Production et utilisations du benzonitrile

benzonitrile structure

Le benzonitrile est un composé organique de formule C7H5N, en abrégé PhCN. C’est un liquide incolore à la douce odeur d’amande amère. Il est principalement utilisé comme précurseur de la résine benzoguanamine.

Table des matières

1. Propriétés physiques du benzonitrile

Le tableau suivant résume les propriétés physiques du benzonitrile.

Propriété Valeur
Formule C7H5N / C6H5(CN)
Masse moléculaire 103.1
Couleur liquide incolore
Odeur odeur d'amande
Point d'ébullition 190,7°C
Point de fusion -12,8°C
Densité relative (eau = 1) 1,0 g/cm3 (20 °C)
Indice de réfraction 1,53056 (15 °C)
Solubilité dans l'eau, g/100 ml à 22°C 0,1-0,5 (médiocre)
Miscible avec les solvants organiques courants
Pression de vapeur, Pa à 25°C 102
Densité de vapeur relative (air = 1) 3.6
Point d'éclair 75°C
Capacité thermique 1,840 J/g/K
Chaleur de vaporisation 46 kJ/mol
Chaleur de formation -155 kJ/mol
Chaleur de combustion 3 063 kJ/mol
Température d'auto-inflammation 550°C
Limites d'explosivité, vol% dans l'air 1.4-7.2
Coefficient de partage octanol/eau en log Pow 1.56

2. Réactions chimiques du benzonitrile

Le benzonitrile est un liquide incolore stable à l’air et à la lumière.

C’est un solvant puissant qui dissout les résines poly(chlorure de vinyle), poly(acétate de vinyle), le polystyrène, le poly(méthacrylate) et la nitrocellulose. Cependant, il ne dissout pas le polyéthylène, le polyamide, le poly(alcool vinylique) ou les polymères fluorés.

Le benzonitrile peut être hydrolysé en acide benzoïque et en ammoniac en présence d’une base ou d’un acide fort.

Hydrolysis of benzonitrile to benzoic acid

L’hydrogénation du benzonitrile produit de la benzylamine et de la dibenzylamine.

Hydrogenation of benzonitrile

La réaction du benzonitrile avec un réactif de Grignard, tel que le bromure de méthylmagnésium (CH3MgBr), en présence d’éther sec donne un produit d’addition qui, par hydrolyse acide, donne de l’acétophénone.

Production of Acetophenone from benzonitrile

La réaction se déroule comme suit :

  1. Le réactif de Grignard s’ajoute à la triple liaison carbone-azote du benzonitrile, formant une imine.
  2. L’imine est hydrolysée par l’acide, rompant la liaison carbone-azote et formant une cétone.

3. Production de Benzonitrile

Le benzonitrile est produit par l’ammoxydation en phase vapeur du toluène, qui est la réaction du toluène avec l’ammoniac en présence d’oxygène.

Production of benzonitrile by ammoxidation of toluene

La réaction est généralement effectuée à des températures (450 °C) et à des pressions élevées (10 à 20 atmosphères) sur un catalyseur, tel qu’un complexe tungstène-manganèse. La réaction est hautement exothermique, avec une chaleur de réaction de -256 kJ/mol.

Les catalyseurs traditionnels pour l’ammoxydation du toluène sont le vanadium et le molybdène, mais ces catalyseurs souffrent d’une faible sélectivité et d’une décomposition importante de l’ammoniac. Un catalyseur complexe tungstène-manganèse présente de meilleures performances, avec une sélectivité allant jusqu’à 87,4 %.

La réaction est réalisée dans un réacteur à lit fixe. La concentration de toluène dans le flux d’alimentation est généralement de 1,5 % en volume. Le rapport ammoniac/toluène est de 4:1 avec un temps de contact de 2,4 s. La réaction convertit 97 % du toluène et 30 % de l’ammoniac. Le produit brut, qui contient de l’ammoniac, du cyanure d’hydrogène, du toluène et des produits à haut point d’ébullition, est purifié par distillation.

Le benzonitrile peut également être produit à partir d’acide benzoïque et d’ammoniac. Cette réaction est réalisée en phase vapeur à 400-410 °C sur alumine ou en phase liquide à 225-245 °C.

production of benzonitrile from benzoic acid and ammonia

D’autres méthodes de production de benzonitrile comprennent :

  1. Ammoxydation en phase liquide du toluène en présence d’un catalyseur au cobalt ou au bromure de manganèse
  2. Condensation déshydrogénative de l’alcool benzylique ou du benzaldéhyde avec de l’ammoniac
  3. La réaction à haute température du toluène avec le protoxyde d’azote
  4. Cyanation du benzène avec du chlorure de cyanogène ou du dicyanogène

4. Utilisations du benzonitrile

Le benzonitrile est un produit chimique polyvalent ayant de nombreuses utilisations. C’est un précurseur de nombreux autres produits chimiques, notamment la benzoguanamine, obtenue par réaction du benzonitrile avec le dicyanodiamide en présence d’une base forte.

