CZ279863B6 - Způsob přípravy adipové kyseliny - Google Patents

Abstract

Způsob přípravy adipové kyseliny reakcí vody a oxidu uhelnatého s alespoň jednou pentenovou kyselinou, v přítomnosti katalysátoru na bázi iridia a alespoň jednoho jodovaného promotoru, při zvýšené teplotě a při tlaku vyšším než je tlak atmosférický, v alespoň jednom rozpouštědle vybraném ze skupiny zahrnující nasycené alifatické nebo cykloalifatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty, aromatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty a alifatické, aromatické nebo smíšené ethery, přičemž atomový poměr I/Ir je menší než 20.ŕ

Description

Způsob přípravy adipové kyseliny

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přípravy adipové kyseliny reakcí alespoň jedné pentenové kyseliny, vody a oxidu uhelnatého.

Dosavadní stav techniky

V americkém patentovém spisu č. 3 579 551 je navržen způsob přípravy karboxylových kyselin reakcí nenasycených sloučenin, obsahujících ethylenickou vazbu, s oxidem uhelnatým a vodou v přítomnosti katalytické směsi,,která v podstatě obsahuje sloučeniny nebo komplexy iridia a jodovaný promotor. Nenasycené sloučeniny, obsahující etylenickou vazbu, se selektivně převedou na karboxylové kyseliny (lineární a rozvětvené) uvedenou reakcí, prováděnou s výhodou v kapalné fázi, při teplotě mezi 50 a 300 °C (s výhodou mezi 125 a 225 °C), za parciálního tlaku oxidu uhelnatého s výhodou mezi 34,5 kPa a 20,7 MPa, nebo specificky mezi 172,3 kPa a 6,9 MPa.

Pro tento postup je možno použít jakýkoliv zdroj iridia a rovněž jsou uváděny různé zdroje jodovaných promotorů přičemž atomový poměr I/Ir se může měnit v širokém rozmezí (1 : 1 až 2500 : 1) a s výhodou v rozmezí 3:1a 300 : 1.

Kapalné reakční prostředí může obsahovat jakékoliv rozpouštědlo, které je snášítelné s katalytickým systémem, výhodně se použijí monokarboxylové kyseliny se 2 až 20 atomy uhlíku.

V příkladu 1 citovaného patentu se vychází z propylenu a v použitém systému dochází převážně ke tvorbě rozvětvených karboxylových kyselin (kyselina izomáselná).

V příkladu 19 citovaného patentu se vychází z 1-hexenu a rovněž se potvrdila tvorba převážně rozvětvených karboxylových kyselin. «

Tato nevýhoda (nedostatek selektivity směrem k lineární karboxylové kyselině) neunikla pozornosti majitele výše uvedeného amerického patentu. A tak v americkém patentovém spisu č. 3 816 489 je navrženo použití příslušné reakce s atomovým poměrem I/Ir mezi 3:1a 100 : 1 za tím účelem, aby bylo převážně dosaženo tvorby terminálních karboxylových kyselin.

V případě použití těchto technik s výchozími sloučeninami, které neobsahují funkčně obměněné skupiny a obsahují olefinickou vazbu, zejména v případě použití olefinů samotných, nevznikají žádné problémy, avšak potíže nastávají v případech, kdy se tyto techniky aplikují na výchozí sloučeniny, které kromě etylenické vazby obsahují funkční skupiny, které jsou reaktivní za reakčních podmínek uvedené reakce.

Zejména první pokusy přihlašovatelů s prováděním tohoto postupu za použití pentenových kyselin jako výchozích sloučenin skončily přinejmenším nezdarem, neboť docházelo k reakcím odlišným od požadované reakce až do úplné záměny, způsobené přítomnos-1CZ 279863 B6 < tí -COOH funkční skupiny ve výchozí sloučenině, obsahující etylenickou vazbu.

