CN1208307C - 以酰胺作为促进剂制造碳酸二芳酯 - Google Patents

Abstract

在一种催化剂体系存在下用氧气和一氧化碳进行羟基芳香族化合物如苯酚的羰基化反应，该催化剂体系包括原子序数至少为44的第VIII族金属，优选钯；碱金属卤化物或碱土金属卤化物，优选溴化钠；至少一种羧酸酰胺，如N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺，以及一种助催化剂，此助催化剂是包括铜、钛、锌、铅、铈和锰中一种或几种金属的化合物。

Description

以酰胺作为促进剂制造碳酸二芳酯

发明背景

本发明涉及通过氧化羰基化制备碳酸二芳酯的方法。更具体说，本发明涉及在羰基化反应中碳酸二芳酯收率的改进。

碳酸二芳酯是用熔融双酚通过酯交换制备聚碳酸酯时的有价值的中间体。这种聚碳酸酯的制备方法比使用光气(一种毒性气体)作为反应物并以有害于环境的氯代脂肪烃如二氯甲烷作为溶剂的方法具有环境上的优越性。

通过羟基芳香族化合物和一氧化碳以及氧的氧化羰基化反应(下面有时简单地称作“羰基化”)制备碳酸二芳酯的各种方法都已公开过。一般说来，此羰基化反应需要相当复杂的催化剂。比如参考美国专利4,187,242，其中的催化剂是VIII族重金属，即原子序数为至少44的VIII族金属，所述金属包括钌、铑、钯、锇、铱和铂，或者它们的配位化合物。

在各种专利，包括美国专利5,498,789在内，公开了此羰基化反应的进一步的进展，包括使用其它金属比如铅或铈作为助催化剂。按照此专利，还须要使用季铵或鏻卤化物，比如溴化四正丁基铵作为催化剂包的一部分。

如果能够用更廉价的化合物代替季铵或鏻卤化物，那么此羰基化反应的商业竞争力就会大幅度增加。但是发现，代之以诸如溴化钠之类的化合物一般会导致所需的碳酸二芳酯分离的产率很低或者不太高。

通过在VIII族重金属催化剂中包括了基于金属的助催化剂可以改进碳酸酯的生产。虽然选择适当的金属基助催化剂将取决于特定的反应条件，包括反应的类型和催化包的其它成分，但在美国专利4,187,242和4,201,721中还是可以找到一般性的指导。

在美国专利5,543,547和5,726,340中，公开了羰基化催化剂体系的用途，该体系包括钯或者类似的金属，各种助催化金属，可以包括铈、铅或钴，以及碱金属或季铵溴化物。日本专利公开10/316,627公开了类似的方法，其中的助催化剂是锰化合物或者铅化合物，还存在有羧酸的酰胺或烷基脲。

在美国专利5,760,272中公开了在使用钴助催化剂的体系内特定的酰胺，即N-甲基吡咯烷酮(在下面称作“NMP”)和三联吡啶等作为有机助催化剂的用途。NMP唯一的公开的功能是改善碳酸二芳酯相对于副产物如双酚的选择性对此体系进一步研究发现，它不会改善定义为“周转数”的碳酸二芳酯的产率，即每克存在的原子VIII族催化金属所形成的碳酸二芳酯的摩尔数。这与日本专利公开的建议是相反的，后者明确认为产率是会改善的。

因此，意义在于改善包括廉价的卤化物并能够有效地制造碳酸二芳酯的催化体系。

发明概述

本发明提供了一种碳酸二芳酯的制备方法，该方法包括了比较廉价的卤化物、能够增加所述卤化物效果的促进剂化合物和含金属的助催化剂。还提供了在此方法中使用的催化组合物。

在本发明的一个方面，提供了碳酸二芳酯的制备方法，该方法包括，在有羰基化有效量的至少一种催化物质存在下，使至少一种羟基芳香族化合物与氧气和一氧化碳接触，该催化物质包括：