La benzoguanamine réagit avec le formaldéhyde ou les alcools pour produire une résine thermodurcissable résistante à la chaleur qui est utilisée dans diverses applications, notamment les revêtements, les adhésifs et les composites.

Les autres utilisations du benzonitrile comprennent :

  • Solvant pour une variété de composés organiques
  • Réactif en synthèse organique
  • Intermédiaire en production de produits pharmaceutiques et de pesticides
  • Ignifuge
  • Agent aromatisant

5. Toxicologie et dangers

5.1. Toxicologie

Le benzonitrile, bien que présentant une toxicité moindre que les nitriles aliphatiques, a la capacité d’être absorbé par la peau, ce qui peut entraîner des effets indésirables tels que des convulsions tissulaires et une paralysie nerveuse.

Les données toxicologiques suivantes donnent un aperçu de ses dangers potentiels :

Exposition orale :

  • Rat : LDLo (dose létale, faible) – 720 mg/kg
  • Souris : DL50 (dose létale, mortalité de 50 %) – 971 mg/kg

Exposition par inhalation :

  • Rat : LCL0 (concentration létale, faible) – 950 ppm
  • Souris : CL50 (concentration létale, mortalité de 50 %) – 1 800 mg/m3

Exposition intrapéritonéale (i.p.) :

  • Souris : DL50 – 400 mg/kg

Exposition sous-cutanée (s.c.) :

  • Lapin : LDL0 (dose létale, faible) – 200 mg/kg

Exposition cutanée :

  • Lapin : DL50 – 1250 mg/kg
  • Irritation cutanée : modérée

5.2. Dangers

Le benzonitrile présente certains dangers aigus qui nécessitent un examen attentif :

Incendie et explosion :

La substance est combustible et, en cas d’incendie, elle libère des fumées ou des gaz à la fois irritants et potentiellement toxiques. À des températures supérieures à 75°C, il existe un risque de formation de mélanges vapeur/air explosifs.

Les flammes nues doivent être strictement évitées. Pour les opérations dépassant 75°C, il est conseillé d’utiliser un système fermé avec une ventilation adéquate.

Les mesures de lutte contre l’incendie doivent inclure l’utilisation d’agents extincteurs appropriés tels que de la poudre, de l’AFFF (mousse filmogène aqueuse), de la mousse et du dioxyde de carbone. En cas d’incendie, il est recommandé de maintenir les récipients au frais en pulvérisant de l’eau pulvérisée.

Prévenir la génération de brouillard : Il est crucial de prendre des précautions pour empêcher la génération de brouillards, car l’exposition à ces brouillards peut entraîner des effets néfastes sur la santé.

5.3. Symptômes d’exposition

L’exposition au benzonitrile peut entraîner les symptômes suivants :

Inhalation : La confusion, les maux de tête, la respiration difficile, les nausées, la perte de conscience, les vomissements et la faiblesse sont des symptômes potentiels. Une ventilation adéquate, des systèmes d’échappement locaux ou une protection respiratoire individuelle doivent être utilisés pour atténuer les risques d’inhalation. En cas d’exposition, déplacez la personne affectée à l’air frais et offrez-lui du repos. Dans les cas graves, la respiration artificielle peut être nécessaire et des soins médicaux immédiats doivent être recherchés.

Peau : Le contact avec la peau peut provoquer des rougeurs. Pour éviter toute exposition cutanée, des gants et des vêtements de protection sont recommandés. En cas de contact, les vêtements contaminés doivent être retirés et la zone cutanée affectée doit être soigneusement rincée à l’eau abondante ou sous une douche. Une attention médicale est conseillée.

Yeux : La rougeur et la douleur sont des symptômes potentiels liés aux yeux. Une protection oculaire appropriée, telle que des lunettes de sécurité combinées à une protection respiratoire, doit être portée. En cas de contact avec les yeux, rincer abondamment les yeux à l’eau pendant plusieurs minutes. Si la personne porte des lentilles de contact, celles-ci doivent être retirées avant de rincer. Des soins médicaux immédiats sont nécessaires.

Ingestion : Les symptômes liés à l’ingestion peuvent être similaires à ceux résultant d’une exposition par inhalation. Pour éviter toute ingestion, il est essentiel de ne pas manger, boire ou fumer pendant les travaux impliquant du benzonitrile. En cas d’ingestion, la bouche doit être rincée et la personne doit se reposer. Des soins médicaux doivent être recherchés rapidement.

Il est primordial de respecter les mesures de sécurité appropriées lorsque vous travaillez avec du benzonitrile, y compris la prévention de l’exposition, l’utilisation appropriée d’un équipement de protection individuelle (EPI) et une attention médicale rapide en cas de symptômes ou d’incidents liés à l’exposition.

Références