Bylo by tedy zapotřebí najít způsob, který by současně poskytoval dobré výsledky při této karbonylační reakci a měl by dostatečnou selektivitu na adipovou kyselinu.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je tedy způsob přípravy adipové kyseliny reakcí vody a oxidu uhelnatého s alespoň jednou pentenovou kyselinou, v přítomnosti katalyzátoru na bázi iridia a alespoň jednoho jodovaného promotoru při zvýšené teplotě a při tlaku vyšším než je tlak atmosférický, přičemž se reakce provádí v alespoň jednom rozpouštědle, vybraném ze skupiny, zahrnující nasycené alifatické nebo cykloalifatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty, aromatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty a alifatické, aromatické nebo smíšené étery, přičemž atomový poměr I/Ir je menší než 20.

Pentenovou kyselinou, kterou lze použít při postupu podle vynálezu, je 2-pentenová kyselina, 3-pentenová kyselina nebo 4-pentenová kyselina a jejich směsi.

Dobré výsledky poskytuje 4-pentenová kyselina, avšak tato kyselina není snadno dostupná.

Obzvláště vhodná je 3-pentenová kyselina, ať už použitá samotná nebo ve formě směsi svých izomerů, a to vzhledem k její dostupnosti a k tomu, že se při jejím použití dosahuje dostatečných výsledků při provádění postupu podle předloženého vynálezu.

Postup podle vynálezu vyžaduje použití katalyzátoru na bázi iridia. Lze použít různé zdroje iridia.

Jako příklady zdrojů iridia, vhodných pro použití při provádění postupu podle vynálezu, lze uvést:

kovové iridium, IrO₂, Ir₂O₃,

IrCl₃, IrCl₃.3H₂O,

IrBr₃, IrBr'₃-3H₂O, lrl₃,

Ir₂(CO₄)Cl₂, Ir₂(CO)₄I₂ lr₂ (co) g, ir₄ (co) ]_2 /

Ir₂(CO)/P(C₆H₅)₃/₂I,

Ir(CO)/P(C₆H₅)₃/₂Cl, Ir/P(C₆H₅)₃/₃I, HIr/P(C₆H₅)₃/₃(CO), Ir(acac)(CO)₂, /IrCl(Cod)/₂ poznámka: cod = 1,5-cyklooktadien, acad = acetylacetonát.

-2CZ 279863 B6

Obzvláště výhodnými pro použití při postupu podle vynálezu * jsou tyto sloučeniny iridia: /IrCl(Cod)/₂, Ir(CO)₁₂ a Ir(acac)(CO)₂.

Množství použitého iridia se může měnit v širokých rozmezích. *

Obecně poskytuje množství mezi 10”³ a 10“¹, vyjádřeno v molech kovového iridia na litr reakční směsi, dostačující výsledky. Lze též použít menších množství, avšak reakční rychlost je potom nízká. Vyšší množství přinášejí nevýhody pouze v ekonomické rovině .

Výhodná koncentrace iridia je mezi 5 x 10^-3 a 10“¹ (včetně) mol/litr.

Jako jodovaný promotor slouží při postupu podle vynálezu Hl a organojodové sloučeniny, které jsou schopné za podmínek reakce uvolňovat Hl, a to jsou zejména alkyljodidy s 1 až 10 atomy uhlíku. Výhodné je použití Hl.

Podle podstatných znaků tohoto vynálezu je použité množství jodovaného promotoru takové, že molární poměr I/Ir je menší než 20. Pro tento poměr je žádoucí, aby byl vyšší než 0,1 nebo rovný 0,1. Výhodný je molární poměr I/Ir menší než 10. Pro dobré provedení vynálezu je tento poměr mezi 1 a 5 (včetně).

Při provádění postupu podle předloženého vynálezu je nezbytná přítomnost vody. Obecně je množství použité vody takové, že molární poměr vody k pentenové kyselině (nebo pentenovým kyselinám) je mezi 1 a 10 (včetně).

Nižší množství má nevýhodu v tom, že dochází k omezení konverze. Vyšší množství není žádoucí z toho důvodu, že dochází k ztrátě aktivity katalyzátoru.