(A)原子序数至少为44的第VIII族金属或者它们的化合物；

(B)至少一种碱金属卤化物或碱土金属卤化物；

(C)至少一种羧酸酰胺，以及

(D)至少一种助催化剂，此助催化剂是铜的化合物、钛与锌、铜或铅结合的化合物，或者铈与铅或锰结合的化合物。

本发明的另一方面是含有如上所述的组分A、B、C和D以及它们的任何反应产物的催化组合物。

发明详述和优选的实施方案

在本发明中可以使用任何羟基芳香族化合物。一般优选单羟基芳香族化合物，比如苯酚、甲酚类、二甲苯酚类和对枯基苯酚，而苯酚是最优选的。然而，本发明也使用二羟基芳香族化合物，比如间苯二酚、氢醌和2，2-双(4-羟基苯基)丙烷，或“双酚A”，此时产物是聚碳酸酯的低聚物。

在本发明方法中的其它反应物是氧和一氧化碳，它们与苯酚反应形成所需的碳酸二芳酯。它们可以以高纯度的形式或者以被其它气体稀释的形式使用，这些稀释气体是比如氮气、氩气、二氧化碳或者氢气，它们对反应都没有负面的影响。

为了简单起见，此催化体系的组成物被定义为“组分”，而不管在进行羰基化反应之前或者之中这些所述的组成物之间是否发生反应。因此，此催化体系可以包括所述的组分及其任何反应产物。

此催化体系的组分A是VIII族重金属中的一种，优选是钯或者其化合物。比如，可以使用的钯类物质包括含有元素钯的物体，如钯黑、披钯碳、钯/氧化铝、钯/二氧化硅、钯化合物，如氯化钯、溴化钯、碘化钯、硫酸钯、硝酸钯、醋酸钯和2，4-戊二酮酸钯以及含钯的配位化合物，这涉及到如一氧化碳、胺类、腈类、膦类和烯烃的化合物。在许多情况下优选有机酸的钯(II)盐，最经常是C_2-6脂肪族羧酸的钯(II)盐和β-二酮的钯(II)盐。醋酸钯(II)和2，4-戊二酮酸钯(II)一般是最优选的。上述钯类物质的混合物也是预料到的。

组分B是至少一种碱金属或碱土金属的卤化物，优选是溴化物，比如溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴化钙或溴化镁。碱金属溴化物是特别优选的，而由于其特定的适应性和成本比较低，溴化钠则是最优选的。

组分C是至少一种羧酸酰胺，优选是完全取代的酰胺，即不含包括酰胺氮的NH基团的酰胺，这种酰胺可以是脂肪族的、芳香族的或者杂环的酰胺。说明性的酰胺是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺(下面称作DMA)、二甲基苯甲酰胺和NMP。特别优选的是NMP和DMA。

组分D是至少一种助催化剂，此助催化剂是铜化合物、钛-锌化合物、钛-铜化合物或钛-铅混合物，或者是铈-铅或铈-锰混合物。

可以使用的铅化合物的例子是氧化铅，比如PbO和Pb₃O₄、无机铅盐如硝酸铅(II)、铅的羧酸盐，如醋酸铅(II)和丙酸铅(II)、链烷醇铅和芳族酚(phenoxide)铅，如甲链烷醇铅(II)和苯酚铅(II)、β-二酮的铅盐如2，4-戊二酮酸铅(II)。也可使用上述铅化合物的混合物。优选的铅化合物是氧化铅(II)、芳族酚铅(II)和2，4-戊二酮酸铅(II)。

铈化合物的例子是铈的羧酸盐，比如醋酸铈(II)和铈的β-二酮盐，如2，4-戊二酮酸铈(III)。上述铈化合物的混合物也是可以使用的。优选的铈化合物是2，4-戊二酮酸铈。

钛化合物的例子是无机钛盐，比如溴化钛(IV)、链烷醇钛和芳族酚钛，如丁醇钛(IV)和苯酚钛(IV)、以及β-二酮的钛盐，如双(2，4-戊二酮酸)氧化钛(IV)。也可以使用上述钛化合物的混合物。优选的钛化合物是链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)和2，4-戊二酮酸钛(IV)。

