FR2920768A1 - Co-production of olefins and esters or acids, comprises synthesizing ethanol by fermentation, dehydrating the ethanol to produce ethylene and water mixture, and carrying out unsaturated fatty body or ester, ethylene and catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de co-production d'oléfines et d'esters ou d'acides à partir de matières premières renouvelables. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de co-production d'oléfines et d'esters ou d'acides par une réaction de métathèse à partir d'une part de corps gras insaturés, par exemple des huiles végétales ou leurs esters et d'autre part d'éthylène obtenu par déshydratation d'un alcool tel que de l'éthanol issu de la fermentation de matières végétales. Les matières végétales présentent l'avantage de pouvoir être cultivées en grande quantité, selon la demande, sur la majeure partie du globe terrestre et d'être renouvelables. The present invention relates to a process for the co-production of olefins and esters or acids from renewable raw materials. More specifically, the subject of the invention is a process for the co-production of olefins and esters or of acids by a metathesis reaction starting from unsaturated fatty substances, for example vegetable oils or their esters. and on the other hand ethylene obtained by dehydration of an alcohol such as ethanol derived from the fermentation of vegetable matter. Vegetable matter has the advantage of being able to be grown in large quantities, depending on the demand, on most of the terrestrial globe and to be renewable.
La réaction de métathèse des oléfines est une réaction bien connue de la chimie organique. Cette réaction, qui s'effectue en présence d'un système catalytique approprié, consiste en l'échange de groupes alkylidènes entre deux oléfines selon les équations suivantes : 1. Premier cas, dit de "self métathèse" ou "homométathèse" (c'est-à-dire de métathèse d'une molécule d'oléfine sur une molécule de la même oléfine) : 2R1CH=CHR2 c-> RICH=CHRI + R2CH=CHR2 The metathesis reaction of olefins is a well-known reaction of organic chemistry. This reaction, which is carried out in the presence of a suitable catalytic system, consists of the exchange of alkylidene groups between two olefins according to the following equations: 1. First case, called "self metathesis" or "homometathesis" (c ') that is, metathesis of an olefin molecule on a molecule of the same olefin): 2R1CH = CHR2 c-> RICH = CHRI + R2CH = CHR2
2. Second cas, dit de "métathèse croisée" ou "cross-metathesis" (c'est-à-dire de métathèse entre deux oléfines différentes) : R1CH=CHR2 + R3CH=CHR4 c-> R1CH=CHR3 + R1CH=CHR4 + R2CH=CHR3 + R2CH=CHR4 2. Second case, called "cross-metathesis" or "cross-metathesis" (that is, metathesis between two different olefins): R1CH = CHR2 + R3CH = CHR4 c-> R1CH = CHR3 + R1CH = CHR4 + R2CH = CHR3 + R2CH = CHR4
La réaction de métathèse des oléfines est une réaction équilibrée. Elle peut se produire en présence d'une grande variété de catalyseurs, le plus souvent à base de métaux de transition des groupes IVA à VIII, parmi lesquels le tungstène, le molybdène, le rhénium et le ruthénium, soit en phase homogène, soit en phase hétérogène. De nombreuses revues et ouvrages scientifiques traitent de cet aspect. On citera par exemple : K. J. Ivin and J. C. Mol dans "Olefin Metathesis and Metathesis Polymerization", San Diego, Academic Press (1997) ; The metathesis reaction of olefins is a balanced reaction. It can occur in the presence of a large variety of catalysts, most often based on transition metals of groups IVA to VIII, among which tungsten, molybdenum, rhenium and ruthenium, either in homogeneous phase, or in heterogeneous phase. Many journals and scientific books deal with this aspect. For example, K. J. Ivin and J. C. Mol in "Olefin Metathesis and Metathesis Polymerization", San Diego, Academic Press (1997);
"Handbook of Metathesis" R.H. Grubbs (Ed) Wiley-VCH, Weinheim (2003) ; J .C. Mol "Industrial Applications of Olefin Metathesis" J. Mol. Catal. 213, 39 (2004) ; "Handbook of Metathesis" R. H. Grubbs (Ed) Wiley-VCH, Weinheim (2003); J .C. Mol "Industrial Applications of Olefin Metathesis" J. Mol. Catal. 213, 39 (2004);
D. Séméril and P.H. Dixneuf, dans "Novel Metathesis Chemistry: Well-Defined Initiator Systems for Specialty Chemical Synthesis, Tailored Polymers and Advanced Material Applications" Y. Imamoglu and L. Bencze (Eds) Kluwer Academic Publishers, The Netherlands (2003) 1-21. D. Séméril and PH Dixneuf, in "Novel Metathesis Chemistry: Well-Defined Initiator Systems for Specialty Chemical Synthesis, Tailored Polymers and Advanced Material Applications" Y. Imamoglu and L. Bencze (Eds) Kluwer Academic Publishers, The Netherlands (2003) 1 -21.
Si l'une des oléfines est un ester d'acide gras insaturé, représenté par exemple par l'oléate de méthyle, la réaction conduit à l'obtention d'une ou plusieurs oléfines et d'un ou plusieurs esters insaturés. La réaction peut s'écrire : CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7000CH3 + R,CH=CHR2 c-> CH3(CH2)7CH=CHR1 + R2CH=CH-(CH2)7000CH3 + CH3(CH2)7CH=CHR2 + R1CH=CH-(CH2)7000CH3 Lorsque l'oléfine R1 HC=CHR2 est l'éthylène et qu'elle est utilisée en un excès suffisant pour déplacer l'équilibre, la réaction peut conduire à une alpha-oléfine et à un ester insaturé, qui sont, dans le cas particulier envisagé, le décène-1 et le 9-décénoate de méthyle. La réaction particulière peut s'écrire : CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7000CH3 + (excès) CH2=CH2 c-> CH3(CH2)7CH=CH2 + CH2=CH-(CH2)7000CH3 If one of the olefins is an unsaturated fatty acid ester, represented for example by methyl oleate, the reaction leads to the production of one or more olefins and one or more unsaturated esters. The reaction can be written as: CH3 (CH2) 7CH = CH- (CH2) 7000CH3 + R, CH = CHR2 c-> CH3 (CH2) 7CH = CHR1 + R2CH = CH- (CH2) 7000CH3 + CH3 (CH2) 7CH = CHR2 + R1CH = CH- (CH2) 7000CH3 When the olefin R1 HC = CHR2 is ethylene and is used in excess sufficient to shift the equilibrium, the reaction can lead to an alpha-olefin and an unsaturated ester, which are, in the particular case envisaged, decene-1 and 9-decenoate methyl. The particular reaction can be written: CH3 (CH2) 7CH = CH- (CH2) 7000CH3 + (excess) CH2 = CH2 c-> CH3 (CH2) 7CH = CH2 + CH2 = CH- (CH2) 7000CH3
Cette réaction est potentiellement d'un grand intérêt, car elle permet d'envisager la fabrication à partir d'une matière première pour l'essentiel d'origine végétale ou animale, donc renouvelable, des produits tels qu'une alpha-oléfine, dans le cas particulier envisagé le décène-1, qui est un intermédiaire recherché pour la pétrochimie, habituellement entièrement fabriqué à partir de matières premières comme l'éthylène. Cette réaction de métathèse par éthénolyse appliquée à des esters d'acides gras a été reportée dans de nombreuses publications ou revues scientifiques. À titre d'exemples, on peut citer, parmi les références les plus récentes : This reaction is potentially of great interest, since it makes it possible to envisage the manufacture from a raw material essentially of plant or animal origin, hence renewable, products such as an alpha-olefin, in which the particular case envisaged decene-1, which is a sought-after intermediate for petrochemicals, usually entirely manufactured from raw materials such as ethylene. This metathesis reaction by ethenolysis applied to fatty acid esters has been reported in numerous publications or scientific journals. As examples, among the most recent references are:
"Application of Olefin Metathesis in Oleochemistry: an Example of Green Chemistry" par J. C. Mol, Green Chemistry, 4, 5-13 (2002) ; "The Metathesis of Polyunsaturated Fatty Esters Using the Homogeneous W(O-2,6-C6H3X2)2C14/Me4Sn Catalytic Systems" par B.B. Marvey et coll. J. Mol. Catal. 213, 151-157 (2004) ; "Technological and Economical Aspects of the Metathesis of Unsaturated Esters" par M. Sibeijn et coll. JAOCS, 71, 6 (1994) ; "Application of Olefin Metathesis in Oleochemistry: An Example of Green Chemistry" by J. C. Mol, Green Chemistry, 4, 5-13 (2002); The Metathesis of Polyunsaturated Fatty Esters Using the Homogeneous W (O-2,6-C6H3X2) 2C14 / Me4Sn Catalyst Systems by B. B. Marvey et al. J. Mol. Catal. 213, 151-157 (2004); "Technological and Economical Aspects of the Metathesis of Unsaturated Esters" by M. Sibeijn et al. JAOCS, 71, 6 (1994);
"Polymer and Surfactants on the Basis of Renewable Resources" par S. Warwel et 10 coll. Chemosphere 43, 39-48 (2001) ; "Polymer and Surfactants on the Basis of Renewable Resources" by S. Warwel et al. Chemosphere 43, 39-48 (2001);
"Catalysis Metathesis of Unsaturated Fatty Acid Esters and Oils" par J.C. Mol, Topics in Catalysis, 27, 1, (2004). "Catalysis Metathesis of Unsaturated Fatty Acid Esters and Oils" by J. C. Mol, Topics in Catalysis, 27, 1, (2004).
