La réaction phosphine imide en milieu CO2 supercritique, The phosphine imide reaction in supercritical carbon dioxide

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Institut National Polytechnique de Lorraine
École Nationale Supérieure des Industries Chimiques
Laboratoire de Thermodynamique des Milieux Polyphasés

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L'INPL
École doctorale : Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits et
Environnement (RP2E)
Spécialité : Génie des Procédés et des Produits
Présentée et soutenue publiquement le 13 novembre 2008 par
Alexandre SCONDO
Ingénieur diplômé de l'École Nationale Supérieure des Industries Chimiques
La réaction phosphine imide en milieu CO supercritique 2


Directeur de thèse : Pr. Danielle Barth
Co-directeur de thèse : Pr. Alain Marsura
JURY
Rapporteurs : Mr Jean-Stéphane CONDORET
Mr Patrice WOISEL

Examinateurs : Mme Danielle BARTH
Mr Georges GREVILLOT
Mr Alain MARSURA
Mr Michel PERRUT


1 LA RÉACTION PHOSPHINE IMIDE EN MILIEU CO SUPERCRITIQUE 2
Dans l'objectif de proposer un procédé de substitution du phosgène dans la production
des isocyanates et de leurs dérivés, nous avons consacré ce travail à l'étude de la réaction
phosphine imide dans le CO supercritique. Dans ce cadre, nous avons défini une réaction 2
standard et nous avons étudié l'influence des paramètres opératoires sur la cinétique de cette
réaction dans le CO grâce à un réacteur haute pression de 100 ml. Les analyses des 2
échantillons obtenus ont été réalisées par chromatographie en phase liquide. Ces observations
nous ont permis de développer un modèle cinétique du premier ordre, et les résultats obtenus
par ce modèle permettent une bonne prédiction de ceux observés dans un réacteur haute
pression de 1l. Nous avons comparé les cinétiques obtenues dans le CO avec celles observées 2
dans la diméthylformamide. Nous avons aussi étudié l'influence du "pseudo-catalyseur"
permettant l'obtention des isocyanates, et ce dans la diméthylformamide et dans le CO . Nous 2
avons finalement pu réaliser la synthèse d'un composé d'intérêt pharmaceutique, qui augmente
la biodisponibilité du Busulfan, dans le CO en utilisant la réaction phosphine imide et suivre 2
la cinétique de cette réaction.

PHOSPHINE IMIDE REACTION IN SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE
In the aim to propose a substitution process to the use of phosgene for the production
of isocyanates and their derivatives, we devoted this work to the study of the phosphine imide
reaction in supercritical CO . In this context, we have chosen a standard reaction and 2
investigated the influence of operational parameters on the kinetic of this reaction in CO2
using a high pressure 100 ml reactor. Analyses of the samples were performed using high
performance liquid chromatography. These observations permits to develop a first order
kinetic model, and we have compared the results obtained using this model with the
observations we realized in a high pressure 1l reactor. We have compared the kinetics
obtained in CO with those observed in dimethylformamide. We have also studied in 2
dimethylformamide and CO the influence of the "catalyst" which permits to obtain 2
isocyanates. We've finally performed the synthesis of a compound of pharmaceutical interest,
which increase the bioavailability of Busulfan, in CO using phosphine imide reaction and we 2
have followed the kinetic of this reaction.

Mots clés : dioxyde de carbone, supercritique, cyclodextrine, réaction, cinétique, phosphine
imide, triphénylphosphine, HPLC, complexation, modèle cinétique
2 Remerciements

Cette étude est issue d'une collaboration entre l'ADEME (Agence de l'Environnement
et de la Maîtrise de l'Énergie) et la Région Lorraine.
Je tiens à remercier l'ADEME et la Région Lorraine pour leur support financier qui m'a
été accordé pour réaliser ce travail de recherche. Ma reconnaissance s'adresse à Mr Eric
Vésine et Mr Christophe Stavrakakis, ingénieurs ADEME qui ont assuré le suivi de ces
travaux avec soin et rigueur.
Mes remerciements vont à Mr le Professeur Michel Dirand et M. le Professeur Roland
Solimando, Directeurs du Laboratoire de Thermodynamique des Milieux Polyphasés, pour
m'avoir accueilli dans leur laboratoire.
Avec beaucoup de respect, je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance et mes plus
vifs remerciements à Mme Danielle Barth, Professeur à l'EEIGM et responsable de l'équipe
Fluides Supercritiques, pour son encadrement. Sa disponibilité et ses conseils ont permis à
cette thèse d'être menée à bien.
Je remercie chaleureusement Mr Alain Marsura, Professeur à la Faculté de Pharmacie
de Nancy, pour son encadrement. Son énergie et sa créativité m'ont permis de mieux
appréhender toute la potentialité de cette démarche.
Je tiens à remercier Mr Patrice Woisel, Professeur à Université des Sciences et
Techniques de Lille, et Mr Jean-Stéphane Condoret, Professeur à l'École Nationale Supérieure
des Ingénieurs en Arts Chimiques et Technologiques de Toulouse, d'avoir accepté de juger
mon travail en tant que rapporteurs.
Je remercie Mr Michel Perrut, dont l'expérience des procédés sous pression m'a été
précieuse, et pour avoir accepté de m'honorer par sa présence dans le jury.
Je tiens à remercier Mr Georges Grévillot pour ses conseils et pour avoir accepté de
présider mon jury de thèse.
Sur le plan technique, je tiens à remercier Mr Hervé Simonaire pour sa disponibilité et
sa sympathie. J'adresse un grand merci pour toute les personnes que j'ai côtoyées durant cette
période : collègues, étudiants, stagiaires, agents pour leur sympathie et leur bonne humeur.


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Introduction générale ......................................................................................................................... 2
Chapitre 1 : Contexte législatif et étude bibliographique ............................. 11
Introduction .................................................................................................................................... 16
1 Les composés organiques volatils ............................... 16
2 La production d'isocyanates ........................................................................ 26
3 Les cyclodextrines ....................................................................................................................... 31
4 Les fluides supercritiques ............ 42
5 Choix du CO supercritique ......................................... 46 2
Conclusion ...................................... 51
Chapitre 2 : Matériel et méthodes .................................................................. 52
1 Matériel ........................................................................................................ 55
2 Méthodes ..................................... 60
Chapitre 3 : Réactivité ..................................................................................................................... 66
1 Réaction standard ........................................................................................ 70
2 Observation cellule une fenêtre ................................................................... 72
3 Vitesse de dissolution .................................................. 72
4 Suivi cinétique ............................................................................................. 74
5 Influence de la température ......................................................................... 80
6 Influence de la concentration ini