and diol II are respectively diammonium succinate and 1,4-butanediol. In this case, the catalytic hydrogenation of the oligoesters III leads to the production of 1,4-butanediol and / or THF and / or GBL. A 1,4-butanediol product fraction that can be recycled for the production of oligoesters III (Figure 1, 1). In general, the process allows the recovery of ammonia produced (Figure 1, (3) and Figure 2) in the form of an aqueous solution and its recycling in the process of producing the ammonium salt of dicarboxylic acid I.
Aussi, le procédé est applicable à tout type de solutions _ aqueuses contenant un sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I, notamment aux solutions aqueuses obtenues lors de procédés fermentaires.Also, the process is applicable to any type of aqueous solutions containing an ammonium salt of dicarboxylic acid I, in particular aqueous solutions obtained during fermentation processes.
Par conséquent, le procédé peut être intégré dans un procédé de purification d'un diacide produit par fermentation. Dans ce cas, le procédé permet de conjuguer une étape de purification du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I avec la première phase de la production de polyesters de haute masse moléculaire ou la synthèse de composés d'intérêt industriel par hydrogénation catalytique. Préférentiellement, le procédé est applicable à la purification du diammonium succinate produit par un procédé fermentaire.Therefore, the process can be integrated into a process for purifying a diacid produced by fermentation. In this case, the process makes it possible to conjugate a step of purification of the ammonium salt of dicarboxylic acid I with the first phase of the production of high molecular weight polyesters or the synthesis of compounds of industrial interest by catalytic hydrogenation. Preferably, the process is applicable to the purification of diammonium succinate produced by a fermentative process.
Mode de réalisationMode of realization
De préférence, la production en continu d'oligoesters III est réalisée dans une colonne c de distillation réactive avec une alimentation, en deux points séparés spatialement. La solution aqueuse de sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I est introduite en continu dans la partie supérieure b de la colonne c et le diol II est introduit en continu par la partie inférieure a de la colonne c (Figure 2) .Preferably, the continuous production of oligoesters III is carried out in a distillation column reactive with feed at two spatially separated points. The aqueous solution of ammonium salt of dicarboxylic acid I is introduced continuously into the upper part b of column c and the diol II is introduced continuously through the lower part of column c (Figure 2).
Selon un mode de réalisation avantageux, la solution aqueuse peut contenir une quantité de diol II comprise entre 0 et 100% en masse de la quantité de sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I.According to an advantageous embodiment, the aqueous solution may contain a quantity of diol II of between 0 and 100% by weight of the amount of ammonium salt of dicarboxylic acid I.
Selon les conditions opératoires telles que la pression et le profil de température de la colonne c, la vitesse d'alimentation des réactifs, la température de la solution du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I et/ou du diol II, l'utilisation ou non d'un catalyseur, le dispositif permet de produire des oligoesters III dont le DP moyen est compris entre 2 et 50 et plus préférentiellement entre 2 et 20 .Depending on the operating conditions such as the pressure and the temperature profile of the column c, the feed rate of the reagents, the temperature of the solution of the ammonium salt of dicarboxylic acid I and / or diol II, the use or not of a catalyst, the device makes it possible to produce oligoesters III whose mean DP is between 2 and 50 and more preferably between 2 and 20.
La colonne c est maintenue à une pression inférieure à la pression atmosphérique, de préférence entre 1 mbar et 500 mbar, plus préférentiellement entre 50 et 400 mbar et encore plus préférentiellement entre 100 et 300 mbar.Column c is maintained at a pressure below atmospheric pressure, preferably between 1 mbar and 500 mbar, more preferably between 50 and 400 mbar and even more preferably between 100 and 300 mbar.
Aussi, le profil de température dans la colonne c est tel que : - la température de la partie inférieure a est comprise entre 100 et 300°C, plus préférentiellement entre 150 et 2 0 0 °C. - la température de la partie supérieure b de la colonne c doit être inférieure à la température de la partie inférieure a et est comprise entre 100° et moins de 300°C, plus préférentiellement entre 100 et 200°C.Also, the temperature profile in the column c is such that: the temperature of the lower part a is between 100 and 300 ° C., more preferably between 150 and 200 ° C. the temperature of the upper part b of the column c must be lower than the temperature of the lower part a and is between 100 ° and less than 300 ° C., more preferably between 100 and 200 ° C.
