2-Méthyl-2-Propanol : Propriétés, Production et Utilisations

Tert-butanol structure

Le 2-méthyl-2-propanol, également connu sous le nom de tert-butanol, est l’alcool tertiaire le plus simple de formule chimique (CH3)3COH. C’est un cristal incolore et solide à température ambiante. Cependant, il fond près de la température ambiante (26 °C) pour devenir un liquide visqueux avec une odeur de camphre.

Table des matières

1. Propriétés physiques du 2-méthyl-2-propanol

Le 2-méthyl-2-propanol est un solide incolore à température ambiante. Il est complètement miscible avec l’eau, l’éthanol, l’éther diéthylique et les solvants organiques courants.

Les principales propriétés physiques caractéristiques du 2-méthyl-2-propanol sont présentées dans le Tableau 1.

Tableau 1: Propriétés physiques du 2-méthyl-2-propanol
Propriété Valeur
Masse molaire 74,12 g/mol
Point de fusion (p.f.) 25,6 °C
Point d'ébullition (point d'ébullition) 82,55 °C
Densité à 20 °C 0,7867 g/cm³
Indice de réfraction à 20 °C 1.3841
Viscosité à 20 °C 5,5 mPa⋅s
Chaleur spécifique 3,035 J g⁻¹ K⁻¹
Chaleur de vaporisation 535,78 J/g
Chaleur de fusion 91,61 J/g
Chaleur de combustion 35,694 kJ/g
Pression critique 39,7 hPa
Température critique 235 °C
Tension superficielle à température ambiante 20,0 (25°C) mN/m
Constante diélectrique à température ambiante 11.4
Solubilité dans l'eau miscible
Point d'éclair 11 °C
Limites d'inflammation dans l'air, vol% 2,3 - 8 %
Température d'inflammation 470 °C

2. Réactions chimiques du 2-méthyl-2-propanol

Le 2-méthyl-2-propanol subit facilement une déshydratation pour former du 2-méthylpropène (isobutène) avec de l’acide sulfurique dilué et un chauffage. Cette réaction n’est pas importante sur le plan industriel en raison de la disponibilité du 2-méthylpropène à partir du pétrole craqué.

Il ne peut pas être déshydrogéné sélectivement en raison de la division des molécules dans des conditions extrêmes.

Le tert-butanol peut être utilisé dans diverses réactions d’alkylation avec l’ammoniac, les amines et les composés aromatiques.

Il est converti en esters tert-butyliques avec des acides inorganiques et organiques à l’aide de catalyseurs acides, mais il est moins réactif que les alcools primaires et secondaires.

Le 2-méthyl-2-propanol est déprotoné avec du sodium ou du potassium métallique pour produire l’alcoolate correspondant. Le tert-butoxyde de potassium est un exemple courant de base non nucléophile en chimie organique.

Il élimine les protons acides des substrats basiques, mais sa structure volumineuse l’empêche de participer à des réactions de substitution nucléophile comme la synthèse de l’éther de Williamson ou les processus SN2.

Le tert-butanol réagit avec le chlorure d’hydrogène et l’acide hypochloreux pour produire du chlorure de tert-butyle et du hypochlorite de tert-butyle, respectivement.

Chemical Reactions of 2-Methyl-2-propanol
Réactions chimiques du 2-méthyl-2-propanol

3. Production de 2-méthyl-2-propanol

Le 2-méthyl-2-propanol est produit industriellement par deux procédés principaux :

  1. Hydratation du 2-méthylpropène
  2. En tant que sous-produit de la production d’oxyde de propylène et d’éther méthyltert-butylique

3.1. Production de 2-méthyl-2-propanol par hydratation du 2-méthylpropène

Le 2-méthyl-2-propanol est principalement produit par l’hydratation du 2-méthylpropène (isobutène). Ce processus implique les étapes suivantes :

Production of tert-butanol by hydration of isobutene
  1. Préparation des réactifs : L’isobutène, la matière première principale, est souvent dérivé du craquage catalytique du pétrole ou de la déshydrogénation du n-butane. L’eau, agissant comme agent d’hydratation, est généralement fournie sous forme d’eau purifiée ou recyclée à partir des étapes précédentes. Le tert-butanol lui-même peut être présent dans la matière première ou ajouté intentionnellement à la réaction.

  2. Catalyse : Les résines échangeuses de cations fonctionnalisées par l’acide sulfonique servent de catalyseurs privilégiés en raison de leur forte activité et de leur sélectivité envers la formation de 2-méthyl-2-propanol et sa facilité de régénération. Les conditions de réaction, notamment la température (généralement entre 30 et 120 °C) et la pression (atmosphérique ou légèrement élevée), sont méticuleusement contrôlées pour optimiser la conversion et minimiser les réactions secondaires indésirables.

  3. Réaction et formation de produit : La réaction d’hydratation, un processus réversible, convertit l’isobutène et l’eau en tert-butanol. Des réacteurs à plusieurs étages sont souvent utilisés pour utiliser efficacement le catalyseur et maximiser la conversion. Un contrôle précis des rapports de réactifs, de la température et de la charge du catalyseur est crucial pour garantir une sélectivité élevée.