优选的其它金属的化合物对于大多数情况下是β-二酮的盐，特别是2，4-戊二酮酸盐。

除了上述的反应物和催化剂体系外，在反应体系内有时存在着干燥剂。优选的干燥剂是非活性的物质，比如分子筛，如3的分子筛(下面称作3A)。它们一般与其它的反应物分隔开，比如装在搅拌轴上的篮中。然而，本发明经常碰到的特征是，干燥剂不是必需的。

基于全部羟基芳香族化合物和组分C，存在的组分A的量最经常是使适当的第VIII族金属的重量比为大约0.1～10,000ppm，而每当量组分A的第VIII族金属，组分B的量为大约1～2,000mmol。每当量组分A的第VIII族金属，组分D的量一般为大约1～200克原子的总金属。

据信在本发明的组合物和方法中的组分C的作用是增加组分B的卤化物阴离子的离解度和离子化的程度，虽然本发明并不取决于此种或任何其它的操作理论，但这可能是通过与所述组分的阳离子部分形成了配位化合物的缘故。使用的组分C的量将是有效地使碳酸二芳酯的形成得到最优化的量，一般是增加所需碳酸二芳酯的产率，其证据是比如增加如上所定义的周转数。基于羟基芳香族化合物和组分C的总量，此量最经常为大约1～60体积％。

本发明的方法优选在反应器中实施，在该反应器中，在一氧化碳和氧气的压力下，加入羟基芳香族化合物和催化体系并加热。反应压力最经常为大约1～500atm，优选为大约1～150atm。供应的气体一般含有大约1～50mol％的氧气，其余是一氧化碳，而无论在任何情况下都在安全的爆炸限以外。气体可以分别加入或者混合加入。反应温度一般在大约60～150℃。为了使反应尽可能地快，优选按照在比如美国专利5,399,734中所述的那样保持总气体压力和一氧化碳及氧气的分压，直到羟基芳香族化合物完全转化。

可以用传统的技术分离用本发明方法制造的碳酸二芳酯。经常优选如在美国专利5,239,106和5,312,955中所述，让该碳酸二芳酯与羟基芳香族化合物形成加合物然后进行热裂解。

用下面的实施例说明本发明。一个实施例与其它实施例之间在反应物数量上不大的改变，从产率的观点看它们的差别是不大的。

实施例1～5

用2，4-戊二酮酸钯(II)、溴化钠和NMP在小瓶中进行羰基化实验，钯的用量为21ppm，每当量钯用240当量溴化钠，每1.86份苯酚用1重量份NMP。单独或结合使用不同的催化剂化合物作为组分D，它们包括氧化铅(II)、双(2，4-戊二酮酸)氧化钛(IV)、2，4-戊二酮酸铈(III)、2，4-戊二酮酸锰(II)、2，4-戊二酮酸锌和2，4-戊二酮酸铜(II)。每个小瓶都用带聚四氟乙烯隔片的带切缝的弹簧盖盖住，将其放入高压釜中，用91.7mol％的一氧化碳和8.3mol％氧气的混合物加压到81.6atm，并在100 ℃下加热3小时。用气相色谱分析小瓶中碳酸二芳酯的含量。

在下表中给出结果。助催化剂的含量是以每克原子钯的金属摩尔数计的。对照组不含NMP而其它的含量都类似。

     实施例           助催化金属        周转数        对照组

                      (克原子)                        周转数

          1            Cu(10)           387           263

          2            Cu(10)           452           364

                       Ti(10)

          3            Zn(20)           542           423

                       TiO(10)

          4            Ce(10)           651           351

                       Mn(10)

          5            Ce(10)          1339           540

                       Pb(24)

可以看出，通过添加NMP使得结合使用这些助催化剂和溴化钠制备碳酸二芳酯的效果得到实质性的改善。

Claims (24)

