CN112759511A - 钌助催化剂在氧化膦羰基化方法中的使用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钌助催化剂在氧化膦羰基化方法中的使用。本技术涉及在氧化膦和钌添加剂存在下用以产生羧酸的醇、醚和酯的铑催化羰基化方法。在一些实施方式中，该技术提供了使用具有氧化膦和钌添加剂的铑催化剂从乙酸甲酯或甲醇制备乙酸的改进的方法。

Description

钌助催化剂在氧化膦羰基化方法中的使用

本申请是申请号为201680005419.3母案的分案申请。该母案的申请 日为2016年1月18日；发明名称为“钌助催化剂在氧化膦羰基化方法中的 使用”。

相关申请的交叉引用

本申请根据专利合作条约提交，该专利合作条约要求于2015年1月 20日提交的美国临时申请No.62/105,572的优先权，其全部内容通过引 用并入本文。

技术领域

本发明涉及化学领域。在一些方面，本公开涉及羰基化反应和用于生 产羧酸的方法。

背景技术

铑催化羰基化是产生诸如乙酸的羧酸的广泛运用的方法。特别地，该 方法可用于商业制备冰醋酸。量子化学公司描述了使用五价络合物，诸如 三取代的氧化膦以提高乙酸甲酯对乙酸的转化率，而不需要引入高浓度的 水。

当催化剂在羰基化条件下倾向于沉淀时，铑羰基化催化剂的活性随时 间而降低，并导致随时间而降低的活性。已显示向催化混合物中加入钌以 稳定铑催化剂，并且当使用铑催化剂时提升羰基化速率。在高水和低水羰 基化条件下都显示了这种提升的速率。已经显示将三苯基氧膦引入羰基化 方法而导致改进的催化羰基化体系。因此，具有改进的转化率同时稳定铑 羰基化催化剂以使其具有增加的催化寿命的催化体系是商业上需要的。

发明内容

一方面，本公开提供了一种用于生产羧酸的方法。在一些实施方式中， 该方法包括在足以引起羰基化条件下在反应混合物中在钌化合物、第一碘 化物源和氧化膦_(C≤24)的存在下使以下物质进行反应：

(A)选自甲醇、二甲醚或乙酸甲酯的起始原料；

(B)一氧化碳(CO)；以及

(C)铑化合物；

以产生乙酸。在一些实施方式中，铑化合物是乙酸铑(II)、乙酸铑(III)、 Rh₂(CO)₄I₂、Rh₂(CO)₄Br₂、Rh₂(CO)₄Cl₂或[H][Rh(CO)₂I₂]。在一些实施方式 中，钌化合物是乙酸钌或碘化钌。在一些实施方式中，氧化膦_(C≤24)是三苯 基氧膦。在一些实施方式中，该方法包括相对于反应混合物中的铑络合物 保持大于10当量的氧化膦_(C≤24)。在一些实施方式中，该方法包括相对于 反应混合物中的铑络合物保持大于50当量的氧化膦_(C≤24)。在一些实施方 式中，乙酸甲酯保持约0.1M至约5M的浓度。在一些实施方式中，第一 碘化物源是氢碘酸。在一些实施方式中，该方法包括将第一碘化物源保持 在约0.05M至约2.0M的浓度。在一些实施方式中，所述方法还包括加入 第二碘化物源。在一些实施方式中，第二碘化物源是甲基碘。在一些实施 方式中，该方法包括将第一碘化物源保持在约0.05M至约3M的浓度。 在一些实施方式中，该方法还包括向反应物中加入水。在一些实施方式中， 将水保持在小于7.5M的浓度。在一些实施方式中，该方法包括将反应加 热至约50℃至约300℃的温度。在一些实施方式中，该方法包括在约200psi 至约600psi的压力下进行反应。在一些实施方式中，所述方法还包括向反 应加入氢气。

在另一方面，本公开提供了一种方法，其包括：

(A)将选自醇_(C≤12)、酯_(C≤15)或醚_(C≤24)的起始原料与铑化合物、钌 化合物、碘化物源和氧化膦_(C≤24)混合以形成第一反应混合物；

(B)用一氧化碳对第一反应混合物加压以形成第二反应混合物；以 及

(C)在足以引起羰基化的条件下在钌化合物、碘化物源和氧化膦_(C≤24)的存在下使起始原料与铑化合物和一氧化碳反应，以产生包含羧酸_(C2-13)的反应产物。

在一些实施方式中，羧酸_(C2-13)是乙酸。在一些实施方式中，酯_(C≤15)是乙酸甲酯。在一些实施方式中，醚_(C≤24)是二甲醚。在一些实施方式中， 醇_(C≤12)是甲醇。

