Isobutène

L'isobutène, également appelé isobutylène (ou 2-méthylpropène selon sa dénomination UICPA), est le composé chimique de formule H₂C=C(CH₃)₂. Il s'agit d'un alcène ramifié à quatre atomes de carbone qui se présente sous forme d'un gaz incolore inflammable aux conditions normales de température et de pression.

Isobutène
Structure de l'isobutène
Identification
Nom UICPA	2-méthylpropène
Synonymes	Isobutène, isobutylène.
No CAS	115-11-7
No ECHA	100.003.697
No CE	204-066-3
PubChem	8255
SMILES	CC(=C)C PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/C4H8/c1-4(2)3/h1H2,2-3H3 InChIKey : VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N
Apparence	Gaz incolore
Propriétés chimiques
Formule	C4H8  [Isomères]H2C=C(CH3)2
Masse molaire[1]	56,106 3 ± 0,003 8 g/mol C 85,63 %, H 14,37 %,
Propriétés physiques
T° ébullition	−6,93 °C [2]
Paramètre de solubilité δ	13,7 MPa1/2 (25 °C)[3]
Masse volumique	626,2 kg·m-3 (liquide) équation[4] : ${\displaystyle \rho =1.1454/0.2725^{(1+(1-T/417.9)^{0.28186})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 132,81 à 417,9 K. Valeurs calculées : 0,5883 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 132,81 −140,34 13,506 0,75779 151,82 −121,33 13,20575 0,74095 161,32 −111,83 13,05247 0,73235 170,82 −102,33 12,89691 0,72362 180,33 −92,83 12,73893 0,71476 189,83 −83,32 12,57836 0,70575 199,33 −73,82 12,41503 0,69658 208,83 −64,32 12,24874 0,68725 218,34 −54,81 12,07926 0,67774 227,84 −45,31 11,90636 0,66804 237,34 −35,81 11,72974 0,65813 246,85 −26,3 11,54909 0,648 256,35 −16,8 11,36404 0,63761 265,85 −7,3 11,17415 0,62696 275,36 2,21 10,97893 0,61601 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 284,86 11,71 10,77779 0,60472 294,36 21,21 10,57004 0,59306 303,86 30,71 10,35481 0,58099 313,37 40,22 10,13109 0,56844 322,87 49,72 9,89758 0,55533 332,37 59,22 9,65264 0,54159 341,88 68,73 9,39413 0,52709 351,38 78,23 9,11917 0,51166 360,88 87,73 8,82376 0,49508 370,39 97,24 8,502 0,47703 379,89 106,74 8,14464 0,45698 389,39 116,24 7,73565 0,43403 398,89 125,74 7,2425 0,40636 408,4 135,25 6,57586 0,36896 417,9 144,75 4,203 0,23582
T° d'auto-inflammation	465 °C
Point d’éclair	Inférieur à −10 °C
Pression de vapeur saturante	équation[4] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(102.5+{\frac {-5021.8}{T}}+(-13.88)\times ln(T)+(2.0296E-2)\times T^{1})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 132,81 à 417,9 K. Valeurs calculées : 304 190,75 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 132,81 −140,34 0,622 151,82 −121,33 16,26 161,32 −111,83 59,57 170,82 −102,33 184,44 180,33 −92,83 496,7 189,83 −83,32 1 190,53 199,33 −73,82 2 586,89 208,83 −64,32 5 172,3 218,34 −54,81 9 632,63 227,84 −45,31 16 877,91 237,34 −35,81 28 055,99 246,85 −26,3 44 554,78 256,35 −16,8 67 994,83 265,85 −7,3 100 214,78 275,36 2,21 143 253,07 T (K) T (°C) P (Pa) 284,86 11,71 199 328,8 294,36 21,21 270 824,55 303,86 30,71 360 273,14 313,37 40,22 470 349,75 322,87 49,72 603 870,1 332,37 59,22 763 795,13 341,88 68,73 953 242,06 351,38 78,23 1 175 501,61 360,88 87,73 1 434 061,05 370,39 97,24 1 732 632,7 379,89 106,74 2 075 187,52 389,39 116,24 2 465 993,63 398,89 125,74 2 909 659,51 408,4 135,25 3 411 182,04 417,9 144,75 3 976 000
Point critique	4 002 kPa [5], 144,75 °C [2]
Thermochimie
Cp	équation[4] : ${\displaystyle C_{P}=(8.7680E4)+(217.10)\times T+(-0.91530)\times T^{2}+(2.2660E-3)\times T^{3}}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 132,81 à 343,15 K. Valeurs calculées : 131,101 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 132,81 −140,34 105 680 1 884 146 −127,15 106 918 1 906 153 −120,15 107 586 1 917 160 −113,15 108 266 1 930 167 −106,15 108 963 1 942 174 −99,15 109 681 1 955 181 −92,15 110 426 1 968 188 −85,15 111 201 1 982 195 −78,15 112 012 1 996 202 −71,15 112 864 2 012 209 −64,15 113 760 2 028 216 −57,15 114 705 2 044 223 −50,15 115 705 2 062 230 −43,15 116 764 2 081 237 −36,15 117 886 2 101 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 244 −29,15 119 077 2 122 252 −21,15 120 527 2 148 259 −14,15 121 879 2 172 266 −7,15 123 314 2 198 273 −0,15 124 837 2 225 280 6,85 126 452 2 254 287 13,85 128 163 2 284 294 20,85 129 977 2 317 301 27,85 131 896 2 351 308 34,85 133 926 2 387 315 41,85 136 072 2 425 322 48,85 138 337 2 466 329 55,85 140 728 2 508 336 62,85 143 248 2 553 343,15 70 145 960 2 601
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
modifier

