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RÉSUMÉ
Qu’elle soit enzymatique, homogène ou hétérogène, la catalyse intervient dans de nombreux procédés industriels, sans même compter toutes les réactions chimiques qui se produisent dans la matière vivante. Cet article reprend tout d’abord les théories de l’acido-basicité, ainsi que les mécanismes de transformation des hydrocarbures mis en jeu dans les interactions acide-base. Sont ensuite présentés les principes de quelques catalyseurs industriels et les applications qui en découlent.
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Michel GUISNET : Professeur à l’Université de Poitiers Laboratoire de Catalyse en Chimie Organique (UMR CNRS 6503)
INTRODUCTION
Les interactions acide-base jouent un rôle prédominant dans les réactions chimiques, que celles-ci se produisent dans la matière vivante ou soient mises en œuvre par l’homme. Un grand nombre de ces réactions sont catalytiques. La catalyse enzymatique, n’intervient pas seulement dans les organismes vivants, mais aussi pour la synthèse des produits à haute valeur ajoutée et la dépollution. Dans les grands procédés industriels, la catalyse homogène acide, d’abord très utilisée a, pour des raisons économiques et écologiques, été progressivement remplacée par la catalyse hétérogène.
L’industrie pétrolière a beaucoup contribué au développement des catalyseurs acides solides. La majorité des procédés du raffinage du pétrole et de la pétrochimie utilise ces catalyseurs, essentiellement oxydes : silice-alumine, zéolithes, alumines chlorées. Ce n’est pas le cas en synthèse organique (chimie fine, chimie pharmaceutique) où la catalyse homogène est encore prépondérante. Un regain d’intérêt s’est d’ailleurs manifesté dans les années 1970 avec la découverte des possibilités d’activation à basse température d’espèces peu réactives par les milieux superacides.
Cet article est divisé en deux parties. La première rappelle les théories de l’acido-basicité et les mécanismes de transformation des hydrocarbures par catalyse acide et basique. La seconde présente quelques grandes applications de la catalyse acide, l’accent étant mis sur les catalyseurs utilisés et les mécanismes de réaction.
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2. Catalyse acide et ses applications
Les principales transformations d’hydrocarbures sont catalysées par des acides. Dans les procédés industriels correspondants (du raffinage du pétrole et de la pétrochimie), la catalyse hétérogène a largement supplanté la catalyse homogène. Les catalyseurs acides solides présentent en effet des avantages incontestables sur les solutions d’acide protonique (HF, H2SO4, etc.) ou de Lewis (AlCl3, BF3, etc.) : souvent non corrosifs, régénérables, aisément séparables du milieu réactionnel, ils sont faciles à mettre en œuvre en continu. Ces avantages, essentiels du point de vue environnemental, restent cependant insuffisants pour que les catalyseurs solides remplacent les solutions acides dans la synthèse des molécules fonctionnelles (chimie fine). À cela, plusieurs raisons :
-
procédés de faible tonnage d’où importance moins grande des problèmes liés aux rejets polluants ;
-
évolution totalement indépendante des méthodes et des techniques de la catalyse hétérogène et de la synthèse organique ;
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échelle de temps plus courte pour la chimie fine que pour la chimie lourde avec pour conséquence une préférence marquée pour les technologies bien établies.
Après une brève description des principaux catalyseurs acides utilisés industriellement, nous présenterons quelques grandes applications de la catalyse acide. Les quatre premières relèvent du raffinage du pétrole ou de la pétrochimie, la cinquième de la chimie fine.
2.1 Principaux catalyseurs industriels
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARCILLY (C.) - Catalyse Acido-basique, Application au raffinage et à la pétrochimie - . Volumes 1 et 2, 821 p., 2003, Éditions Technip, Paris.
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(2) - PEARSON (R.G.) - * - J. Amer. Chem. Soc. 85, 1963, p. 3533.
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(3) - HAMMETT (L.P.), DEYRUP (A.J.) - * - J. Amer. Chem. Soc. 54, 1932, p. 2721.
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(4) - COUSSEMANT (F.), HELLIN (M.), TORCK (B.) - Les fonctions d’acidité et leurs utilisations en catalyse acido-basique - . 1969, Gordon Breach.
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(5) - GILLESPIE (R.J.) - * - Adv. Phys. Org. Chem. 9, 1972, p. 1 ; J. Amer. Chem. Soc. 95, 1973, p. 5173.
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(6) - OLAH (G.A.), SURYA PRAKASH (G.K.), SOMMER (J.) - Superacids - . 370 p., 1985, Wiley New York.
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