在再一个方面，本公开提供了一种方法，其包括：

(A)添加选自醇_(C≤12)、酯_(C≤15)或醚_(C≤24)的铑化合物、钌化合物、 碘化物源、氧化膦_(C≤24)和起始原料至反应器以形成第一反应混合物；

(B)用一氧化碳对第一反应混合物加压以产生第二反应混合物；以 及

(C)在足以引起羰基化的条件下在反应器中在钌化合物、碘化物源 和氧化膦_(C≤24)的存在下使选自醇_(C≤12)、酯_(C≤15)或醚_(C≤24)的起始原料与铑 化合物和一氧化碳接触，以产生包含羧酸_(C2-13)的反应产物。

在一些实施方式中，羧酸_(C2-13)是乙酸。在一些实施方式中，酯_(C≤15)是乙酸甲酯。在一些实施方式中，醚_(C≤24)是二甲醚。在一些实施方式中， 醇_(C≤12)是甲醇。

尽管公开了多个实施方式，但是还有其他实施方式对于本技术领域的 技术人员从以下详细书说明中是显而易见的。如将显而易见的本文所公开 的，在不脱离本文提出的权利要求的精神和范围的情况下，能够在各个方 面进行修改。因此，详细描述将认为是示例性的而不是限制性的。

具体实施方式

在一些方面，本公开提供了在具有氧化膦和钌助催化剂的铑催化剂的 存在下生产包括醇或酯的羰基化的羧酸的方法。在一些实施方式中，使用 氧化膦与钌助催化剂在增加催化剂活性的同时增加催化剂使用期限。在一 些实施方式中，在羰基化方法中使用两种添加剂导致羧酸生成速率提升、 羧酸产率提升和/或诸如长链羧酸的副产物的产生的减少。

I.羰基化方法

在一些方面，本公开提供了用铑催化剂以及钌助催化剂和氧化膦来羰 基化醇或酯以产生羧酸的方法。在一些实施方式中，该方法是生产乙酸的 方法，其包括乙酸甲酯或甲醇的羰基化。在一些实施方式中，该方法包括 使用乙酸甲酯作为起始原料。在其他实施方式中，该方法包括使用甲醇作 为起始原料。在其他实施方式中，该方法包括使用二甲醚。

另一方面，本公开内容提供了使用过渡金属催化剂的羰基化方法。在 一些实施方式中，过渡金属催化剂是铑催化剂。预期在本文所述的羰基化 方法中可以使用任何已知的铑羰基化催化剂。在一些方面，铑催化剂包括 选自铑金属、卤化铑、氧化铑、乙酸铑、有机铑化合物、铑配位化合物或 类似化合物的铑源。另外，可以使用不同铑源的混合物。可用于本公开羰 基化方法的铑源的非限制性实施例包括RhCl₃、RhBr₃、RhI₃、RhCl₃·3H₂O、 RhBr₃·3H₂O、RhI₃·3H₂O、Rh₂(CO)₄Cl₂、Rh₂(CO)₄Br₂、Rh₂(CO)₄I₂、Rh₂(CO)₈、 Rh(CH₃CO₂)₂、Rh(CH₃CO₂)₃、Rh[(C₆H₅)₃P]₂(CO)I、Rh[(C₆H₅)₃P]₂(CO)Cl、 元素Rh、Rh(NO₃)₃、Rh(SnCl₃)[(C₆H₅)P]₂、RhCl(CO)[(C₆H₅)As]₂、 RhI(CO)[(C₆H₅)Sb]₂、Rh[(C₆H₅)₃P]₂(CO)Br、Rh[(n-C₄H₉)₃P]₂(CO)Br、 Rh[(n-C₄H₉)₃P]₂(CO)I、RhBr[(C₆H₅)₃P]₃、RhI[(C₆H₅)₃P]₃、RhCl[(C₆H₅)₃P]₃、 RhCl[(C₆H₅)₃P]₃H₂、[(C₆H₅)₃P]₃Rh(CO)H、Rh₂O₃、[Rh(C₃H₄)₂Cl]₂、 K₄Rh₂Cl₂(SnCl₂)₄、K₄Rh₂Br₂(SnBr₂)₄、[H][Rh(CO)₂I₂]、K₄Rh₂I₂(SnI₂)₄或是 式[Rh(CO)₂X₂][Y]的络合物，其中X是卤化物，且Y是质子、氢、碱金属 阳离子或氮、磷或砷的四价化合物，或是类似的铑络合物。在一些实施方 式中，铑源为Rh₂(CO)₄I₂、Rh₂(CO)₄Br₂、Rh₂(CO)₄Cl₂、Rh(CH₃CO₂)₂、 Rh(CH₃CO₂)₃或[H][Rh(CO)₂I₂]。在一些实施方式中，铑源为Rh(CH₃CO₂)₂、 Rh(CH₃CO₂)₃或[H][Rh(CO)₂I₂]。