Il peut être utilisé pour produire un carburant alternatif au MTBE^[6]

Production

L'isobutène peut être isolé à partir de produits de raffinage du pétrole à l'aide d'acide sulfurique H₂SO₄, mais la principale méthode de production industrielle reste la déshydrogénation catalytique de l'isobutane^[7]. La production d'isobutène s'est fortement accrue dans les années 1990 avec l'augmentation de la demande en méthyl tert-butyl éther H₃C–O–C(CH₃)₃ (MTBE). Une troisième voie émerge dans les années 2010, en cours de test qui est la production par fermentation^[8] à partir de biomasse (microalgues^[9], sucre, déchets, végétaux...)

En France, Global Bioenergies, entreprise implantée dans le Génopole d'Évry (Essonne), a annoncé le 6 octobre 2010 avoir fabriqué des OGM capables de synthétiser de l'isobutène à partir de glucose^[10]. Il s'agirait, selon les responsables de cette société, de bactéries équipées d'un matériel enzymatique artificiel développé par génie génétique et cultivées dans un pilote industriel depuis mai 2015^[11], l'entreprise annonce une production d'une tonne de bioisobutène pour 3,84 tonnes de sucres^[12]. La société dispose en 2016 d'un pilote de production d'isobutène biosourcé situé à Bazancourt-Pomacle^[13], annonce maîtriser depuis 2015 la biofermentation de xylose (sucre issu du bois) même en présence d'impuretés^[14], et elle a conclu en septembre 2016 un partenariat de développement d'une filière de carburant d'origine forestière en Suède^[13].

Début 2016, l'entreprise a annoncé vouloir, avec le néozélandais LanzaTech, produire de l'isobutène comme carburant liquide à partir de matières premières non agricoles et déchets organiques^[15].

Applications

L'isobutène est un intermédiaire de synthèse intervenant dans un grand nombre de produits. Il polymérise pour donner du polyisobutène, utilisé notamment comme élastomère et comme additif de lubrifiants. L'hydroxytoluène butylé (BHT) et l'hydroxyanisole butylé (BHA) sont des antioxydants fabriqués à partir d'isobutène par réaction de Friedel-Crafts avec des phénols.

L'isobutène est également à la base de la fabrication des carburants oxygénés avec le méthanol CH₃OH et l'éthanol C₂H₅OH en donnant l'éther méthyle-tertiobutyle H₃C–O–C(CH₃)₃ (MTBE) et l'éther éthyle-tertiobutyle H₃C–CH₂–O–C(CH₃)₃ (ETBE) respectivement :

Addition d'éthanol sur l'isobutène pour produire de l'éther éthyle-tertiobutyle.

L'alkylation avec le butane donne de l'isooctane, autre additif pour les carburants.

L'isobutène intervient en outre dans la production de méthacroléine H₂C=C(CHO)–CH₃.

