Butanal: production et utilisations

butanal

Le n-butanal est un liquide clair et incolore à forte odeur piquante, il est naturellement présent à de faibles concentrations et se trouve dans diverses huiles essentielles, plantes et autres substances.

Le butanal est un intermédiaire hautement réactif qui sert presque exclusivement de blocs de construction polyvalents pour de nombreuses synthèses chimiques, principalement pour la préparation de composés C4 et C8 tels que les alcools, les acides carboxyliques et les amines.

La production mondiale de butanals est supérieure à 7 millions de t/a.

Table des matières

1. Production de butanal

Le seul procédé utilisé aujourd’hui pour la production commerciale de butanal est l’hydroformylation du propène. La dimérisation de l’acétaldéhyde en crotonaldéhyde et l’hydrogénation sélective subséquente en n-butyraldéhyde ne sont plus pratiquées.

D’autres voies possibles telles que la déshydrogénation du butanol ne sont pas actuellement utilisées commercialement.

Le processus d’hydroformylation (également appelé oxo) a été découvert en 1938 par OTTO ROELEN à Ruhrchemie à Oberhausen, en Allemagne, alors qu’il enquêtait sur la formation de composés oxygénés dans la chimie Fischer – Tropsch catalysée par le cobalt.

Il a découvert que les oléfines réagissent avec un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène (maintenant appelé gaz de synthèse) en présence de certains catalyseurs métalliques pour former des aldéhydes contenant un atome de carbone de plus que l’oléfine de départ.

production of butanal by Hydroformylation of Propen

Des pressions élevées de 20 à 45 MPa et des températures de 140 à 180 °C étaient nécessaires. Jusque dans les années 1970, le cobalt était le catalyseur métallique de choix.

Aujourd’hui, le rhodium est le métal utilisé pour la production de butanal. Les ligands sont maintenant utilisés en conjonction avec le rhodium pour améliorer la stabilité, augmenter les taux de réaction et améliorer le rapport n:iso.

Trois phosphines différentes, dont la triphénylphosphine (TPP) et un bisphosphite complexe, sont les ligands actuellement utilisés dans le commerce.

À l’échelle industrielle, l’hydroformylation moderne du propène est réalisée à 70–150 °C et 1,5–5,0 MPa. Trois des quatre procédés généraux utilisent un système catalytique homogène.

Le quatrième procédé utilise un système biphasique eau-solvant organique qui offre une meilleure séparation du catalyseur et une consommation d’énergie optimisée.

Le propène est la matière première la plus largement utilisée pour l’hydroformylation (> 70% de l’alimentation totale du procédé oxo) et est converti en un mélange de n- et d’ isobutyraldéhyde car le monoxyde de carbone peut s’insérer des deux côtés de la double liaison carbone-carbone.

En fonction du système catalyseur-ligand et des concentrations, des conditions de réaction et de la conception du procédé, des mélanges de butanals avec un rapport n/iso de 1/1 à 30/1 peuvent être obtenus.

Les butanals représentent 90 à 98 % du mélange de produits. Des quantités mineures de sous-produits et de produits secondaires des butanals réactifs sont formées, tels que le formiate de butyle, le n- et l’isobutanol, et les dimères, trimères et autres produits de condensation d’aldéhyde.

Ces impuretés sont éliminées par des distillations en plusieurs étapes.

2. Réactions chimiques du butanal

Le butanal est un intermédiaire hautement réactif et subit des réactions typiques des aldéhydes aliphatiques saturés.

Les réactions courantes comprennent l’oxydation en acide carboxylique correspondant, l’hydrogénation en alcool correspondant, l’amination réductrice pour produire des amines, la condensation d’aldol avec lui-même ou un aldéhyde différent ou une cétone, et les réactions de Tishchenko pour produire des esters.

De nombreuses autres réactions d’aldéhyde peuvent être trouvées dans les livres de chimie organique standard.

3. Utilisations du butanal

En raison de sa réactivité et de sa grande disponibilité, le butanal est une matière première importante pour une grande variété de produits. La haute réactivité du groupe carbonyle et le proton α facilement extractible facilitent de nombreux
réactions chimiques. Les réactions typiques commercialement importantes du butanal comprennent:

  • Hydrogénation (réduction)
  • Oxydation
  • Réactions d’addition et de condensation
  • Condensations aldoliques
  • Réactions de Tichtchenko
  • Aminations réductrices
  • Formation d’aldol

Le n-butyraldéhyde est une matière première importante pour un grand nombre de produits en C4, notamment le n-butanol, l’acide n-butyrique, la n-butylamine, l’acétate de n-butyle et l’acrylate et le méthacrylate de n-butyle.

Grâce à l’auto-condensation aldol, il fournit une voie pratique vers des produits en C8 tels que l’alcool plastifiant 2-éthylhexanol, l’acide 2-éthylhexanoïque et de nombreux plastifiants importants, notamment le phtalate de di-(2-éthylhexyle) (DOP).

La condensation aldol avec le formaldéhyde donne le polyol triméthylolpropane commercialement important.

3.1. Hydrogénation

Les butanals sont convertis en butanol correspondant par hydrogénation catalytique à la fois en phase liquide et en phase gazeuse. Ces hydrogénations très sélectives utilisent typiquement des catalyseurs à base de nickel ou de cuivre.

Le butanal peut être hydrogéné individuellement après séparation, ou le mélange n/iso peut être hydrogéné avec séparation ultérieure du n-butanol et de l’isobutanol par distillation.

3.2. Oxydation

L’oxygène pur ou l’air convertit le butanal en acide carboxylique avec des rendements élevés. La réaction a lieu même en l’absence de catalyseur. Les métaux de transition des groupes 5 à 10, Cu, Ag, Ce, les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux sont des catalyseurs appropriés.

Si l’oxydation est effectuée en phase liquide, des naphténates ou des carboxylates métalliques sont souvent utilisés comme catalyseurs.

Dans les procédés en phase gazeuse, on utilise généralement des oxydes métalliques déposés sur des supports tels que le gel de silice, le kieselguhr, les silicates, le quartz ou l’alumine.

3.3. Réactions d’addition et de condensation

Il existe une large gamme de réactions d’addition et de condensation dans lesquelles le butanal réagit avec lui-même ou avec d’autres composés carbonylés, l’ammoniac, les amines, les alcools, les nitriles et d’autres groupes fonctionnels.

Les réactions comprennent les condensations d’aldol, les réactions de Tishchenko, les aminations, l’ajout de réactifs de Grignard et bien d’autres.

La chloration du butanal donne des parfums et des intermédiaires pharmaceutiques.

Le n-butyraldéhyde est utilisé comme composant catalytique pour des réactions de polymérisation spéciales.

Références