本公开的铑化合物或络合物可以以足以实现合理量的羰基化或羰基 化有效速率的浓度使用。不受理论的约束，过量的铑催化剂可能导致不期 望的副产物。因此，铑催化剂的优化是可以直接影响所需羰基化产物的速 率、量和产率的一个因素。在羰基化方法中，基于液体反应组分的总重量， 可使用的铑催化剂的浓度为10至约4000ppm。在一些实施方式中，催化 剂的量为约200至约1200ppm。在一些实施方式中，催化剂的量为约400 至约1000ppm。这些浓度也可以用摩尔浓度表示。在一些实施方式中，基 于液体反应组分的总体积，浓度为约1×10^-4M至约4×10^-2M。在一些实施 方式中，浓度为约2×10^-3M至约1.2×10^{- 2}M。在一些实施方式中，浓度为 约4×10^-3M至约1×10^-2M。尽管这些浓度足以使羰基化进行，但只要较高 的浓度不会产生令人不满意的副产物，那么可以使用更高的浓度。

可以想象，在一些方面，本发明涉及在液相中进行的羰基化方法。在 其他实施方式中，羰基化方法在气相中进行。在一些实施方式中，羰基化 反应含有一种或多种液体组分。在一些实施方式中，液体组分选自乙酸、 甲醇、水、甲基碘或乙酸甲酯。在一些实施方式中，液体组分包括一种以 上的乙酸、水、甲基碘或乙酸甲酯。在一些实施方式中，液体组分作为液 体加入，但在反应条件下蒸发。

在一些方面，羰基化反应包括加入乙酸甲酯作为反应组分。在一些实 施方式中，基于液体反应组分的总重量，在液体反应组分中保持的乙酸甲 酯的量包含约0.5至约10wt.％。在一些实施方式中，乙酸甲酯的重量百分 比与乙酸甲酯的摩尔浓度相关，约为0.07至约1.4M。在一些实施方式中， 基于液体反应组分的总重量，在液体反应组分中保持的乙酸甲酯的量为约 1至约8wt.％。在一些实施方式中，乙酸甲酯可以装入到反应器中。在其 他实施方式中，原位形成乙酸甲酯。此外，在一些实施方式中，保持乙酸 甲酯的量以达到乙酸甲酯和铑催化剂之间的所需比例。在一些实施方式 中，乙酸甲酯与铑金属催化剂的比例为约1000∶1至约2∶1。在一些实施 方式中，乙酸甲酯与铑金属催化剂的比例为约700∶1至约5∶1。在一些 实施方式中，乙酸甲酯与铑金属催化剂的比例为约275∶1至约14∶1。

在一些方面，本公开包含液体介质，其包含碘化物源。在一些实施方 式中，碘化物源是甲基碘或氢碘酸。在一些实施方式中，碘化物源是甲基 碘。在一些实施方式中，将甲基碘直接加入到反应混合物中。在其他实施 方式中，甲基碘可以从氢碘酸与甲醇的反应原位产生。不受理论的约束， 据信甲基碘歧化并添加到作为甲基阳离子和碘阴离子的铑催化剂中以形 成活性催化剂络合物。在本公开的羰基化反应中可以使用各种不同浓度的 碘化物源。碘化物源的优化对于本领域技术人员来说将是常规的。在一些 实施方式中，基于液体反应组分的总重量，在反应中保持的甲基碘的量为 约0.6至约36wt.％。在一些实施方式中，基于液体反应组分的总重量，甲 基碘的量为约3.6至约24wt.％。甲基碘的量也可以被确定为液体反应组分 的摩尔浓度。在一些实施方式中，甲基碘的浓度为约0.05M至约3.0M。在一些实施方式中，甲基碘的浓度为0.3M至约2.0M。在本公开的其他 实施方式中，使用氢碘酸作为碘化物源。在一些实施方式中，基于液体反 应组分的总重量，在羰基化反应中使用的氢碘酸的浓度为约0.6至约23 wt.％。在一些实施方式中，基于液体反应组分的总体积，氢碘酸的浓度为 约2.3至约11.6wt.％。与甲基碘的浓度一样，也可以测量氢碘酸的浓度作 为液体反应组分的摩尔浓度。在一些实施方式中，氢碘酸的浓度为约0.05 M至约2.0M。在一些实施方式中，氢碘酸的浓度为约0.2M至约1.0M。

