Carbonylation
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La carbonylation est une réaction chimique d'introduction de monoxyde de carbone (CO) dans un composé organique ou inorganique. Le monoxyde de carbone étant suffisamment réactif et disponible en quantité, il est largement utilisé comme réactif dans l'industrie chimique pour, notamment, cette réaction.
Walter Reppe définit ce terme pour un certain nombre de réactions qu'il a découvertes dans les années 1930. Depuis lors, ce terme est utilisé pour toutes les réactions impliquant l'introduction du monoxyde de carbone sur une molécule organique à l'aide d'un catalyseur[1].
Les réactions de carbonylation peuvent être classées en trois groupes[1] :
- Les réactions de Reppe
- Les réactions de Reppe sont les plus générales et consistent en la réaction de monoxyde de carbone CO avec un substrat organique en présence d'un catalyseur de type carbonyle de métal. La plupart de ces réactions nécessitent la présence de nucléophiles contenant un atome d'hydrogène acide.
- Cette réaction consiste en la synthèse d'aldéhydes et d'alcools à partir d'alcènes, d'hydrogène H2 et de monoxyde de carbone CO.
- La carbonylation de Koch
- La carbonylation d'alcènes, d'alcools ou d'aldéhydes en présence comme catalyseur d'un acide fort ou d'un superacide — tels que l'acide sulfurique H2SO4, le mélange d'acide phosphorique H3PO4 et de trifluorure de bore BF3, ou encore le mélange acide fluorhydrique HF et pentafluorure d'antimoine SbF5 donnant de l'acide fluoroantimonique HSbF6 — est connue sous le nom de synthèse de Koch ou encore réaction de Koch-Haaf. Les principaux produits sont des acides carboxyliques.
Catalyseurs
La carbonylation nécessite des pressions et des températures de travail élevées. Pour rendre ces voies de synthèse économiquement intéressantes, l'usage de catalyseurs est nécessaire pour ramener les conditions à des valeurs acceptables du point de vue industriel.
Les catalyseurs métalliques ont rendu possible le développement de procédés industriels. Les plus efficaces sont le fer Fe, le cobalt Co, le nickel Ni, le ruthénium Ru, le rhodium Rh, le palladium Pa, le platine Pt, le cuivre Cu et l'iridium Ir.
Le nickel est le plus efficace pour la carbonylation des alcènes, le cobalt est surtout utilisé pour l'hydroformylation. Le platine permet de travailler dans des conditions moins élevées, de l'ordre de 150 bars et de 140 °C, que les autres catalyseurs.
Carbonylation du méthanol en acide acétique
La carbonylation du méthanol CH3OH en acide acétique CH3COOH est le procédé le plus important de carbonylation (en volume). Le premier procédé industriel, développé il y a plus de 30 ans par BASF, utilise une catalyse homogène au cobalt et nécessite l’utilisation de conditions dures (200 °C et 700 bars de pression). En 1971, la société Monsanto a industrialisé un procédé basse pression catalysé au rhodium Rh, qui est devenu le procédé le plus employé. Récemment, la société BP Chemicals a développé et industrialisé en 1996 un procédé basse pression utilisant un catalyseur à base d’iridium, permettant d’améliorer encore la sélectivité et la productivité du procédé.