15 Jusqu'à ce jour, personne ne s'est intéressé aux procédés de fabrication industriels de la source gazeuse de carbone, en l'occurrence de l'éthylène en amont de la co-production d'oléfines et d'ester par métathèse. Le procédé utilisé majoritairement pour la fabrication des sources gazeuses de carbone telles que les hydrocarbures gazeux est basé sur le craquage à haute 20 température du pétrole. Ce procédé exigeant des températures élevées (au moins 800°C) est très consommateur d'énergie, et nécessite en outre une séparation complexe et coûteuse de l'éthylène des autres co-produits. Ce type de procédé ne devient économiquement viable que pour des unités de très grandes tailles de plus en plus délocalisées près des sites producteurs de gaz ou de pétrole, où l'énergie est 25 bon marché. En outre, il met en oeuvre du pétrole dont les gisements s'épuisent rapidement ; son extraction est de plus en plus difficile (puits de grandes profondeurs), nécessitant des équipements lourds et chers, devant résister à des hautes températures (400-500°C). Le coût de fabrication des gaz de craquage augmente de jour en jour, ce qui va à l'encontre de la production en masse d'oléfine 30 et d'esters par métathèse à bas coût, condition essentielle pour assurer des débouchés commerciaux dans les applications mettant en jeux ces produits. Le procédé selon l'invention permet de s'affranchir de la consommation de pétrole, de réduire la consommation d'énergie, et de faire appel à des sources gazeuses issues de la culture de végétaux.5 En plus des avantages mentionnés ci-dessus, le procédé de co-production d'oléfines et d'ester ou d'acides selon l'invention permet d'améliorer significativement la productivité. Il permet, en outre, un coût plus faible de fabrication et un bilan énergétique favorable. D'autre part, tous les carbones présents dans la molécule finale sont d'origine renouvelable. Les unités de production utilisant une éthénolyse sont dimensionnées par la quantité d'huile à traiter, et sont de fait de petits consommateurs d'éthylène. La production d'oléfine par déshydratation d'éthanol s'adapte particulièrement bien aux petites production délocalisées. Un avantage de la coproduction d'oléfine par déshydratation d'éthanol et de la production d'esters ou d'acides selon l'invention est une très bonne intégration d'échelle des deux procédés. L'invention a pour objet un procédé de co-production d'oléfines et d'esters ou d'acides comprenant les étapes suivantes : a) la synthèse d'éthanol par fermentation d'au moins une matière végétale ; b) la déshydratation de l'éthanol obtenu en a) pour produire un mélange d'éthylène et d'eau ; et c) la mise en contact dans des conditions de métathèse, d'au moins : - un corps gras insaturé comprenant au moins un acide gras mono ou dicarboxylique comportant au moins une insaturation éthylénique ou au moins un ester formé entre au moins un acide gras mono ou dicarboxylique comportant au moins une insaturation éthylénique et au moins un monoalcool aliphatique ou au moins un polyol aliphatique, - de l'éthylène en excès produit à l'étape b), et -un catalyseur. To date, no one has been interested in the industrial manufacturing processes of the gaseous carbon source, namely ethylene upstream of the co-production of olefins and ester by metathesis. The process used primarily for the manufacture of gaseous carbon sources such as gaseous hydrocarbons is based on the high temperature cracking of the oil. This process requires high temperatures (at least 800 ° C) is very energy intensive, and further requires a complex and expensive separation of ethylene from other co-products. This type of process becomes economically viable only for very large units increasingly delocalised near the gas or oil producing sites, where the energy is cheap. In addition, it implements oil whose deposits are depleted rapidly; its extraction is increasingly difficult (wells of great depths), requiring heavy and expensive equipment, having to withstand high temperatures (400-500 ° C). The cost of manufacturing cracking gases is increasing day by day, which goes against the mass production of olefin and metathesis esters at low cost, which is essential to ensure commercial outlets in applications. putting these products into play. The method according to the invention makes it possible to overcome the consumption of oil, to reduce energy consumption, and to use gaseous sources derived from the cultivation of plants. In addition to the advantages mentioned above, the method for co-producing olefins and esters or acids according to the invention makes it possible to significantly improve productivity. It also allows a lower manufacturing cost and a favorable energy balance. On the other hand, all the carbons present in the final molecule are of renewable origin. Production units using ethenolysis are sized by the amount of oil to be treated, and are therefore small consumers of ethylene. Olefin production by dehydration of ethanol is particularly suitable for small delocalised production. An advantage of the olefin coproduction by dehydration of ethanol and the production of esters or acids according to the invention is a very good scale integration of the two processes. The invention relates to a process for the co-production of olefins and esters or acids comprising the following steps: a) the synthesis of ethanol by fermentation of at least one plant material; b) dehydrating the ethanol obtained in a) to produce a mixture of ethylene and water; and c) bringing into contact, under metathesis conditions, at least: an unsaturated fatty substance comprising at least one mono- or dicarboxylic fatty acid comprising at least one ethylenic unsaturation or at least one ester formed between at least one fatty acid; mono or dicarboxylic having at least one ethylenic unsaturation and at least one aliphatic monoalcohol or at least one aliphatic polyol, - excess ethylene produced in step b), and a catalyst.
Dans le procédé de l'invention, on peut traiter l'acide gras soit sous sa forme acide soit sous sa forme ester. Le passage d'une forme à l'autre s'effectue par méthanolyse, estérification ou hydrolyse. Pour la facilité de l'exposé la suite de la description visera principalement l'ester sachant que la réaction est immédiatement transposable à l'acide. De même, la réaction s'applique aussi bien aux acides gras monocarboxyliques qu'aux diacides. Ces derniers peuvent être produits soit par fermentation soit par homométathèse des acides carboxyliques insaturés. Pour la facilité de l'exposé, la suite de la description visera principalement le monoacide ou le monoester . In the process of the invention, the fatty acid can be treated either in its acid form or in its ester form. The passage from one form to the other is carried out by methanolysis, esterification or hydrolysis. For the sake of simplicity, the remainder of the description will be directed primarily to the ester, knowing that the reaction is immediately transposable to the acid. Similarly, the reaction applies to both monocarboxylic fatty acids and diacids. These can be produced either by fermentation or by homometathesis of unsaturated carboxylic acids. For the sake of ease of presentation, the remainder of the description will be directed mainly to monoacid or monoester.