在一些方面，羰基化反应还包括将羧酸加入液体反应组分。在一些实 施方式中，羧酸是乙酸。在一些实施方式中，保持在液体反应组分中的乙 酸浓度为20至约80wt.％或当以摩尔浓度测量时为约3.0M至约12.0M。 在一些实施方式中，乙酸的量为约35至约65wt.％或当以摩尔浓度测量时 为约5至约10M。在一些实施方式中，液体反应组分的平衡是乙酸。

在一些方面，羰基化反应还包括向反应混合物中加入第二金属化合 物。在其他实施方式中，羰基化反应还包括加入选自钌、铼、锇、镉、锌、 汞、镓、铟或钨的金属的一种或多种化合物或络合物。在一些实施方式中， 金属是钌、锇或铼。在一些实施方式中，金属是钌。在一些实施方式中， 可将任何可溶或异质钌源加入到反应混合物中以提高羰基化过程的产率 和产量。可用于本公开羰基化反应的钌化合物或络合物的一些非限制性实 施例包括卤化钌、羰基钌、氧化钌、羧酸钌、硝酸钌、钌铵盐、羰基钌络 合物、有机钌络合物，诸如四氯双(苯)二钌(II)、二氯(环辛-1，5-二烯)钌(II) 聚合物或四氯双(4-异丙基苯)二钌(II)或混合的卤代羰基钌化合物，诸如二 氯三羰基钌(III)二聚体或二溴三羰基钌(II)二聚体。潜在的钌化合物或络合 物的其他实施例在美国专利号7,053,241中进行描述。在一些实施方式中， 钌化合物或络合物是乙酸钌或碘化钌。在一些实施方式中，钌化合物或络 合物是乙酸钌。在一些实施方式中，保持在液体反应组分中的第二金属的 浓度相对于羰基化催化剂保持。在一些实施方式中，第二金属相对于羰基 化催化剂的量为约0.1∶1至约20∶1。在一些实施方式中，该量为约0.5∶ 1至10∶1。在一些实施方式中，该量为约2∶1至约10∶1。在一些实施 方式中，将第二金属加入到反应介质中直到第二金属在反应混合物中的溶 解度的极限。在一些实施方式中，第二金属的浓度小于约8000ppm。在一 些实施方式中，第二金属的浓度为约400至约7000ppm。

在一些方面，加入到羰基化反应中的水的量可用于控制反应速率以及 其他反应组分。在一些实施方式中，将水有意地添加到反应混合物中。在 其他实施方式中，水是来自添加其他组分的污染物。在一些实施方式中， 羰基化反应包括使一氧化碳和醇或反应性组分与低水浓度的水反应。不受 理论的约束，加入水促进了羰基化化合物最终转化成适宜的羧酸。在一些 实施方式中，低水浓度小于约20wt.％或12.5M。在一些实施方式中，低 水浓度小于约14wt.％或8.75M。在一些实施方式中，低水浓度小于约4 wt.％或2.5M。在一些实施方式中，低水浓度包括将反应器中的水保持在 约0.1wt.％或62.5mM至约10wt.％或11.25M。在一些实施方式中，低水 浓度为约0.2wt.％或125mM至约5wt.％或3.125M。在一些实施方式中， 低水浓度为约0.5wt.％或312.5mM至约2.5wt.％或1.5625M。在一些实施 方式中，低水浓度为约1.5wt.％或937.5mM至约2.5wt.％或1.5625M。在 其他实施方式中，反应具有高水浓度。在一些实施方式中，高水浓度大于 约4wt.％或2.5M。在一些实施方式中，高水浓度大于约14wt.％或8.75M。 通常，羰基化方法在当羰基化方法包含碘化物盐时，所用水的量小于10 wt.％或6.25M。在一些实施方式中，在反应过程中原位形成另外的水。在一些实施方式中，可以相对于在反应中使用的催化剂的量来测量水的量。 在一些实施方式中，水与催化剂的比例为约200∶1至约4000∶1。在一些 实施方式中，该比例为约270∶1至约1750∶1。