  4. Séparation du produit : La distillation sépare efficacement le produit tert-butanol souhaité de l’isobutène n’ayant pas réagi, des hydrocarbures inertes et de l’eau. L’isobutène et l’eau n’ayant pas réagi peuvent être recyclés dans le processus pour améliorer l’efficacité des ressources.

3.2. Sous-produit de la production d’oxyde de propylène et d’éther méthyltert-butylique

Le 2-méthyl-2-propanol est formé comme sous-produit précieux dans plusieurs processus industriels, en particulier ceux impliquant l’oxyde de propylène et l’éther méthyltert-butylique.

1. Production d’oxyde de propylène :

Lors de la fabrication d’oxyde de propylène à partir de 2-méthylpropane (isobutane), environ 1,2 tonne de tert-butanol est générée par tonne d’oxyde de propylène produite. Le procédé implique une étape intermédiaire où l’hydroperoxyde de t-butyle se forme à partir de l’isobutane.

2. Traitement de l’éther méthyltert-butylique :

La division du méthyltert-butyléther en 2-méthylpropène pur ou en 2-méthyl-2-propanol peut donner du tert-butanol comme sous-produit. De même, la synthèse de l’éther méthyltert-butylique avec des traces d’eau dans la matière première (méthanol et oléfines en C4) génère également du t-BuOH comme produit indésirable. sous-produit.

La présence de t-BuOH comme sous-produit nécessite des étapes supplémentaires de séparation et de purification, ce qui augmente les coûts de production. Cependant, comme avantages, il fournit une source de 2-méthyl-2-propanol facilement disponible pour les applications en aval, minimisant le recours à des méthodes de production dédiées et améliorant l’efficacité du processus.

Bien qu’il ne soit pas utilisé commercialement, le tert-butanol peut également être produit via la réaction de Grignard en faisant réagir acétone avec du chlorure de méthylmagnésium.

4. Utilisations du 2-méthyl-2-propanol

Comparé à d’autres butanols, le 2-méthyl-2-propanol (t-BuOH) représente une part mineure de la consommation mondiale. Cependant, son utilisation n’a cessé de croître depuis 1990 avant de plafonner ces dernières années.

  • Le 2-méthyl-2-propanol trouve sa principale utilisation comme solvant en raison de ses propriétés favorables, notamment sa miscibilité avec l’eau et les composés organiques.
  • Le tert-butanol est utilisé comme réactif pour introduire le groupe tert-butyle dans les molécules organiques. Cette modification est utilisée dans diverses applications, telles que la synthèse de résines solubles dans l’huile (par exemple, le tert-butylphénol) et d’antioxydants (par exemple, le trinitro-tert-butyltoluène).
  • C’est également une matière première importante pour la production de peroxydes organiques, qui servent de catalyseurs de polymérisation essentiels dans divers processus industriels.
  • Le 2-méthyl-2-propanol est en concurrence avec le 2-propanol en tant qu’additif dans l’essence pour empêcher le givrage du carburateur. Son éther méthylique est brièvement apparu comme un booster d’indice d’octane et un substitut au plomb dans les années 1980 et 1990, connaissant une forte augmentation de sa consommation (0,17 à 19 millions de tonnes entre 1982 et 1997). Cependant, des préoccupations environnementales ont conduit à son éventuel remplacement par un mélange direct de bioéthanol avec de l’essence.

5. Toxicologie du 2-méthyl-2-propanol

2-méthyl-2-propanol (t-BuOH) présente une toxicité aiguë relativement faible. Les valeurs DL50 documentées les plus basses sont de 2 740 mg/kg (orale, rats) et 2 000 mg/kg (cutanée, lapins).

Effets de l’exposition :

  • Aigu : À des niveaux d’exposition élevés, le tert-butanol a un effet narcotique, caractérisé par des maux de tête, des nausées, de la fatigue et des étourdissements.
  • Peau : Un contact prolongé avec le 2-méthyl-2-propanol chez le lapin n’a pas provoqué d’irritation cutanée. Chez l’homme, un léger érythème et une hyperémie peuvent survenir suite à un contact cutané.
  • Il dégage une odeur distincte et désagréable.

Limites d’exposition :

  • Valeur limite de seuil (TLV) : 100 ppm (moyenne pondérée dans le temps), 150 ppm (limite d’exposition à court terme).
  • Valeur MAK (concentration maximale sur le lieu de travail) : 20 mL/m³.
  • TRGS 900 (Regelwerk technique allemand pour les substances dangereuses) : 20 mL/m³.

Références

  1. Butanols; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a04_463.pub3
  2. Process for production of tertiary butyl alcohol. – https://patents.google.com/patent/US4307257A/en
  3. Process for the preparation of tert-butanol. – https://patents.google.com/patent/EP1431264A1/en
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Tert-Butyl_alcohol