La première étape du procédé selon l'invention comprend la fermentation d'au moins une matière végétale pour produire de l'éthanol. Cette matière végétale peut notamment être choisie parmi les sucres, l'amidon et les extraits de plantes en contenant, parmi lesquelles on peut citer la betterave, la canne à sucre, les céréales telles que le blé, l'orge, le sorgho ou le maïs, ainsi que la pomme de terre, sans que cette liste ne soit limitative. Il peut alternativement s'agir de biomasse (mélange de cellulose, hémicellulose et lignine). On obtient alors par fermentation, par exemple à l'aide de Saccharomyces cerevisiae, de l'éthanol. La matière végétale mise en oeuvre se trouve généralement sous forme hydrolysée avant l'étape de fermentation. The first step of the process according to the invention comprises the fermentation of at least one plant material to produce ethanol. This plant material may especially be chosen from sugars, starch and plant extracts containing it, among which may be mentioned beet, sugar cane, cereals such as wheat, barley, sorghum or wheat. corn, as well as the potato, without this list being exhaustive. It can alternatively be biomass (mixture of cellulose, hemicellulose and lignin). Then, by fermentation, for example with the aid of Saccharomyces cerevisiae, ethanol is obtained. The plant material used is generally in hydrolysed form before the fermentation stage.
Cette étape préliminaire d'hydrolyse permet ainsi, par exemple, la saccharification de l'amidon pour le transformer en glucose, ou la transformation du sucrose en glucose. Ces procédés de fermentation sont bien connus de l'homme du métier. Ils comprennent par exemple la fermentation des matières végétales en présence d'une ou plusieurs levures, suivie d'une distillation permettant de récupérer l'éthanol sous forme de solution aqueuse plus concentrée qui est ensuite traitée en vue d'augmenter encore sa concentration molaire en éthanol. Dans la seconde étape du procédé selon l'invention, l'éthanol obtenu par fermentation est déshydraté de préférence dans un premier réacteur en un mélange d'alcène et d'eau. On préfère que l'éthanol soit injecté en tête du premier réacteur. This preliminary hydrolysis step thus allows, for example, the saccharification of starch to transform it into glucose, or the transformation of sucrose into glucose. These fermentation processes are well known to those skilled in the art. They include for example the fermentation of vegetable matter in the presence of one or more yeasts, followed by distillation to recover ethanol as a more concentrated aqueous solution which is then treated to further increase its molar concentration. ethanol. In the second step of the process according to the invention, the ethanol obtained by fermentation is dehydrated preferably in a first reactor in a mixture of alkene and water. It is preferred that the ethanol is injected at the top of the first reactor.
Cette étape de déshydratation est généralement conduite en présence d'un catalyseur, qui peut notamment être à base de yûalumine dans le cas de l'éthanol. Un exemple de catalyseur adapté à la déshydratation de l'éthanol est notamment commercialisé par la société EUROSUPPORT sous la dénomination commerciale ESM 110 . Il s'agit d'une alumine trilobique non dopée contenant peu de Na2O résiduel (habituellement 0,04%). L'homme du métier saura choisir les conditions opératoires optimales pour cette étape de déshydratation. A titre d'exemple, il a été démontré qu'un ratio du débit volumique d'éthanol liquide au volume de catalyseur de 1 h-' et une température moyenne du lit catalytique de 400°C conduisaient à une conversion quasi-totale de l'éthanol avec une sélectivité en éthylène de l'ordre de 98%. L'éthylène obtenu dans cette étape du procédé selon l'invention est destiné à être utilisé en excès dans une réaction de métathèse avec un corps gras. This dehydration step is generally carried out in the presence of a catalyst, which may in particular be based on yumalumine in the case of ethanol. An example of a catalyst suitable for the dehydration of ethanol is in particular marketed by the company EUROSUPPORT under the trade name ESM 110. It is an undoped trilobal alumina containing little residual Na2O (usually 0.04%). Those skilled in the art will be able to choose the optimal operating conditions for this dehydration step. By way of example, it has been demonstrated that a ratio of liquid ethanol volume flow rate to catalyst volume of 1 hr and an average catalyst bed temperature of 400 ° C resulted in an almost total conversion of the catalyst. ethanol with an ethylene selectivity of the order of 98%. The ethylene obtained in this stage of the process according to the invention is intended to be used in excess in a metathesis reaction with a fatty substance.
Le procédé objet de l'invention est utilisé pour obtenir des compositions particulières de produits, qui seront séparés en plusieurs fractions distinctes ayant chacune un usage différent. L'étape c) du procédé objet de l'invention s'adresse à tout corps gras comprenant au moins un acide gras mono ou dicarboxylique ou un ester formé entre au moins un acide gras mono ou dicarboxylique et au moins un composé aliphatique saturé hydroxylé (monoalcool ou polyol), le monoalcool étant par exemple un monoalcool aliphatique de 1 à 8 atomes de carbone, et un polyol particulier étant le glycérol (cas des huiles végétales insaturées). The method of the invention is used to obtain particular compositions of products, which will be separated into several distinct fractions each having a different use. Stage c) of the process which is the subject of the invention is directed to any fatty substance comprising at least one mono- or dicarboxylic fatty acid or an ester formed between at least one mono or dicarboxylic fatty acid and at least one hydroxylated saturated aliphatic compound ( monoalcohol or polyol), the monoalcohol being for example an aliphatic monoalcohol of 1 to 8 carbon atoms, and a particular polyol being glycerol (case of unsaturated vegetable oils).
L'étape c) a lieu de préférence dans un second réacteur. Le procédé objet de l'invention peut comprendre en outre une étape au cours de laquelle on sépare une fraction oléfinique contenant des dioléfines et des monooléfines ; et une composition contenant des esters ou des diacides. Par acide gras on entend au sens de la présente invention un acide monocarboxylique ou dicarboxylique comprenant au moins 10, de préférence au moins 12 atomes ou 14 atomes de carbone et comportant au moins une insaturation éthylénique. De préférence, ledit acide gras est un acide gras naturel issu des milieux végétal ou animal, y compris les algues, plus généralement du règne végétal. Step c) preferably takes place in a second reactor. The method which is the subject of the invention may furthermore comprise a step during which an olefinic fraction containing diolefins and monoolefins is separated off; and a composition containing esters or diacids. For the purposes of the present invention, the term "fatty acid" means a monocarboxylic or dicarboxylic acid comprising at least 10, preferably at least 12, or 14 carbon atoms and comprising at least one ethylenic unsaturation. Preferably, said fatty acid is a natural fatty acid derived from plant or animal media, including algae, more generally from the plant kingdom.
On peut citer à titre d'exemples de tels acides, les acides en C10, les acides obtusilique (cis-4-décénoique), les acides en C12, les acides lauroléique (cis-5-dodécénoique)) et lindérique (cis-4-dodécénoique), les acides en C14, les acides myristoléique (cis-9-tétradécénoique), physétérique (cis-5-tetradécénoique) et tsuzuique (cis-4-tetradécénoique), l'acide en C16, l'acide palmitoléique (cis-9- hexadécénoique), les acides en C18, les acides oléique (cis-9-octadécénoique), élaidique (trans-9-octadécénoique), pétrosélinique (cis-6-octadécénoique), vaccénique (cis-11-octadécénoique) et ricinoléique (12-hydroxy--cis-9-octadécénoique), les acides en C20, les acides gadoléique (cis-9-eicosénoique), gondoique (cis-11-eicosénoique), l'acide cis-5-eicosènoique et l'acide lesquerolique (14-hydroxy-cis-11-eicosénoique), les acides en C22, les acides cétoléique (cis-11- docosénoique) et érucique (cis-13-docosénoique). Comme diacides insaturés on peut citer les diacides en C12 (5-dodécénedioique et 4-dodécénedioique), les diacides en C14, (5-tetradécénedioique, 4-tetradécénedioique), le diacide en C16 (7-hexadécénedioique), les diacides en C18 (9-octadécénedioique, 6-octadécénedioique, 7-octadécénedioique et 7-hydroxy--9-octadécénedioique), les diacides en C20 (9-eicosénedioique, 5-eicosènedioique et 7-hydroxy-9-eicosénoique), les diacides en C22, (11-docosénedioique et 9-docosénedioique). Examples of such acids include C 10 acids, obtusilic (cis-4-decenoic) acids, C 12 acids, lauroleic (cis-5-dodecenoic) and linderic (cis-4) acids. -dodecenoic), C14 acids, myristoleic (cis-9-tetradecenoic), physeteric (cis-5-tetradecenoic) and tsuzuic (cis-4-tetradecenoic) acids, C16 acid, palmitoleic acid (cis Hexadecenoic acid), C18 acids, oleic (cis-9-octadecenoic), elaidic (trans-9-octadecenoic), petroselinic (cis-6-octadecenoic), vaccenic (cis-11-octadecenoic) and ricinoleic acids (12-hydroxy-cis-9-octadecenoic), C20 acids, gadoleic (cis-9-eicosenoic), gondoic (cis-11-eicosenoic), cis-5-eicosenoic and acidic acids. lesquerolic (14-hydroxy-cis-11-eicosenoic), C22 acids, ketoleic (cis-11-docosenoic) and erucic (cis-13-docosenoic) acids. Examples of unsaturated diacids that may be mentioned are C12 diacids (5-dodecenedioic acid and 4-dodecenedioic acid), C14 diacids, (5-tetradecenedioic acid, 4-tetradecenedioic acid), C16 diacid (7-hexadecenedioic acid), C18 diacids ( 9-octadecenedioic, 6-octadecenedioic, 7-octadecenedioic and 7-hydroxy-9-octadecenedioic), diacids in C20 (9-eicosenedioic, 5-eicosenedioic and 7-hydroxy-9-eicosenoic), diacids in C22, ( 11-docosedioic and 9-docosenedioic).