在一些方面，本公开包括羰基化方法，其进一步包括向反应混合物中 加入一种或多种气态化合物。在一个实施方式中，将氢气加入到反应混合 物中。不受理论的束缚，据信向反应混合物(诸如包含铑催化剂的反应混 合物)中加入氢降低了羰基化方法对产生副产物醛和醇的选择性。此外， 不受理论的约束，包含氢的羰基化反应也可以表现出增加的催化效能。氢 气的量取决于所使用的催化剂和其他反应性金属组分以及所需的产物。在 一些实施方式中，氢气相对于反应混合物中的CO的比例为约2∶1至约 1∶8。在一些实施方式中，氢相对于CO的化合物的比例为约1∶1至约1∶ 4。在一些实施方式中，保持在反应混合物中的氢气的浓度基于加入到反 应器中的CO的量为约0.1mol％至约5mol％。在一些实施方式中，氢的浓 度为约0.5mol％至约3mol％。在一些实施方式中，将氢气作为与其他气 体组分分离的流加入到反应器中。在其他实施方式中，氢气作为混合物与 CO一起加入。在一些实施方式中，可以根据需要将氢气加入到反应混合 物中，以便在反应混合物中保持一致的氢气浓度。由于CO在反应中被消 耗，在一些实施方式中，氢与CO的摩尔比可增加至约1000∶1至约100∶ 1的浓度。随着氢与CO的摩尔比变化，在一些实施方式中，向反应混合 物中加入更多的CO以增加氢与CO的摩尔比。

在一些方面，本公开内容提供羰基化反应，其包括向反应混合物中加 入CO。在一些实施方式中，CO可以作为气体加入。在其他实施方式中， CO是由一种或多种金属催化剂的配体原位生成的。在一些实施方式中， CO保持在约10psig(69kPa)至约800psig(约5,515kPa)的压力下。在 一些实施方式中，CO保持在约50psig(约344kPa)至约500psig(约3,447 kPa)的压力下。在一些实施方式中，CO保持在约100psig(约689kPa) 至约300psig(约2,068kPa)的压力下。在一些实施方式中，反应包括连 续向反应混合物中加入CO，以保持CO在反应中消耗的CO的恒定摩尔比。

在一些方面，本公开提供了可以使用多种不同反应器系统进行的羰基 化方法。在一些实施方式中，羰基化方法在间歇式反应器中进行。在其他 实施方式中，羰基化方法在连续式反应器中进行。在其他实施方式中，羰 基化方法在固定床或流化反应器中进行。

本公开的羰基化方法在增加的压力下进行。在一些实施方式中，反应 压力为约200psig(约1378kPa)至约1200psig(约8,274kPa)。在一些 实施方式中，反应压力为约300psig(约2,068kPa)至约600psig(约4,137 kPa)。在一些实施方式中，反应压力为约400psig(2,758kPa)。此外，羰 基化反应的温度升高到室温以上。在一些实施方式中，羰基化反应的温度 大于100℃。在一些实施方式中，温度为约150℃至约225℃。在一些实施 方式中，温度为约160℃至约220℃。在一些实施方式中，温度为约170℃ 至约200℃。在一些实施方式中，温度为约175℃。

本公开的方法包括在生产相对于铑催化剂的量的羧酸中使用氧化膦。 预期在反应过程中可以使用任何量的氧化膦。在一些实施方式中，氧化膦 的量相对于每当量大于50当量的铑催化剂。在一些实施方式中，氧化膦 的量相对于每当量大于100当量的铑催化剂。所用的氧化膦的量也可以用 反应混合物的浓度来描述。在一些实施方式中，所用的氧化膦的量为约0.2 至约3.0M。在一些实施方式中，所用的氧化膦的量为约0.4至约1.4M。 在一些实施方式中，氧化膦的浓度足以实现一些方法度量的改进，诸如提 升的速率、增加的产率或降低的一种或多种副产物的产生。不受理论的约 束，加入氧化膦防止活性铑催化剂的沉淀，从而保持羰基化反应的速率。

II.生产规模扩大

可以使用本领域技术人员应用的工艺化学的原理和技术，对批量或连 续的制备、实验或大规模生产进一步修改和优化上述方法。这些原理和技 术例如在实践过程研究与开发(2012)中被教导，其通过引用并入本文。

III.术语释义

当在化学基团的上下文中使用时：“氢”是指-H；“羟基”是指-OH； “羧基”是指-C(＝O)OH(也称为-COOH或-CO₂H)；“卤代”独立地表示 -F、-Cl、-Br或-I；和“氨基”是指-NH2。当在化学基团的上下文中使用 时：“卤化物”是指配制成具有单个负电荷的阴离子的卤素原子。当在配 体的上下文中使用时，“羰基”是指“CO”。

对于下面的组和类，以下括号下标进一步将组/类定义如下：“(Cn)” 定义组/类中碳原子的确切数目(n)。“(C≤n)”定义了可以在组/类中的碳 原子的最大数量(n)，对于所讨论的组，最小数量尽可能小，例如，可以 理解的是，最小数量“烯基_(C≤8)”或类“烯烃_(C≤8)”中的碳原子是两个。 例如，“烷氧基(C≤10)”表示具有1至10个碳原子的那些烷氧基。(Cn-n′) 定义了组中最小(n)和最大数量(n′)的碳原子。例如，“烷基(C2-10)” 表示具有1至10个碳原子的那些烷基团。