Dalším podstatným znakem předloženého vynálezu je to, že se reakce provádí v alespoň jednom rozpouštědle, vybraném ze skupiny, zahrnující nasycené alifatické nebo cykloalifatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty, aromatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty a alifatické, aromatické nebo smíšené étery.

Výběr rozpouštědla z výše uvedené skupiny není při postupu podle vynálezu rozhodující za předpokladu, že toto rozpouštědlo se za podmínek reakce vyskytuje v kapalném stavu.

Jako příklady těchto rozpouštědel lze uvést: benzen, toluen, chlorbenzen, metylenchlorid, 1,2-dichloretan, hexan, cyklohexan a difenyléter.

Množství rozpouštědla, přítomného v reakční směsi, se může měnit v širokém rozmezí, například od 10 do 99 % (včetně) objemu reakční směsi. Výhodné množství je od 30 do 90 % objemu (včetně).

Jak již bylo výše uvedeno, reakce se provádí za tlaku vyššího než je tlak atmosférický a v přítomnosti oxidu uhelnatého.

-3CZ 279863 B6

Lze použít oxidu uhelnatého, který je v podstatě čistý nebo technické kvality, který je obchodně dostupný.

Reakce se výhodně provádí v kapalné fázi, přičemž celkový tlak se může měnit v širokém rozmezí, a reakční teplota se obvykle pohybuje mezi 100 a 240 °C, s výhodou mezi 160 a 190 °C.

Parciální tlak oxidu uhelnatého se obvykle pohybuje v rozmezí 0,1 až 25 MPa a pro dobré provedení postupu podle vynálezu se pohybuje mezi 0,2 a 10 MPa.

Reakční směs obsahuje alespoň jedno rozpouštědlo, vybrané ze skupiny, uvedené výše, vodu, jeden nebo několik zdrojů iridia, jeden nebo několik zdrojů jodovaného promotoru a popřípadě veškeré množství nebo část pentenové kyseliny nebo pentenových kyselin, a dále produkty reakce.

Ke konci reakce nebo v příslušné době se adipová kyselina oddělí jakýmkoliv vhodným způsobem, například krystalizací a filtrací.

Předložený vynález je dále objasněn v následujících příkladech provedení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Do skleněné baňky, předem propláchnuté argonem, se zavede: 30 mg (0,1 mmol) iridia ve formě Ir₄(CO)₁₂,

0,045 g (0,2 mmol) HI ve formě roztoku v chlorbenzenu (1 ml), 0,54 g (30 mmol) vody, g (20 mmol) 3-pentenové kyseliny a ml chlorbenzenu.

Baňka se umístí do 125 ml autoklávu. Autokláv se hermeticky uzavře, dá se do pícky, opatřené mícháním a připojí se na přívod stlačeného plynu. Za studená se zavede 0,2 MPa oxidu uhelnatého a pak se směs během 20 minut zahřeje na 175 °C. Jakmile se dosáhne této teploty, tlak se upraví na 2 MPa.

Po 30 minutách reakce se míchání a zahřívání přeruší, autokláv se ochladí a odplyní.

Reakční roztok se analyzuje chromatografií v plynné fázi a vysokotlakou kapalinovou chromatografií.

Množství vzniklých produktů (molární výtěžek vzhledem k nasazené 3-pentenové kyselině) je následující:

valerová kyselina (Pa):

COOH= 5%

-4CZ 279863 B6

2-pentenová kyselina (P2):

COOH= 5% j^-valerolaktom (M4L):

etyljantarová kyselina (A3):

.COOH=2%

HOOC^ metylglutarová kyselina (A2):

HOOC

COOH= H% adipová kyselina (AI):

HOOC.

^COOH = 71%

Stupeň linearity (L) je 84 %.

Stupeň konverze 3-pentenové kyseliny (DC) je 93 %.

Příklad 2

Opakuje se postup podle příkladu 1, pouze se HI zavádí ve formě roztoku (0,2 mmol) v kyselině octové (1 ml).