Ces divers acides sont issus des huiles végétales extraites de diverses plantes telles que le tournesol, le colza, le ricin, le lesquerella, l'olive, le soja, le palmier, la coriandre, le céleri, l'aneth, la carotte, le fenouil, le Limnanthes Alba (meadowfoam). Ils sont issus également du monde animal terrestre ou marin, et dans ce dernier cas, aussi bien sous forme de poissons, de mammifères que d'algues. Il s'agit en général de graisses provenant de ruminants, de poissons comme la morue, ou de mammifères marins comme les baleines ou les dauphins. Plus particulièrement, le procédé de l'invention peut s'appliquer aux esters de l'acide oléique, acide gras dont la chaîne est porteuse d'une seule insaturation. Dans ce cas, la réaction d'éthénolyse conduit à la formation de seulement deux produits, le décène-1 et un ester de l'acide 9-décènoique. Cependant, il n'existe pas dans la nature de corps gras d'origine végétale ou animale dont les chaînes grasses seraient exclusivement constituées de chaînes oléiques. L'obtention d'un ester de l'acide oléique pur nécessite donc de recourir à une opération de séparation et de purification. De même, pour les autres acides gras insaturés qui sont tous présents sous forme de mélanges. Si l'une des oléfines est un ester d'acide gras di-insaturé, tel qu'un ester méthylique de l'acide linoléique et l'autre oléfine de l'éthylène, utilisé en un excès suffisant, la réaction de métathèse conduira à l'obtention d'une oléfine, l'heptène-1, d'une di-oléfine, le pentadiène-1,4 et d'un ester insaturé, le 9-décènoate de méthyle. These various acids are derived from vegetable oils extracted from various plants such as sunflower, rapeseed, castor oil, lesquerella, olive, soy, palm, coriander, celery, dill, carrot, fennel, the Limnanthes Alba (meadowfoam). They are also derived from the terrestrial or marine animal world, and in the latter case, both in the form of fish, mammals and algae. These are usually fats derived from ruminants, fish such as cod, or marine mammals such as whales or dolphins. More particularly, the process of the invention can be applied to esters of oleic acid, a fatty acid whose chain carries a single unsaturation. In this case, the ethenolysis reaction leads to the formation of only two products, decene-1 and a 9-decenoic acid ester. However, in nature there are no fatty substances of plant or animal origin whose fatty chains consist exclusively of oleic chains. Obtaining an ester of pure oleic acid therefore requires the use of a separation and purification operation. Similarly, for other unsaturated fatty acids that are all present as mixtures. If one of the olefins is a di-unsaturated fatty acid ester, such as a linoleic acid methyl ester and the other ethylene olefin, used in sufficient excess, the metathesis reaction will lead to obtaining an olefin, heptene-1, a di-olefin, pentadiene-1,4 and an unsaturated ester, methyl 9-decenoate.
La réaction peut s'écrire : CH3(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOCH3 + 2CH2=CH2 c=> CH3(CH2)4-CH=CH2 + CH2=CH-CH2-CH=CH2 + CH2=CH-(CH2)7-COOCH3 Dans cette réaction, on suppose que la réaction de métathèse par éthénolyse est complète, c'est-à-dire que toutes les insaturations de la chaîne linoléate ont réagi avec l'éthylène utilisé en excès. Cependant, une réaction de métathèse incomplète,30 c'est-à-dire impliquant une seule des deux insaturations de la chaîne linoléate, pourra conduire aux produits suivants : CH3(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOCH3 + CH2=CH2 c-> CH3(CH2)4-5 CH=CH-CH2-CH=CH2 + CH2=CH-CH2-CH=CH-(CH2),-COOCH3 On pourrait appliquer les mêmes réactions à toutes les chaînes insaturées d'acides gras connues, par exemple les chaînes d'acide tri-insaturées de type linolénique. Le nombre de produits potentiellement possible sera d'autant plus important que le The reaction can be written: ## STR3 ## In this reaction, it is assumed that the metathesis reaction by ethenolysis is complete, that is to say that all the unsaturations of the linoleate chain have reacted with ethylene used in excess. However, an incomplete metathesis reaction, i.e. involving only one of the two unsaturations of the linoleate chain, may lead to the following products: CH 3 (CH 2) 4 -CH = CH-CH 2 -CH = CH- ( CH2) 7-COOCH3 + CH2 = CH2 c-> CH3 (CH2) 4-5 CH = CH-CH2-CH = CH2 + CH2 = CH-CH2-CH = CH- (CH2), - COOCH3 The same may be applied reactions to all unsaturated chains of known fatty acids, for example linolenic tri-unsaturated acid chains. The number of potentially possible products will be all the more important as the
10 nombre d'insaturations portées par la chaîne sera élevé. La réaction de métathèse par éthénolyse peut également s'appliquer, non plus à un ester de monoalcool d'acide gras insaturé, mais au triglycéride correspondant. La réaction pourrait par exemple s'écrire : The number of unsaturations carried by the chain will be high. The metathesis reaction by ethenolysis may also apply, no longer to an unsaturated fatty acid monoalcohol ester, but to the corresponding triglyceride. The reaction could for example be written:
15 CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOCH2CH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-0O0CH + 1 3CH2=CH2 aCH3(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOCH2 CH2=CH-(CH2)7-COOCH2 CH3 (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-COOCH2CH3 (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-OOCH + 1 3CH2 = CH2 aCH3 (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-COOCH2 CH2 = CH- (CH2) 7-COOCH2
CH2=CH-(CH2)7-000CH + 3 CH3(CH2)4-CH=CH2 CH2 = CH- (CH2) 7-000CH + 3 CH3 (CH2) 4-CH = CH2
20 CH2=CH-(CH2)7-COOCH2 Si l'on applique cette réaction de métathèse par éthénolyse, non plus à une chaîne unique d'acide gras par exemple oléique ou linoléique comme CH 2 = CH- (CH 2) 7 -COOCH 2 If this metathesis reaction is applied by ethenolysis, either to a single fatty acid chain, for example oleic or linoleic, as
25 précédemment, mais à un mélange de ces chaînes d'acides gras, comme c'est le cas dans la réalité lorsque l'on a affaire à des produits d'origine végétale ou animale, on obtiendra un mélange des produits issus de la métathèse par éthénolyse de chacune des chaînes grasses impliquées. 25 previously, but to a mixture of these fatty acid chains, as is the case in reality when we are dealing with products of plant or animal origin, we will obtain a mixture of products from metathesis by ethenolysis of each of the fatty chains involved.
La nature des produits obtenus, ainsi que leur quantité dépendront donc de la 30 composition en acides gras (nature et abondance) de la matière première grasse utilisée. The nature of the products obtained, as well as their quantity, will therefore depend on the fatty acid composition (nature and abundance) of the fat raw material used.