当不使用“取代的”改性剂时，术语“烷基”是指具有碳原子作为附 着点的单价饱和脂族基团、直链或支链、环、环状或非环状结构，并且不 含除碳和氢以外的其他原子。因此，如本文所用，环烷基是烷基的子集， 其中形成附着点的碳原子也是一个或多个非芳族环结构中的元素，其中环 烷基不由碳和氢以外的原子组成。如本文所用，该术语并不排除附着到环 或环系统上的一个或多个烷基(碳数限制允许)。当不使用“取代的”改 性剂时，术语“烷二基”是指具有一个或两个饱和碳原子作为附着点的二 价饱和脂族基团、直链或支链、环、环状或非环状结构，不含碳-碳双键或 三键，并且不含除碳和氢以外的其他原子。应注意到，烯二基是脂族，一 旦连接在两端，该基团不排除形成芳族结构。当这些术语中的任何一个与 “取代的”改性剂一起使用时，一个或多个氢原子已被-OH、-F、-Cl、-Br、 -I、-NH₂、-NO₂、-CO₂H、-CO₂CH₃、-CN、-SH、-OCH₃、-OCH₂CH₃、-C(O)CH3、 -NHCH₃、-NHCH₂CH₃、-N(CH₃)₂、-C(O)NH₂、-OC(O)CH₃或-SO)₂NH₂独 立地取代。术语“卤代烷基”是取代烷基的一个子集，其中一个或多个氢 原子被卤素基团取代，而不含除碳、氢和卤素之外的原子。基团-CH₂Cl是 卤代烷基的非限制性实施例。术语“氟代烷基”是取代的烷基的一个子集， 其中一个或多个氢原子被氟原子取代，并且不含除碳、氢和氟之外的原子。

与上述定义的术语“烷基”类似，其他化学基团根据标准IUPAC命名 法与以下所示的一般描述组合来定义。术语“烯基”是指具有碳原子作为 附着点的单价不饱和脂族基团、直链或支链非环状结构、至少一个非芳族 碳-碳双键、不含碳-碳三键，并且不含除碳和氢之外的原子。术语“芳基” 是指具有芳族碳原子作为附着点的一价不饱和芳族基团，所述碳原子形成 一个或多个六元芳族环结构的一部分，其中环原子全部为碳，其中该基团 不由除碳和氢之外的原子组成。如果存在一个以上的环，则这些环可以是 稠合合的或未稠合的。

如本文所用，该术语并不排除附着到第一芳族环或存在的任何另外的 芳族环系统上的一个或多个烷基或芳烷基(碳数限制允许)。术语“芳烷 基”是指单价基团-烷二基-芳基，其中术语烷二基和芳基各自以与本文的 定义和标准IUPAC命名法一致的方式使用。术语“杂芳基”是指具有芳族 碳原子或氮原子作为附着点的一价芳族基团，所述碳原子或氮原子形成一 个或多个芳族环结构的一部分，其中至少一个环原子是氮、氧或硫，并且 其中所述杂芳基由除碳、氢、芳族氮、芳族氧和芳族硫以外的任何原子组 成。如果存在一个以上的环，则这些环可以是稠合合的或未稠合的。如本 文所用，该术语并不排除附着到第一芳族环或存在的任何另外的芳族环系 统上的一个或多个烷基、芳基或芳烷基(碳数限制允许)。当这些术语中 的任何一个与“取代的”改性剂一起使用时，一个或多个氢原子已被-OH、 -F、-Cl、-Br、-I、-NH₂、-NO₂、-CO₂H、-CO₂CH₃、-CN、-SH、-OCH₃、 -OCH₂CH₃、-C(O)CH₃、-NHCH₃、-NHCH₂CH₃、-N(CH₃)₂、-C(O)NH₂、 -OC(O)CH₃、或-S(O)₂NH₂独立地取代。化学基团上的后缀“二基”是指 该化学基团的二价基团形式。

在当不使用“取代的”改性剂时，术语“烷氧基”是指基团-OR，其 中R是如上所定义的术语那样的烷基。术语“环烷氧基”、“烯氧基”、“芳 氧基”、“芳烷氧基”和“杂芳氧基”在不使用“取代的”改性剂时，是指 定义为-OR的基团，其中R是环烷基、烯基、芳基、芳烷基和杂芳基。术 语“醇”对应于如上所定义的烷烃，其中至少一个氢原子已被羟基取代。 术语“醚”对应于如上所定义的烷烃，其中至少一个氢原子已被烷氧基取 代。术语“酯”对应于下式的基团：RC(O)R′，其中R是烷基，并且R′是 烷氧基。术语“羧酸”对应于下式的基团：RC(O)OH，其中R是烷基。当 这些术语中的任何一个与“取代的”改性剂一起使用时，一个或多个氢原子已被-OH、-F、-Cl、-Br、-I、-NH₂、-NO₂、-CO₂H、-CO₂CH₃、-CN、 -SH、-OCH₃、-OCH₂CH₃、-C(O)CH₃、-NHCH₃、-NHCH₂CH₃、-N(CH₃)₂、 -C(O)NH₂、-OC(O)CH₃、或-S(O)₂NH₂独立地取代。