Sécurité

L'isobutène est un gaz hautement inflammable. Il présente des risques d'explosion.

Il est généralement stocké sous forme de gaz comprimé, le risque étant, outre les explosions, qu'il produise une atmosphère asphyxiante s'il est libéré de façon incontrôlée par simple appauvrissement en oxygène.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. (en) Iwona Owczarek et Krystyna Blazej, « Recommended Critical Temperatures. Part I. Aliphatic Hydrocarbons », J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 32, n^o 4,‎ 4 août 2003, p. 1411 (DOI 10.1063/1.1556431)
3. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2^e éd., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, lire en ligne), p. 294
4. (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
5. (en) Iwona Owczarek et Krystyna Blazej, « Recommended Critical Pressures. Part I. Aliphatic Hydrocarbons », J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 35, n^o 4,‎ 18 septembre 2006, p. 1461 (DOI 10.1063/1.2201061)
6. Kolah, A. K., Zhiwen, Q., & Mahajani, S. M. (2001). Dimerized isobutene: an alternative to MTBE. Chemical innovation, 31(3), 15-21.
7. Hydrocarbon Chemistry, George A. Olah et Árpád Molnár, Wiley-Interscience, (ISBN 978-0-471-41782-8)
8. van Leeuwen, B. N., van der Wulp, A. M., Duijnstee, I., van Maris, A. J., & Straathof, A. J. (2012). Fermentative production of isobutene. Applied microbiology and biotechnology, 93(4), 1377-1387
9. de la Cruz, V., Hernández, S., Martín, M., & Grossmann, I. E. (2014). Integrated synthesis of biodiesel, bioethanol, isobutene, and glycerol ethers from algae. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53(37), 14397-14407 (résumé).
10. (en) « French Firm Prototypes Process for Producing Isobutene from Glucose », sur DownstreamToday.com, 7 octobre 2010 (consulté le 8 septembre 2015).
11. Johann Corric, « Global Bioenergies : vers un modèle d’industrialisation original », sur lerevenu.com, 2 juin 2015.
12. Johann Corric, « Global Bioenergies améliore le rendement de sa technologie », sur lerevenu.com, 30 juillet 2015.
13. Environnement magazine (2016) Global Bioenergies séduit la Suède avec son isobutène biosourcé, brève datée : 27/09/2016.
14. Sylvie Latieule (2015) Global Bioenergies produit de l’isobutène à partir de xylose , brève publiée le 25 aout 2015 par Formule verte
15. Sylvie Latieule[Global Bioenergies et LanzaTech s’unissent pour produire de l’isobutène à partir de déchets] ; brève publié par Formule verte, le 14 janvier 2016.

Voir aussi

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• Isobutène, sur Wikimedia Commons

Article connexe

• Butène C₄H₈, dont le méthylpropène est l'un des quatre isomères.

Liens externes

• Encyclopédie Air Liquide : Isobutène

Bibliographie

• Behr, A., Rentmeister, N., Seidensticker, T., Vosberg, J., Peitz, S., & Maschmeyer, D. (2014). Highly Selective Dimerization and Trimerization of Isobutene to Linearly Linked Products by Using Nickel Catalysts. Chemistry–An Asian Journal, 9(2), 596-601.
• Crisci, A. J., Dou, H., Prasomsri, T., & Román-Leshkov, Y. (2014). Cascade reactions for the continuous and selective production of isobutene from bioderived acetic acid over zinc-zirconia catalysts. ACS Catalysis, 4(11), 4196-4200.
• González, M. D., Salagre, P., Taboada, E., Llorca, J., Molins, E., & Cesteros, Y. (2013). Sulfonic acid-functionalized aerogels as high resistant to deactivation catalysts for the etherification of glycerol with isobutene. Applied Catalysis B: Environmental, 136, 287-293 (résumé).
• Liu, C., Sun, J., Smith, C., & Wang, Y. (2013). A study of Zn x Zr y O z mixed oxides for direct conversion of ethanol to isobutene. Applied Catalysis A: General, 467, 91-97 (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926860X13004092 résumé]).
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• Zhou, C. W., Li, Y., O'Connor, E., Somers, K. P., Thion, S., Keesee, C., ... & Kukkadapu, G. (2016) A comprehensive experimental and modeling study of isobutene oxidation. Combustion and Flame, 167, 353-379.

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