L'obtention de produits riches en décène-1 implique par exemple l'utilisation d'une matière première riche en esters de l'acide oléique. Dans ce cas, l'huile végétale utilisée (ou l'ester de monoalcool de cette huile) est choisie parmi l'huile de tournesol oléique ou l'huile de colza oléique (ou les esters de monoalcool de ces huiles). Ces huiles particulières et les esters de monoalcools dérivés de ces huiles sont caractérisés par leur composition en acides gras, notamment par la nature et la proportion de leurs acides gras insaturés. Dans ces huiles, les acides ou dans les esters de monoalcool de ces acides, en général au moins 80 % des chaînes d'acides gras sont constituées de chaînes oléiques, la teneur en chaînes grasses linoléiques n'excède pas 12 % et la teneur en chaînes grasses linoléniques n'excède pas 0,3 %. Aucune autre chaîne oléfinique n'est présente dans ces huiles ou dans les esters de monoalcool de ces huiles à une teneur supérieure à 0,3 %, tandis que la teneur en chaînes saturées par exemple palmitique ou stéarique est comprise entre 5 % et 15 0/0. Ces huiles peuvent être utilisées sous leur forme naturelle triglycéride ou sous la forme d'un mélange d'esters de monoalcool, comme par exemple le méthanol, l'éthanol, le propanol ou plus généralement tout monoalcool renfermant de 1 à 8 atomes de carbone. Les réactions et les produits formés sont les suivants dans le cas d'un ester d'un monoalcool représenté par exemple par du méthanol d'une huile de tournesol oléique ou de colza oléique : CH3(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOCH3 + CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7000CH3 + (excès) CH2=CH2 C-> CH3(CH2)4-CH=CH2 + CH2=CH-CH2-CH=CH2 + CH2=CH-(CH2)7-COOCH3 + CH3(CH2)7CH=CH2 Obtaining products rich in decene-1 involves for example the use of a raw material rich in oleic acid esters. In this case, the vegetable oil used (or the monoalcohol ester of this oil) is chosen from oleic sunflower oil or oleic rapeseed oil (or the monoalcohol esters of these oils). These particular oils and esters of monoalcohols derived from these oils are characterized by their fatty acid composition, in particular by the nature and the proportion of their unsaturated fatty acids. In these oils, the acids or in the monoalcohol esters of these acids, in general at least 80% of the fatty acid chains consist of oleic chains, the content of linoleic fatty chains does not exceed 12% and the content of linolenic fatty chains does not exceed 0.3%. No other olefinic chain is present in these oils or in the monoalcohol esters of these oils at a content greater than 0.3%, whereas the content of saturated chains, for example palmitic or stearic, is between 5% and 15%. / 0. These oils can be used in their natural triglyceride form or in the form of a mixture of monoalcohol esters, for example methanol, ethanol, propanol or, more generally, any monoalcohol containing from 1 to 8 carbon atoms. The reactions and the products formed are the following in the case of an ester of a monoalcohol represented for example by methanol of an oleic sunflower or oleic rapeseed oil: CH 3 (CH 2) 4 -CH = CH-CH 2 CH = CH- (CH2) 7-COOCH3 + CH3 (CH2) 7CH = CH- (CH2) 7000CH3 + (excess) CH2 = CH2 C-> CH3 (CH2) 4-CH = CH2 + CH2 = CH-CH2-CH = CH2 + CH2 = CH- (CH2) 7-COOCH3 + CH3 (CH2) 7CH = CH2
Dans tous les cas, les esters d'acides gras saturés présents dans l'huile de tournesol oléique ou l'huile de colza oléique ou dans les esters de monoalcools de ces huiles ne sont pas réactifs dans les réactions de métathèse et sont retrouvrés à la fin de l'opération. Ils ne sont donc pas représentés ici dans les équations. In all cases, the saturated fatty acid esters present in the oleic sunflower oil or the oleic rapeseed oil or in the monoalcohol esters of these oils are not reactive in the metathesis reactions and are recovered at the same time. end of the operation. They are not represented here in the equations.
Dans tous les cas, lorsque la réaction de métathèse est complète, on peut classer 30 les produits obtenus en quatre familles : les monooléfines de type alpha-oléfines : décène-1 et heptène-1 ; une dioléfine, le pentadiène-1,4 ; les esters insaturés, qu'ils soient sous la forme 9-décènoate de monoalcool ou sous la forme de triglycéride de l'acide 9-décènoique ; les esters saturés présents dans la matière première et qui ne sont pas concernés par la réaction de métathèse. Si la réaction de métathèse n'est pas complète, s'ajouteront à ces produits des esters des acides oléique et linoléique résiduels sous la forme d'esters de monoalcool ou sous la forme de triglycérides. Le procédé selon la présente invention peut comprendre une étape de séparation des oléfines par évaporation. En effet, on peut aisément séparer les monooléfines (pa r exemple décène-1 et heptène-1) et la dioléfine (pentadiène-1,4) du milieu réactionnel par évaporation, leurs températures d'ébullition respectives étant de 166,5 ° C, 94 ° C et 26 ° C, donc très inférieures à celle des esters présents et formés. Dans le procédé selon la présente invention, on peut ensuite soumettre le mélange d'oléfines isolé précédemment à une distillation visant à séparer le 1,4-pentadiène, le 1-heptène et le 1-décène, ainsi que tout excès d'éthylène. L'éthylène en excès peut être réutilisé lors d'une nouvelle réaction de métathèse, tandis que chacune des autres mono- (ou di-)oléfines peut être valorisée et utilisée séparément. Après évaporation de la fraction purement oléfinique (mono- et di-oléfines), le milieu réactionnel résiduel contient en conséquence un mélange d'esters, c'est-à-dire un ester de l'acide 9-décènoique sous la forme ester de monoalcool ou sous la forme triester du glycérol, selon la matière première utilisée (huile ou ester de monoalcool de cette huile), et aussi les esters des acides saturés présents dans la matière première, c'est-à-dire les esters des acides palmitique et stéarique sous la forme esters de monoalcool ou sous la forme triesters du glycérol, selon la matière première utilisée. Ces structures saturées n'étant pas concernées par la réaction de métathèse. Cette fraction ester peut être définie par sa composition, qui découle de la composition de l'huile ou du mélange d'esters de monoalcool d'huile utilisé au départ. A partir d'une huile telle que définie précédemment (huile de tournesol oléique ou l'huile de colza oléique) ou d'un mélange d'esters de monoalcool d'une de ces huiles, la composition en mono- et di-oléfines pourra être telle qu'indiquée plus loin. Par réaction de métathèse de l'huile de tournesol oléique ou de l'huile de colza oléique ou de leurs esters de monoalcool avec l'éthylène, utilisé en excès, il est possible d'obtenir isolément : d'une part, une fraction oléfinique renfermant majoritairement (c'est-à-dire au moins 80 %) du décène-1, ainsi que de l'heptène-1 et du pentadiène-1,4 ; et d'autre part, une composition d'esters de monoalcool ou du glycérol riche en ester d'acide insaturé en C10. A partir d'une huile dont plus de 80 % des chaînes grasses sont constituées d'acide oléique ou d'un mélange d'esters de monoalcool d'une telle huile, une réaction de métathèse par éthénolyse conduira, si le rendement de cette réaction est au moins de 80 %, d'une part, à une fraction oléfinique majoritaire en décène-1 ; et d'autre part, après élimination par évaporation des mono- et di-oléfines, à un mélange d'esters dont plus de la moitié des chaînes sera constituée de chaînes insaturées en C10. Une telle composition ne correspond à aucun corps gras connu. In all cases, when the metathesis reaction is complete, the products obtained can be classified into four families: alphaolefin-type monoolefins: decene-1 and heptene-1; a diolefin, 1,4-pentadiene; unsaturated esters, whether in the form of 9-decenoate of monoalcohol or in the form of triglyceride of 9-decenoic acid; the saturated esters present in the raw material and which are not affected by the metathesis reaction. If the metathesis reaction is not complete, there will be added to these products esters of residual oleic and linoleic acids in the form of monoalcohol esters or in the form of triglycerides. The process according to the present invention may comprise a step of separating olefins by evaporation. Indeed, it is easy to separate the monoolefins (pa r example decene-1 and hepten-1) and diolefin (pentadiene-1,4) from the reaction medium by evaporation, their respective boiling temperatures being 166.5 ° C. 94 ° C and 26 ° C, therefore much lower than that of esters present and formed. In the process according to the present invention, the previously isolated olefin mixture can then be subjected to distillation to separate 1,4-pentadiene, 1-heptene and 1-decene, as well as any excess ethylene. The excess ethylene can be reused in a new metathesis reaction, while each of the other mono- (or di-) olefins can be recovered and used separately. After evaporation of the pure olefinic fraction (mono- and di-olefins), the residual reaction medium contains accordingly a mixture of esters, that is to say an ester of 9-decenoic acid in the form of monoalcohol or in the triester form of glycerol, depending on the raw material used (oil or monoalcohol ester of this oil), and also the esters of saturated acids present in the raw material, that is to say the esters of palmitic acids and stearic in the form of monoalcohol esters or triesters of glycerol, depending on the raw material used. These saturated structures are not concerned by the metathesis reaction. This ester fraction can be defined by its composition, which results from the composition of the oil or the mixture of esters of monoalcohol oil used initially. From an oil as defined above (oleic sunflower oil or oleic rapeseed oil) or a mixture of monoalcohol esters of one of these oils, the composition of mono- and di-olefins may be be as indicated below. By metathesis reaction of oleic sunflower oil or oleic rapeseed oil or their monoalcohol esters with ethylene, used in excess, it is possible to obtain in isolation: on the one hand, an olefinic fraction containing predominantly (ie at least 80%) decene-1, as well as hepten-1 and pentadiene-1,4; and on the other hand, a monoalcohol ester composition or glycerol rich in C10 unsaturated acid ester. From an oil of which more than 80% of the fatty chains consist of oleic acid or a mixture of monoalcohol esters of such an oil, a metathesis reaction by ethenolysis will lead, if the yield of this reaction is at least 80%, on the one hand, with an olefinic fraction predominant in decene-1; and secondly, after removal by evaporation of the mono- and di-olefins, a mixture of esters of which more than half of the chains will consist of unsaturated C10 chains. Such a composition does not correspond to any known fatty substance.