1.一种制备碳酸二芳酯的方法，该方法包括在羰基化有效量的至少一种催化物质存在下，使至少一种羟基芳香族化合物与氧气和一氧化碳接触，该催化物质包括：

(A)原子序数至少为44的第VIII族金属或者它们的化合物；

(B)至少一种碱金属卤化物或碱土金属卤化物；以及

(C)至少一种羧酸酰胺，以及

(D)至少一种助催化剂，此助催化剂是铜的化合物、钛与锌、铜或铅结合的化合物，或者铈与铅或锰结合的化合物。

2.如权利要求1的方法，其中的羟基芳香族化合物是苯酚。

3.如权利要求1的方法，其中组分A中的第VIIIB族金属是钯。

4.如权利要求3的方法，其中组分A是醋酸钯(II)或2，4-戊二酮酸钯(II)。

5.如权利要求1的方法，其中组分D是2，4-戊二酮酸铜(II)。

6.如权利要求1的方法，其中组分D是与2，4-戊二酮酸锌结合的链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)或2，4-戊二酮酸钛(IV)。

7.如权利要求1的方法，其中组分D是与2，4-戊二酮酸铜(II)结合的链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)或2，4-戊二酮酸钛(IV)。

8.如权利要求1的方法，其中组分D是与氧化铅(II)、芳族酚铅(II)或2，4-戊二酮酸铅(II)结合的2，4-戊二酮酸铈。

9.如权利要求1的方法，其中组分D是与链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)或2，4-戊二酮酸钛(IV)结合的2，4-戊二酮酸铈。

10.如权利要求1的方法，其中的组分B是碱金属溴化物。

11.如权利要求10的方法，其中的组分B是溴化钠。

12.如权利要求1的方法，其中组分C是N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺。

13.如权利要求1的方法，其中还存在干燥剂。

14.如权利要求1的方法，其中组分A的量是0.1～10,000ppm重量比的组分A的第VIII族金属，组分B的量是每当量组分A的第VIII族金属1～2,000mmol，组分C的量是基于羟基芳香族化合物和组分C总和计的1～60体积％，而组分D的量是每当量组分A的第VIII族金属1～200克原子的总金属。

15.如权利要求1的方法，其中基于氧气和一氧化碳总量，氧气的含量是1～50mol％。

16.如权利要求1的方法，其中保持压力为1～500atm，温度为60～150℃。

17.如权利要求2的方法，其中碳酸二芳酯是碳酸二苯酯；组分A中的第VIIIB族金属是钯；组分(B)是溴化钠；和组分(C)是N-甲基吡咯烷酮。

18.含有如下化合物或它们的任何反应产物的催化剂组合物：

(A)原子序数至少为44的第VIII族金属或者它们的化合物；

(B)至少一种碱金属卤化物或碱土金属卤化物；以及

(C)至少一种助催化剂，此助催化剂是2，4-戊二酮酸铜(II)。

19.如权利要求18的组合物，其中组分D是与2，4-戊二酮酸锌结合的链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)或2，4-戊二酮酸钛(IV)。

20.如权利要求18的组合物，其中组分D是与2，4-戊二酮酸铜(II)结合的链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)或2，4-戊二酮酸钛(IV)。

21.如权利要求18的组合物，其中组分D是与氧化铅(II)、芳族酚铅(II)或2，4-戊二酮酸铅(II)结合的2，4-戊二酮酸铈。

22.如权利要求18的组合物，其中组分D是与链烷醇钛(IV)、芳族酚钛(IV)或2，4-戊二酮酸钛(IV)结合的2，4-戊二酮酸铈。

23.如权利要求18的组合物，其中组分B是溴化钠。

24.含有如下化合物的催化剂组合物：

(A)钯或其化合物；

(B)溴化钠；

(C)N-甲基吡咯烷酮，以及

(D)至少一种助催化剂，此助催化剂是铜的化合物、钛与锌、铜或铅结合的化合物，或者铈与铅或锰结合的化合物。