Všechny podmínky jsou jinak stejné a dosáhne se v podstatě stejných výsledků, kromě toho, že již nelze detekovat přítomnost

2-pentenové kyseliny a že molární výtěžek y^-valerolaktonu vzhledem k nasazené 3-pentenové kyselině (M4L) je 12,5 %.

Příklady 3 až 6, srovnávací test (a):

Postup podle příkladu 1 se opakuje za použití rozpouštědel různého typu a za použití roztoku HI (0,2 mmol) v kyselině octové. Specifické podmínky, jakož i výsledky jsou shromážděny v tabulce I níže, kde t je trvání testu při teplotě

-5CZ 279863 B6 • Tabulka I

ref.	rozpouštědlo (typ)	t min	DC %	Al %	L %	M4L
3(*)	chlorbenzen	30	93	71	84	12,5
metylenchlorid	35	100	70	84	10,0
4	toluen	35	95	75	84	7,5
5	cyklohexan	30	96	68	80	8
6	difenyléter	40	100	63	78	12
a	voda/toluen (50/50 obj.)	120	18	e	ND	40
(*) ND =	v tomto případě je nestanoveno	celkový	tlak	při teplotě	3 MPa
	V referenčním testu (a)	byla	zaznamenána	tvorba	převážného

množství pentanové kyseliny /PA (%) = 40/.

Příklady 7 až 8, srovnávací test (b):

Postupem podle příkladu 1 byla provedena řada testů v toluenu, přičemž se modifikovalo množství nasazeného HI.

Specifické podmínky, jakož i získané výsledky jsou shromážděny v tabulce II níže, přičemž všechny podmínky jsou jinak stejné jako v příkladu lat znamená trvání testu při teplotě:

Tabulka II

ref.	HI/Ir	t min	DC %	Al %	L %	M4L %
a	0	90	0	—	—	—
1	2	30	93	71	84	6
7	5	35	99	44	78	33
8	9	85	78	21	81	65

Claims (10)

1. Způsob přípravy adipové kyseliny reakcí vody a oxidu uhelnatého s alespoň jednou pentenovou kyselinou při teplotě mezi 100 a 240 °C, s výhodou mezi 160 a 190 °C a za parciálního tlaku oxidu uhelnatého mezi 0,1 a 25 MPa, s výhodou mezi 0,2 a 10 MPa, vyznačující se tím, že se reakce provádí v prostředí alespoň jednoho rozpouštědla, vybraného ze skupiny, zahrnující nasycené alifatické a cykloalifatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty, aromatické uhlovodíky a jejich halogenované deriváty, a alifatické, aromatické či smíšené étery, v přítomnosti katalyzátoru na bázi iridia a jodovaného promotoru, jako jodovodíku nebo organojodového derivátu, při koncentraci iridia v reakční směsi mezi 10^-3 a 10 mol/litr a při atomovém poměru I/Ir nižším než 20.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jako pentenová kyselina použije 3-pentenová kyselina,

2-pentenová kyselina nebo 4-pentenová kyselina a jejich směsi.

3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že molární poměr voda/pentenová kyselina nebo pentenové kyseliny je rovný nebo nižší než 10.

4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se použije rozpouštědlo, vybrané ze skupiny, zahrnující benzen, toluen, chlorbenzen, hexan, cyklohexan, metylenchlorid, 1,2-dichloretan a difenyléter.

5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že rozpouštědlo představuje alespoň 10 % objemu reakční směsi.

6. Způsob podle nároku 5,vyznačující se tím, uštědlo představuje 30 až 90 % objemu reakční směsi.

podle nároků 1 až 6, vyznačujícíse že atomový poměr I/Ir je nižší než 10.

podle nároků 1 až 7, vyznačujícíse že atomový poměr I/Ir je rovný nebo vyšší než 0,1.

podle nároků 1 až 8, vyznačujícíse že atomový poměr I/Ir je 1 až 5.

podle nároků 1 až 9, vyznačujícíse že se jako jodovaný promotor použije jodovodík.

ze roz

7. Způsob tím,

8. Způsob tím,

9. Způsob tím,

10. Způsob tím,