Un tel mélange d'esters est caractéristique en ce que sa concentration en chaînes insaturées en C10 est très élevée. Il est caractérisé également par la position de l'insaturation située entre l'atome de carbone en position 9 et celui en position 10 sur la chaîne carbonée. Cette position de l'insaturation est différente de celle observée dans les produits naturels. Such a mixture of esters is characteristic in that its concentration of unsaturated C10 chains is very high. It is also characterized by the position of the unsaturation located between the carbon atom in position 9 and that in position 10 on the carbon chain. This position of unsaturation is different from that observed in natural products.
On peut considérer par exemple un ester méthylique d'une huile de tournesol oléique dont la composition est la suivante : oléate de méthyle : environ 83 % en masse, linoléate de méthyle : environ 10 % en masse, palmitate de méthyle : environ 3 % en masse, stéarate de méthyle : environ 4 % en masse. For example, a methyl ester of an oleic sunflower oil whose composition is as follows: methyl oleate: about 83% by weight, methyl linoleate: about 10% by weight, methyl palmitate: about 3% by weight mass, methyl stearate: about 4% by weight.
Lorsque la réaction de métathèse est complète - c'est-à-dire lorsque chaque insaturation portée par les chaînes grasses aura réagi avec une mole d'éthylène selon le schéma réactionnel décrit précédemment -, elle conduira à un mélange ayant la composition suivante : décène-1 : environ 35,8 % en masse, heptène-1 : environ 3,0 % en masse, pentadiène-1,4 : environ 2,1 % en masse, 9-décènoate de méthyle : environ 52,7 % en masse, palmitate de méthyle : environ 2,75 % en masse, stéarate de méthyle : environ 3,65 % en masse. When the metathesis reaction is complete - that is to say when each unsaturation carried by the fatty chains has reacted with one mole of ethylene according to the reaction scheme described above - it will lead to a mixture having the following composition: decene -1: about 35.8% by weight, heptene-1: about 3.0% by weight, pentadiene-1,4: about 2.1% by weight, methyl 9-decenoate: about 52.7% by weight methyl palmitate: about 2.75% by weight, methyl stearate: about 3.65% by weight.
Une opération d'évaporation à une température inférieure à 180°C permettra d'isoler une coupe oléfinique ayant la composition suivante 5 décène-1 : environ 87,5 % en masse heptène-1 : environ 7,3 % en masse pentadiène-1,4 : environ 5,1 % en masse. Ces composés pourront être séparés par distillation dans une étape ultérieure selon des méthodes connues. 10 La fraction ester non évaporée présentera la composition suivante 9-décènoate de méthyle : environ 89,2 % en masse palmitate de méthyle : environ 4,6 % en masse stéarate de méthyle : environ 6,2 % en masse An evaporation operation at a temperature below 180 ° C. will make it possible to isolate an olefinic fraction having the following composition: decene-1: about 87.5% by mass 1-heptene: about 7.3% by weight pentadiene-1 , 4: about 5.1% by weight. These compounds can be separated by distillation in a subsequent step according to known methods. The unvaporated ester fraction will have the following composition methyl 9-decenoate: about 89.2% by weight methyl palmitate: about 4.6% by weight methyl stearate: about 6.2% by weight
15 Si la matière première utilisée est une huile de tournesol oléique sous sa forme triglycéride, la fraction oléfinique sera comparable et les esters obtenus seront de type triglycérides au lieu d'être sous la forme d'ester méthylique. Dans ce cas, pour un même rendement de réaction, les compositions en acides gras seront très peu différentes. 20 Ainsi, dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'on soumet à la réaction de métathèse un corps gras insaturé choisi parmi les huiles de tournesol oléiques et les huiles de colza oléiques, pour produire à la fois une fraction oléfinique et une composition d'esters de glycérol dont au moins une partie des chaînes est constituée de chaînes insaturées en C10. 25 Alternativement, l'on soumet à la réaction de métathèse un corps gras insaturé choisi parmi les mélanges d'esters de monoalcool des huiles de tournesol oléiques et des huiles de colza oléiques, pour produire à la fois une fraction oléfinique et une composition d'esters de monoalcool dont au moins une partie des chaînes est constituée de chaînes insaturées en C10. 30 Dans le cas d'un mélange d'esters d'un monoalcool différent du méthanol, le rapport massique entre les fractions oléfinique et ester dépendra de la masse molaire du monoalcool considéré ; cependant le rapport molaire entre les produits obtenus restera identique, car il ne dépend que du rendement des réactions. If the raw material used is oleic sunflower oil in its triglyceride form, the olefinic fraction will be comparable and the esters obtained will be of triglyceride type instead of being in the form of methyl ester. In this case, for the same reaction yield, the fatty acid compositions will be very little different. Thus, in a particular embodiment of the invention, an unsaturated fatty substance selected from oleic sunflower oils and oleic rapeseed oils is subjected to the metathesis reaction to produce both an olefinic fraction and a glycerol ester composition of which at least a part of the chains consists of unsaturated C10 chains. Alternatively, the unsaturated fatty substance selected from the mixtures of monoalcohol esters of oleic sunflower oils and oleic rapeseed oils is subjected to the metathesis reaction, to produce both an olefinic fraction and a composition of monoalcohol esters of which at least a part of the chains consists of unsaturated C10 chains. In the case of a mixture of esters of a monoalcohol different from methanol, the mass ratio between the olefinic and ester fractions will depend on the molar mass of the monoalcohol considered; however, the molar ratio between the products obtained will remain the same, since it depends only on the yield of the reactions.
Par hydrogénation totale ou partielle ultérieure des insaturations, un tel mélange conduira à un mélange d'esters dont la composition est comparable à celle des huiles de coprah ou de palmiste ou de leurs esters dérivés, dans le sens où la majorité des chaînes sont saturées et porteuses d'un nombre d'atome de carbone inférieur à 12. Les applications connues et possibles de ces huiles - dont la culture n'est pas pratiquée à grande échelle en Europe - ou de leurs dérivés pourront être envisagées pour les fractions esters issues de la métathèse des huiles de l'invention ou de leurs esters de monoalcool. Ces applications concernent notamment la fabrication de savons par saponification, la fabrication d'acides gras par hydrolyse, etc. Le décène-1 est un intermédiaire de synthèse très recherché. Il intervient notamment dans la fabrication de poly alpha oléfines qui sont des lubrifiants de synthèse ainsi que dans la préparation d'alcools et dans bien d'autres procédé de fabrication en chimie industrielle. By total or partial hydrogenation of the unsaturations, such a mixture will lead to a mixture of esters whose composition is comparable to that of coconut oil or palm kernel or their derived esters, in the sense that the majority of the chains are saturated and with a carbon number of less than 12. Known and possible applications of these oils - which are not grown on a large scale in Europe - or their derivatives may be considered for ester fractions derived from metathesis of the oils of the invention or their monoalcohol esters. These applications concern especially the manufacture of soaps by saponification, the manufacture of fatty acids by hydrolysis, etc. Decene-1 is a highly sought-after synthetic intermediate. He is involved in the manufacture of poly alpha olefins, which are synthetic lubricants, as well as in the preparation of alcohols and in many other manufacturing processes in industrial chemistry.