La figure 2 représente un dispositif opérationnel qui peut être utilisé pour la réalisation de la synthèse d'oligoesters selon l'invention. Le dispositif se compose d'une colonne réactive c et d'un dispositif de chauffage (reboiler) d.FIG. 2 represents an operational device that can be used for carrying out the synthesis of oligoesters according to the invention. The device consists of a reactive column c and a heating device (reboiler) d.
La température de chauffage, la pression dans la colonne c, la vitesse d'alimentation de la solution de sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I ainsi que la température de la solution aqueuse de sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I et du diol II permettent d'obtenir un profil de température dans la colonne c tel que : - La température de la partie supérieure b de la colonne c permet la dissociation du sel d'ammonium d'acide dicarboxylique I en diacide et en ammoniac tout en limitant la formation de dérivés aminés tels que des imides ou amides. - Le diol II et le diacide sont en phase vapeur dans la partie inférieure a de la colonne c et en phase liquide dans la partie supérieure b de la colonne c. - L'eau et l'ammoniac sont en phase gazeuse en tout point de la colonne c et sont récupérés en tête de la colonne c. De façon avantageuse un gaz inerte peut être injecté dans la partie inférieure a de la colonne c pour faciliter l'élimination de l'eau et de l'ammoniac en tête de la colonne c. - L'oligoester III produit est en phase liquide en tout point de la colonne c et est facilement récupéré en bas de colonne c. L'utilisation de colonnes garnies, à plateaux ou tout autre type de colonnes connues de 1'homme de 1'art peuvent être envisagées pour la réalisation de cette réaction.The heating temperature, the pressure in the column c, the feed rate of the ammonium salt solution of dicarboxylic acid I and the temperature of the aqueous solution of ammonium salt of dicarboxylic acid I and the diol II make it possible to obtain a temperature profile in column c such that: the temperature of the upper part b of column c allows the dissociation of the ammonium salt of dicarboxylic acid I in diacid and ammonia while limiting the formation of amine derivatives such as imides or amides. The diol II and the diacid are in the vapor phase in the lower part of the column c and in the liquid phase in the upper part b of the column c. - Water and ammonia are in the gas phase at any point in column c and are recovered at the top of column c. Advantageously, an inert gas may be injected into the lower part of column c to facilitate removal of water and ammonia at the top of column c. - The oligoester III product is in liquid phase at any point of the column c and is easily recovered at the bottom of column c. The use of packed columns, trays or any other type of column known to those skilled in the art can be envisaged for carrying out this reaction.
La réaction peut être réalisée avec ou sans catalyseur. Dans le cas de l'utilisation d'un catalyseur, tout type de catalyseur d'estérification homogène (p.ex. acide p-toluène sulfonique) ou hétérogène (p.ex. résines acide fort de type Amberlyst) peut être utilisé.The reaction can be carried out with or without a catalyst. In the case of the use of a catalyst, any type of homogeneous (e.g., p-toluenesulfonic acid) or heterogeneous esterification catalyst (e.g., strong acid resins of the Amberlyst type) may be used.
ExemplesExamples
Equipement L'équipement est constitué d'un ballon de 250 ml surmonté par un dispositif (cloche) permettant de séparer les vapeurs montantes et la phase liquide descendante. Cette dernière peut être récupérée dans une première ampoule. La cloche dispose d'une double enveloppe permettant le maintien de sa température via une circulation d'huile à une température contrôlée. La cloche est surmontée par une colonne c de 60 cm de haut et de diamètre intérieur de 3 cm et remplie sur toute sa longueur d'anneaux de Raschig en verre (diamètre 6 mm et longueur 6 mm). Les vapeurs sortant en tête de colonne c sont condensées et récupérées dans une seconde ampoule.Equipment The equipment consists of a 250 ml flask surmounted by a device (bell) to separate the rising vapors and the descending liquid phase. The latter can be recovered in a first bulb. The bell has a double envelope to maintain its temperature via a circulation of oil at a controlled temperature. The bell is surmounted by a column c 60 cm high and inside diameter of 3 cm and filled throughout its length with glass Raschig rings (diameter 6 mm and length 6 mm). The vapors leaving the column head c are condensed and recovered in a second bulb.