当不使用“取代的”改性剂时，术语“氧化膦”是指如下术语所定义 的式O＝PR₃或二膦氧化物的化合物，其中每个R独立地是氢、烷基、环烷 基、烯基、芳基、芳烷基或杂芳基，如上所定义的这些术语。非限制性实 施例包括OPMe₃(三甲基氧化膦)和PPh₃O(三苯基氧膦)。当不使用“取 代的”改性剂时，术语“二氧化膦”是指式R₂-P(O)-L-P-R₂或 R₂-P(O)-L-P(O)-R₂的化合物，其中每个R独立地是氢、烷基、环烷基、 烯基、芳基、芳烷基或杂芳基，并且其中L是包括烷二基、环烷烃二基、 烯二基、癸二烯基、芳烷二基或亚杂芳基的二价基团。术语“氧化膦”还 包括在美国专利申请公开号2006/0173212中所述的膦氧化物。当这些术 语中的任何一个与“取代的”改性剂一起使用时，附着至碳原子的一个或 多个氢原子已被-OH、-F、-Cl、-Br、-I、-NH₂、-NO₂、-CO₂H、-CO₂CH₃、 -CN、-SH、-OCH₃、-OCH₂CH₃、-C(O)CH₃、-NHCH₃、-NHCH₂CH₃、 -N(CH₃)₂、-C(O)NH₂、-OC(O)CH₃、或一S(O)₂NH₂独立地取代。

当与权利要求和/或说明书中的术语“包含”一起使用时，“a”或“an” 的意思可以是“一个”，但是它也符合“一个或多个“、”至少一个“和” 一个或多于一个“的意思。

在整个本申请中，术语“大约”用来说明这样的值，其包括装置和用 来测定所述值的方法的误差的固有变化，或者研究受试者之间存在的变 化。当在环氧化工艺条件的上下文中使用时，术语“约”用于暗示条件的 自然变化并且表示测量的正负5％的变化。在一些实施方式中，变化是测 量的正负1％。

术语“包含”、“具有”和“包括”是开放性系动词。这些动词的一种 或多种的形式或时态，例如“包含”、“有”、“具有”和“包括”也是开放 式的。例如，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个步骤的任何方法不 限于仅那些一个或多个步骤，还包括其他未列出的步骤。

第一化合物的“异构体”是单独的化合物，其中每个分子含有与第一 化合物相同的组成原子，但三维空间中这些原子的构型不同。

“方法”是用于产生最终产品、结果或结论的一系列一个或多个步骤。 如本文所使用的，“方法”一词与“方法”一词可互换使用。

上述定义取代了通过引用并入本文的任何参考文献中的任何冲突的 定义。然而，确定某些术语的事实不应被视为指示任何未定义或不明确的 术语。相反，所使用的所有术语被认为是用术语来描述技术，使得普通技 术人员可以理解本技术的范围和实践。

实施例

包括以下实施例以示出本技术的实施方式。本领域技术人员应该理解 在下面的实施例中公开的技术代表在本发明的实践中由本发明人发现的 功能良好的技术。然而，根据本公开，本领域技术人员应当理解，在不脱 离本技术的精神和范围的情况下，可以在所公开的具体实施方式中进行许 多改变，并且仍然获得相似或类似的结果。

实施例1：乙酸甲酯的羰基化

使用由哈氏合金C-276构成的300mL高压釜以间歇模式进行下述实 验。反应器头装有用于冷却盘管、热电偶和汲取管的附着物用于样品出口 和返回。通过两个串联冷凝器使蒸汽堆的蒸汽损失最小化。将反应组分减 去催化剂加入到反应器中。在用氮气进行泄漏测试并用CO-N₂吹扫 50％-50％后，将反应器及其内容物在100-200psig(689-1,379kPa)的CO-N₂压力下搅拌加热到所需温度。

然后通过将含铑催化剂注入反应器然后将反应器的压力提高到400 psig(2,758kPa)来开始反应。使反应在恒定压力下进行，通过调节器从 高压储存器中进料50％-50％的CO-N₂来维持反应。通过储槽中的压降来测 量羰基化反应的程度。使用已知的储存容积将压降转化为反应的CO的摩 尔数。在实验终止时，当没有观察到进一步的CO吸收时，将间歇式反应 器冷却并除去样品进行气相色谱分析。