L'heptène-1 et le pentadiène-1,4 sont des intermédiaires de synthèse généralement issus du craquage de coupes pétrolières ou de charbon. Par le procédé selon l'invention, ces composés sont donc accessibles, non plus uniquement à partir de matière première d'origine fossile, mais majoritairement ou totalement à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse, comme l'huile de tournesol oléique ou l'huile de colza oléique d'une part, et l'éthylène d'autre part. Par exemple une mole de décène-1 peut être obtenue à partir d'une chaîne d'acide gras et d'une demi-mole d'éthylène. Les catalyseurs utilisés dans le procédé de l'invention, à l'étape c), pour effectuer la réaction de métathèse des corps gras insaturés avec de l'éthylène en excès peuvent consister en tout catalyseur connu de métathèse et en particulier des catalyseurs comprenant au moins un composé du ruthénium. Les catalyseurs au ruthénium sont choisis de préférence parmi les catalyseurs chargés ou non chargés de formule générale : (X1 )a (X2)bRu(carbène C) (L1)c(L2)d dans laquelle : • a, b, c, d sont des nombres entiers avec a et b égaux à 0, 1 ou 2 ; c et d égaux à 0, 1, 2,3ou4; • X1 et X2, identiques ou différents, représentent chacun un ligand mono- ou multi-_chélatant, chargé ou non ; à titre d'exemples, on pourra citer les halogénures, le sulfate, le carbonate, les carboxylates, les alcoolates, les phénates, les amidures, le tosylate, l'hexafluorophosphate, le tétrafluoroborate, le bis-_triflylamidure, le tétraphénylborate et dérivés. X1 ou X2 peuvent être liés à Y1 ou Y2 ou au (carbène C) de façon à former un ligand bidenté (ou chélate) sur le ruthénium ; et • L1 et L2 identiques ou différents sont des ligands donneurs d'électrons tels que une phosphine, phosphite, phosphonite, phosphinite, arsine, stilbine, une oléfine ou un aromatique, un composé carbonylé, un ether, un alcool, une amine, une pyridine ou dérivé, une imine, un tioéthers, ou un carbène hétérocyclique L1 ou L2 peuvent être liés au "carbène C " de façon à former un ligand bidenté ou chélate, Le "carbène C" pourra être représenté par la formule générale : C_(R1)_(R2) pour laquelle R1 et R2 sont identiques ou différents tels que l'hydrogène ou tout autre groupe hydrocarbonyle saturé ou insaturé, cyclique, branché ou linéaire, ou aromatique. A titre d'exemples, on pourra citer les complexes du ruthénium alkylidènes, ou cumulènes tels que les vinylidènes Ru=C=CHR ou allénylidènes Ru=C=C=CR1 R2 ou indénylidènes. Un groupe fonctionnel permettant d'améliorer la rétention du complexe du ruthénium dans le liquide ionique peut être gréffé sur au moins l'un des ligands X1, X2, L1, L2, ou sur le carbène C. Ce groupe fonctionnel peut être chargé ou non chargé tel que de préférence un ester, un éther, un thiol, un acide, un alcool, une amine, un hétérocycles azoté, un sufonate, un carboxylate, un ammonium quaternaire, un guanidinium, un phosphonium quaternaire, un pyridinium, un imidazolium, un morpholinium ou un sulfonium. De préférence, le catalyseur est mis en jeu en une proportion comprise entre 0,001 % molaire et 10 % molaire par rapport au corps gras insaturé de départ. Exemple 1 Synthèse d'éthylène Cet exemple illustre les étapes a) et b) du procédé objet de l'invention. De l'éthanol à 96% est vaporisé dans un vaporiseur, puis préchauffé dans un échangeur thermique, avant d'être injecté en tête d'un premier réacteur de 127 mm de diamètre contenant un lit catalytique porté à 300-400°C et constitué d'une couche d'alumine ESM110 d'EUROSUPPORT, représentant un volume de 12700 cm3 et une masse de 6500 g, le rapport du débit volumique d'éthanol au volume de catalyseur étant de 1h-l. Le mélange d'eau et d'éthylène produit dans le réacteur est refroidi dans l'échangeur thermique, avant d'être envoyé vers un séparateur gaz-liquide où l'éthylène et l'eau (mélangée éventuellement à des sous-produits) sont séparés. Heptene-1 and pentadiene-1,4 are synthetic intermediates generally derived from the cracking of petroleum cuts or coal. By the method according to the invention, these compounds are therefore accessible, not only from raw material of fossil origin, but mainly or completely from renewable raw materials derived from biomass, such as oleic sunflower oil or oleic rapeseed oil on the one hand, and ethylene on the other hand. For example one mole of decene-1 can be obtained from a fatty acid chain and half a mole of ethylene. The catalysts used in the process of the invention, in step c), to carry out the metathesis reaction of the unsaturated fatty substances with excess ethylene can consist of any known metathesis catalyst and in particular catalysts comprising at least one least one ruthenium compound. The ruthenium catalysts are preferably selected from filled or uncharged catalysts of the general formula: (X1) a (X2) bRu (carbene C) (L1) c (L2) d wherein: • a, b, c, d are integers with a and b equal to 0, 1 or 2; c and d are 0, 1, 2,3 or 4; X1 and X2, identical or different, each represent a mono- or multi-chelating ligand, charged or not; by way of examples, mention may be made of halides, sulphate, carbonate, carboxylates, alcoholates, phenates, amides, tosylate, hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, bis-trifluoride, tetraphenylborate and derivatives. X1 or X2 may be bonded to Y1 or Y2 or (carbene C) to form a bidentate ligand (or chelate) on ruthenium; and L1 and L2, which are identical or different, are electron donor ligands such as a phosphine, phosphite, phosphonite, phosphinite, arsine, stilbine, an olefin or an aromatic, a carbonyl compound, an ether, an alcohol, an amine, a pyridine or derivative, an imine, a tioether, or a heterocyclic carbene L1 or L2 may be bonded to "carbene C" so as to form a bidentate ligand or chelate, "carbene C" may be represented by the general formula: Wherein R1 and R2 are the same or different such as hydrogen or any other saturated or unsaturated, cyclic, branched or linear hydrocarbon group or aromatic group. By way of examples, mention may be made of ruthenium alkylidene complexes, or cumulenes such as vinylidenes Ru = C = CHR or allenylidenes Ru = C = C = CR 1 R 2 or indenylidenes. A functional group for improving the retention of the ruthenium complex in the ionic liquid may be scored on at least one of the ligands X1, X2, L1, L2, or on the carbene C. This functional group may or may not be charged. charged, such as preferably an ester, an ether, a thiol, an acid, an alcohol, an amine, a nitrogen heterocycles, a sufonate, a carboxylate, a quaternary ammonium, a guanidinium, a quaternary phosphonium, a pyridinium, an imidazolium, a morpholinium or a sulfonium. Preferably, the catalyst is used in a proportion of between 0.001 mol% and 10 mol% relative to the starting unsaturated fatty substance. Example 1 Synthesis of Ethylene This example illustrates steps a) and b) of the method which is the subject of the invention. 96% ethanol is vaporized in a vaporizer, then preheated in a heat exchanger, before being injected at the top of a first reactor 127 mm in diameter containing a catalyst bed heated to 300-400 ° C and constituted of a layer of alumina ESM110 EUROSUPPORT, representing a volume of 12700 cm3 and a mass of 6500 g, the ratio of the volume flow rate of ethanol to the catalyst volume being 1h-1. The mixture of water and ethylene produced in the reactor is cooled in the heat exchanger, before being sent to a gas-liquid separator where ethylene and water (possibly mixed with by-products) are separated.