CaractérisationCharacterization
Les oligoesters III en phase liquide récupérés dans la première ampoule sont caractérisés par spectrométrie de masse. L'échantillon est mis en solution dans 1'acétonitrile (hplc grade) pour obtenir une solution de 1 μΐ/ml. La solution fraîche est additionnée à raison de 0.5 μΐ/ml avec une solution d'iodure de sodium dans 1'acétonitrile à la concentration de 1 mg/ml. Les analyses par spectrométrie de masse ont été effectuées en infusion directe (5 μΐ/min) sur un spectromètre de masse de type Waters QToF2 (analyseur de type temps de vol) . Les conditions d'analyses sont les suivantes : - Mode d'ionisation : Electrospray - positifThe liquid phase oligoesters III recovered in the first ampoule are characterized by mass spectrometry. The sample is dissolved in acetonitrile (hplc grade) to obtain a solution of 1 μΐ / ml. The fresh solution is added at a rate of 0.5 μl / ml with a solution of sodium iodide in acetonitrile at a concentration of 1 mg / ml. The mass spectrometry analyzes were carried out by direct infusion (5 μl / min) on a Waters QToF2 type mass spectrometer (flight time type analyzer). The analysis conditions are as follows: - Ionization mode: Electrospray - positive
- Voltage du capillaire: 3.1 kV- Voltage of the capillary: 3.1 kV
- Voltage du cône: 25 V - gaz de désolvatation: azote- Voltage of the cone: 25 V - desolvation gas: nitrogen
- Température de la source: 80°C- Source temperature: 80 ° C
- Température de désolvatation: 120 °C - Gamme de masses (m/z) : 50 à 1000- Desolvation temperature: 120 ° C - Mass range (m / z): 50 to 1000
La quantité d'azote résiduelle dans les oligomères est déterminée sur un analyseur élémentaire VARIO MAX CUBE de la marque ELEMENTAR (méthode par combustion sèche ou méthode Dumas).The amount of residual nitrogen in the oligomers is determined on a VARIO MAX CUBE elementary analyzer of the ELEMENTAR brand (dry combustion method or Dumas method).
Les exemples 1 et 2 permettent de réaliser la synthèse d'oligoesters de faible DP.Examples 1 and 2 make it possible to carry out the synthesis of oligoesters of low DP.
Exemple 1Example 1
Le dispositif est maintenu à une pression de 100 mbar. 150 ml de 1,4-butanediol sont introduits dans le ballon et portés à ébullition.The device is maintained at a pressure of 100 mbar. 150 ml of 1,4-butanediol are introduced into the flask and brought to the boil.
Une solution aqueuse du diammonium succinate 100 g/1 maintenue à température ambiante est introduite en continu dans la partie supérieure b de la colonne c à un débit de 15 ml/min.An aqueous solution of diammonium succinate 100 g / l maintained at ambient temperature is introduced continuously into the upper part b of column c at a flow rate of 15 ml / min.
La température de la cloche est contrôlée par une circulation à bain d'huile à 170°C.The temperature of the bell is controlled by an oil bath circulation at 170 ° C.
La réaction est réalisée en absence de catalyseur.The reaction is carried out in the absence of catalyst.
Le tableau suivant indique les proportions en % en poids des oligoesters III obtenus selon l'invention pour lesquels 56 % des oligoesters ont un DP de 3.The following table indicates the proportions in% by weight of the oligoesters III obtained according to the invention for which 56% of the oligoesters have a DP of 3.
La concentration résiduelle en azote dans les oligoesters III est égale à 0.15%.The residual nitrogen concentration in the oligoesters III is equal to 0.15%.
Exemple 2Example 2
Le dispositif est maintenu à une pression de 100 mbar. 150 ml de 1,4-butanediol sont introduits dans le ballon et porté à ébullition.The device is maintained at a pressure of 100 mbar. 150 ml of 1,4-butanediol are introduced into the flask and brought to the boil.
La solution aqueuse du diammonium succinate (100 g/1) maintenue à température ambiante est introduite en continu dans la partie supérieure b de la colonne c à un débit de 5 ml/min. La température de la cloche est contrôlée par une circulation à bain d'huile à 170°C. La réaction est réalisée en absence de catalyseur.The aqueous solution of diammonium succinate (100 g / l) maintained at ambient temperature is introduced continuously into the upper part b of column c at a flow rate of 5 ml / min. The temperature of the bell is controlled by an oil bath circulation at 170 ° C. The reaction is carried out in the absence of catalyst.
Le tableau suivant indique les proportions en % en poids des oligoesters III obtenus selon l'invention pour lesquels 61 % des oligoesters ont un DP de 3.The following table indicates the proportions in% by weight of the oligoesters III obtained according to the invention for which 61% of the oligoesters have a DP of 3.
La concentration résiduelle en azote dans les oligoesters III est égale à : 0.08%The residual nitrogen concentration in the oligoesters III is equal to: 0.08%
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-
2013
- 2013-01-23 BE BE2013/0042A patent/BE1021574B1/en active
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