Hydroformylation des alcènes (ou oléfines)

L’hydroformylation (ou synthèse oxo) consiste à faire réagir un composé oléfinique avec un mélange d’oxyde de carbone et d’hydrogène sous pression pour former un aldéhyde selon la réaction :

Les deux métaux les plus efficaces pour catalyser cette réaction sont le cobalt et le rhodium. Les formes actives de ces deux métaux sous formes d’hydrures carbonylés sont solubles dans le milieu réactionnel, ce qui confère à l’hydroformylation le caractère d’une réaction catalytique homogène.

À partir, principalement, des oléfines linéaires terminales, les aldéhydes obtenus sont des produits de chimie de base importants qui peuvent être convertis en alcools, esters, acides, amines, etc.

L’hydroformylation du propène en butanal (et en isobutanal), qui permet d’accéder au butanol, à l’isobutanol et au 2-éthylhexanol, représente 70 % des capacités mondiales d’hydroformylation (tableau 1).

Les alcools courts (C₃ à C₅) et leurs esters sont utilisés principalement comme solvants tandis que les alcools à longue chaîne (C₁₂ à C₁₈) sont utilisés pour la production de détergents. Les phtalates d’alcoyles (C₈ à C₁₀) sont employés comme plastifiants, notamment du PVC.

Depuis 1974, la plupart des unités de production d’aldéhydes (C₃, C₄, C₅) par catalyse au cobalt ont été remplacées par des unités opérant dans des conditions plus douces, à plus basse pression, en présence de catalyseurs au rhodium. Le rendement en aldéhydes est supérieur à 95 % et même 99 % pour certains procédés. L’utilisation du rhodium en catalyse homogène est complètement maîtrisée dans le réacteur et dans les opérations de recyclage et de régénération. En particulier, le procédé Ruhrchemie-Rhône-Poulenc, qui utilise un système biphasique avec séparation du catalyseur par décantation, a permis une grande simplification du procédé d’hydroformylation du propène et du butène. Avec le rhodium, le même concept de séparation du catalyseur par décantation a permis l’industrialisation de la synthèse du butanediol par hydroformylation de l’alcool allylique, du nonanediol par hydroformylation de l’oct-7-én-1-al et de divers intermédiaires. Toutefois la catalyse au cobalt demeure très compétitive dans la production des alcools utilisés pour la fabrication des détergents.

De nombreuses innovations ont provoqué un regain en recherche industrielle et universitaire depuis 1995 (250 publications ou brevets par an).

Ces améliorations ont conforté la position de la réaction d’hydroformylation pour la production d’alcools primaires et de leurs dérivés à partir des alcènes (ou oléfines). Les efforts déployés en recherche depuis 1980 pour améliorer les performances des réactions d’oxydation des alcanes, d’hydratation des oléfines et du butadiène, n’ont pas obtenu des résultats permettant de concurrencer la réaction d’hydroformylation.