Exemple 2 : Fermentation de l'acide oléique Example 2 Fermentation of Oleic Acid
Dans cet exemple on utilise la souche de levure Candida tropicalis déposée le 24 septembre 1980 sous le numéro d'accès FERM-P 5713 auprès de Fermentation Research Institute, The Agency of Industrial Science and Technology , comme décrit dans l'exemple 1 du brevet US 4,474,882. On cultive la levure cultivée à pH=7, dans un milieu contenant 20 g de sorbitol, des oligoéléments, de l'urée et dans un litre d'eau désionisée, et 0,3 ml d'acide oléique. Le mélange est ensuite stérilisé à 120 °C pendant 15 minutes. Une souche 104-04 de Candida Tropicalis est ensuite inoculée au milieu de culture. La culture est maintenue à 30 °C. Une solution de soude est ajoutée en continue pour maintenir le milieu à un pH de 7.0 à 7.5. Après 48 heures de culture, le diacide insaturé est récupéré par extraction au diéthylether. Après élimination du solvant par évaporation, on peut récupérer 19 mg de cristaux qui après recristallisation ont un point de fusion de 69 °C, c'est à dire équivalent à celui décrit pour le diacide 9-octadécènedioique. Une analyse du milieu de culture permet de mesurer une concentration en diacide 9-octadécènedioique de 1,5 g/I. In this example, the yeast strain Candida tropicalis deposited on September 24, 1980, under the accession number FERM-P 5713, is used with Fermentation Research Institute, The Agency of Industrial Science and Technology, as described in Example 1 of the US Pat. 4474882. The cultured yeast is cultured at pH = 7, in a medium containing 20 g of sorbitol, trace elements, urea and in one liter of deionized water, and 0.3 ml of oleic acid. The mixture is then sterilized at 120 ° C for 15 minutes. A strain 104-04 of Candida Tropicalis is then inoculated into the culture medium. The culture is maintained at 30 ° C. A soda solution is continuously added to maintain the medium at a pH of 7.0 to 7.5. After 48 hours of culture, the unsaturated diacid is recovered by extraction with diethyl ether. After removal of the solvent by evaporation, 19 mg of crystals can be recovered which after recrystallization have a melting point of 69 ° C., ie equivalent to that described for 9-octadecenedioic diacid. An analysis of the culture medium makes it possible to measure a concentration of 9-octadecenedioic diacid of 1.5 g / l.
Exemple 3 : Métathèse croisée du diacide 9-octadécènedioique. Example 3 Cross Metathesis of 9-octadecenedioic diacid
Cet exemple illustre l'étape c) du procédé objet de l'invention. On synthétise de l'acide 9-décénoique à partir du diacide 9-octadécènedioique. Cette deuxième étape du procédé est une métathèse croisée avec l'éthylène. On utilise pour cette réaction le catalyseur complexe bispyridine ruthénium (8) décrit dans la publication de Chen-Xi Bai et al., Org. Biomol. Chem., (2005), 3, 4139-4142. On effectue la réaction dans CH2Cl2, à une concentration de 0,05 M du diacide 9-octadécénedioique et 0,1 M d'éthylène à une température de 80°C, et pendant 12 heures, en présence du catalyseur à une concentration de 1 % mole par rapport au diacide 9- octadécènedioique. Les rendements sont déterminés par analyse chromatographique. On peut mesurer un rendement en acide 9-décénoique CH2=CH-(CH2)7-COOH de 65 % molaire. This example illustrates step c) of the method which is the subject of the invention. 9-Decenoic acid is synthesized from 9-octadecenedioic diacid. This second step of the process is cross-metathesis with ethylene. For this reaction, the bispyridine ruthenium complex catalyst (8) described in Chen-Xi Bai et al., Org. Biomol. Chem., (2005), 3, 4139-4142. The reaction is carried out in CH 2 Cl 2, at a concentration of 0.05 M of 9-octadecenedioic acid and 0.1 M of ethylene at a temperature of 80 ° C, and for 12 hours in the presence of the catalyst at a concentration of 1 % mole relative to 9-octadecenedioic acid. Yields are determined by chromatographic analysis. A yield of 9-decenoic acid CH 2 = CH- (CH 2) 7 -COOH of 65 mol% can be measured.
Exemple 4 : Ethénolyse de l'oléate de méthyle. Cet exemple illustre l'éthénolyse de l'oléate de méthyle (étape c) du procédé objet de l'invention. On utilise pour cette réaction le catalyseur complexe [RuCl2(=CHPh)(IMesH2)(PCy3)] dont la formule (A) est donnée ci-dessous. On effectue la réaction dans CH2Cl2, à une concentration de 0,05 M d'oléate de méthyle et 0,2 M d'éthylène à une température de 55°C, et pendant 6 heures, en présence du catalyseur à une concentration de 5 % mole par rapport à l'oléate de méthyle. Les rendements sont déterminés par analyse chromatographique. On peut mesurer un rendement en 9-décénoate de méthyle CH2=CH-(CH2)7-COOCH3 et en 1-décène de 55 % molaire. Catalyseur de formule (A) CH3 Ph Formule (A) Exemple 5 : Ethénolyse de l'oléate de méthyle. Example 4: Etholysis of methyl oleate. This example illustrates the ethenolysis of methyl oleate (step c) of the process which is the subject of the invention. For this reaction is used the complex catalyst [RuCl 2 (= CHPh) (IMesH 2) (PCy 3)] whose formula (A) is given below. The reaction is carried out in CH 2 Cl 2, at a concentration of 0.05M methyl oleate and 0.2M ethylene at a temperature of 55 ° C, and for 6 hours, in the presence of the catalyst at a concentration of 5%. % mole relative to methyl oleate. Yields are determined by chromatographic analysis. A yield of methyl 9-decenoate CH 2 = CH- (CH 2) 7 -COOCH 3 and 1-decene of 55 mol% can be measured. Catalyst of Formula (A) CH 3 Ph Formula (A) Example 5: Etholysis of methyl oleate
Cet exemple illustre l'étape c) du procédé objet de l'invention. On réalise les expériences sous atmosphère d'Argon dans une boite à gants. On charge l'ester 25 méthylique de l'acide oléique (15 g) purifié par filtration sur alumine activée dans un réacteur en verre agité. Une solution de 1000 ppm (teneur relative à l'ester méthylique) du catalyseur de métathèse (référence 57972-6, CAS [172222-30-9] acheté chez Sigma-Aldrich) est préparée dans le dichlorométhane et est ajoutée à l'oléate de méthyle. Le réacteur est équipé d'une sonde de pression et d'un port20 d'introduction. Le système est fermé est retiré de la boite à gants et connecté à la ligne d'éthylène. Le réacteur est alors purgé 3 fois avec de l'éthylène, puis pressurisé à 10 atm et placé dans un bain d'huile à 40°C, pendant 2 heures. Avant analyse chromatographique, la réaction est stoppée en ajoutant une solution 1 M de tris-hydroxymethylphosphine dans l'isopropanol. On chauffe les échantillons pendant 1 h à 60 °C, on dilue les échantillons dans de l'eau distillée et on extrait avec de l'hexane avant analyse par chromatographie en phase gazeuse. L'analyse permet de révéler un rendement en décène-1 de 30 %, et en 9-décénoate de méthyle de 30 %.10 This example illustrates step c) of the method which is the subject of the invention. The experiments are carried out under Argon atmosphere in a glove box. The purified oleic acid methyl ester (15 g) was loaded by filtration on activated alumina in a stirred glass reactor. A solution of 1000 ppm (relative to the methyl ester) of the metathesis catalyst (reference 57972-6, CAS [172222-30-9] purchased from Sigma-Aldrich) is prepared in dichloromethane and is added to the oleate of methyl. The reactor is equipped with a pressure probe and a port of introduction. The closed system is removed from the glove box and connected to the ethylene line. The reactor is then purged 3 times with ethylene, then pressurized at 10 atm and placed in an oil bath at 40 ° C for 2 hours. Before chromatographic analysis, the reaction is stopped by adding a 1 M solution of tris-hydroxymethylphosphine in isopropanol. The samples are heated for 1 h at 60 ° C, the samples are diluted with distilled water and extracted with hexane before analysis by gas chromatography. The analysis reveals a yield of 30% decene-1 and 30% of methyl 9-decenoate.
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