获得与表1中所包括的与实验1-4相关的数据，其中除非另有说明， 所有以下组分都加入反应器中：

·3M H₂O

·0.5M HI

·0.7M乙酸甲酯

·4.4mM Rh

·22mM Ru

·0.5M TPPO

以下条件对于所有实验是常见的：175℃和400psig(2,758kPa) (CO-N₂，50％-50％)。将铑作为乙酸铑加入到反应中。当向反应中加入钌 时，将金属以乙酸钌的形式加入。

在表1中，标记为“STY”的色谱柱是指具有摩尔单位的时空收 率·L-1·hr-1。该速率测量与反应的初始阶段相关，其中组分浓度与其起始 浓度没有显着变化，并且其中CO吸收随时间流逝而线性地变化。标记为 “％HOAc产率”的色谱柱是指通过CO消耗测量的在实验过程中形成的 乙酸的总量，作为可基于起始乙酸甲酯浓度形成的理论最大乙酸的百分 比。

通过比较表1的试验#1和#2可以看出，在不存在氧化膦的反应中 加入钌导致产率和时空产率略有增加，但是增加1.6倍副产物丙酸形成。 相比之下，当如实验#3和#4所示，使用存在的氧化膦进行比较实验时， 再次观察到添加钌的产率和时空产率的轻微增加，但现在伴随着2.5倍的 丙酸形成的降低。

表1：使用钌和氧化膦添加剂的乙酸甲酯的羰基化结果

实验#	氧化膦(M)	Ru、mM	STY	％HOAc产率	丙酸，ppm
						1	0	0	1.48	37	180
2	0	22	1.81	42	280
						3	0.5	0	1.49	34	100
4	0.5	22	1.64	41	40

本文公开和要求保护的所有化合物、络合物和方法可以在没有过度实 验的情况下进行和执行。对于本领域技术人员显而易见的是，可以将变化 应用于化合物、络合物和方法，以及本文中和在不脱离本技术的概念、精 神和范围的情况下描述的方法的步骤或步骤序列中描述的方法。更具体 地，显而易见，化学相关的某些制剂可以替代此处所述的制剂，而取得相 似或类似的结果。所有对本领域技术人员显而易见的替代和修饰都被认为在所要求保护的主题的精神、范围和概念内。

参考文献

将以下参考文献就其提供的典型性步骤步骤细节或作为此处所述内 容的补充的其他细节，在此详细引入作为参考。

-美国专利号5,817,869

-美国专利号6,031,129

-美国专利号6,573,403

-美国专利号7,053,241

-美国专利申请公开号2006/0173212

Anderson，N.G.，实践方法研究与开发-有机化学家指南(Practical ProcessResearch&Development-A Guide for Organic Chemists)，第二版， 学术出版社，纽约，2012。

Claims (16)

1.一种用于制备乙酸的方法，其包括在足以引起羰基化条件下在钌相对于铑的比例为2:1至10:1的钌化合物、第一碘化物源和其中C≤24的氧化膦的存在下在反应混合物中使以下物质进行反应：

（A）选自甲醇、二甲醚和乙酸甲酯组成的组的起始原料；

（B）一氧化碳；以及

（C）铑化合物；

以产生乙酸，并且包括在所述反应混合物中保持相对于铑络合物大于10至0.5 x 10³/4.4当量的所述其中C≤24的氧化膦；

其中所述铑化合物是乙酸铑(II)或乙酸铑(III)，以及所述钌化合物是乙酸钌。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述其中C≤24的氧化膦是三苯基氧膦。

3.根据权利要求1所述的方法，其包括在所述反应混合物中保持相对于铑络合物大于50当量的所述其中C≤24的氧化膦。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述乙酸甲酯保持0.1 M至5 M的浓度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一碘化物源是氢碘酸。

6.根据权利要求1所述的方法，其包括将所述第一碘化物源保持在0.05 M至2.0 M的浓度。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括加入第二碘化物源。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二碘化物源是甲基碘。

9.根据权利要求7所述的方法，其包括将所述第二碘化物源保持在0.05 M至3 M的浓度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括向所述反应中加入水。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述水保持在小于7.5 M的浓度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括将所述反应加热至50℃至300℃的温度。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在200 psig至600 psig的压力下进行所述反应。

14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括向所述反应中加入氢气。

15.根据权利要求1所述的方法，其中钌相对于铑的比例为5:1至10:1。

16.根据权利要求15所述的方法，其中钌相对于铑的比例为5:1。