DE19849297A1 - Water-soluble transition metal compounds used in hydroformylation of olefins to aldehydes contain new type of phosphonated dialkyl-monoaryl-, monoalkyl-diaryl- or triaryl-phosphine ligand - Google Patents
Water-soluble transition metal compounds used in hydroformylation of olefins to aldehydes contain new type of phosphonated dialkyl-monoaryl-, monoalkyl-diaryl- or triaryl-phosphine ligandInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft neue wasserlösliche Katalysatoren auf der Basis phosphonylierter Phosphine; Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung in Umsetzungen mit wasserlös lichen Katalysatoren.The invention relates to new water-soluble catalysts based on phosphonylated phosphines; Procedure to their Manufacture and its use in water soluble reactions union catalysts.
Wasserlösliche Katalysatoren werden in Zweiphasenprozes sen eingesetzt, bei denen sich das Aktivmetall in der wäßrigen Phase und die Produkte in einer zweiten, organischen Phase lösen. Wenn sich der wasserlösliche Katalysator nicht in der organischen Phase löst, ist dessen schonende und effektive Abtrennung von der Produktphase und damit ein nahezu verlust freies Katalysatorrecycling möglich. Dieses Prinzip wird in mehren industriellen Prozessen genutzt.Water-soluble catalysts are made in two phases sen used, in which the active metal in the aqueous Phase and the products in a second, organic phase to solve. If the water-soluble catalyst is not in the organic phase, is its gentle and effective Separation from the product phase and thus an almost loss free catalyst recycling possible. This principle is used in used in several industrial processes.
Das bekannteste Beispiel für die industrielle Anwendung wasserlöslicher Katalysatoren ist die Hydroformylierung von Propylen. Die Solubilisierung der Katalysatoren (Metalle der 8.-10. Gruppe des Periodensystems) in Wasser wird durch die Komplexbildung mit wasserlöslichen Liganden erreicht. Letztere werden durch Funktionalisierung geeigneter Liganden (in der Mehrzahl tertiäre Phosphine) mit hydrophilen funktionellen Gruppen hergestellt. Zu den geläufigsten wasserlöslichen Li ganden zählen sulfonierte Mono- und Diphosphine. Gleichwohl wurden neben Sulfonat-Gruppen (-SO3 -, SO3H) zur Solubilisierung auch eine Reihe weiterer hydrophiler Gruppen in Liganden eingeführt. Bekannt sind wasserlösliche Phosphine mit Carb oxylatgruppen (-COO-, -COOH), Hydroxylresten (-OH), Ammonium- und Phosphoniumfunktionen (-NR3 +, -PR3 +) sowie mit Polyethersub stituenten (-O-(CH2-CH2-O)n-H (Hermann et al.; Angew. Chem. 105 (1993) 1588). Weitaus weniger bekannt sind Phosphonat-substi tuierte Phosphine (US 4386013, Schull et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun. (1995) 1487; ibid, Inorg. Chem. 35 (1996) 6717). über deren Anwendung in wäßriger Zweiphasenkatalyse von Carbo nylierungen wurde erst unlängst berichtet (Schull et al., Inorg. Chem. 35 (1996) 6717). Die Herstellung einzelner Phos phine, welche zum Zweck des Einbaus in Schichtstrukturkataly satoren mit Phosphonsäuregruppen derivatisiert wurden, wird in DE 196 12 989 A1 beschrieben.The best-known example of the industrial use of water-soluble catalysts is the hydroformylation of propylene. The solubilization of the catalysts (metals of the 8th-10th group of the periodic table) in water is achieved by complex formation with water-soluble ligands. The latter are produced by functionalizing suitable ligands (mostly tertiary phosphines) with hydrophilic functional groups. The most common water-soluble ligands include sulfonated mono- and diphosphines. Nevertheless, in addition to sulfonate groups (-SO 3 - , SO 3 H), a number of other hydrophilic groups were also introduced into ligands for solubilization. Water-soluble phosphines with carboxylate groups (-COO - , -COOH), hydroxyl radicals (-OH), ammonium and phosphonium functions (-NR 3 + , -PR 3 + ) and with polyether substituents (-O- (CH 2 -CH 2 -O) n -H (Hermann et al .; Angew. Chem. 105 (1993) 1588). Phosphonate-substituted phosphines are far less known (US 4386013, Schull et al., J. Chem. Soc., Chem Commun. (1995) 1487; ibid, Inorg. Chem. 35 (1996) 6717), their use in aqueous two-phase catalysis of carbonylations has only recently been reported (Schull et al., Inorg. Chem. 35 (1996) 6717). The production of individual phosphines which have been derivatized with phosphonic acid groups for the purpose of incorporation in layer structure catalysts is described in DE 196 12 989 A1.
Es hat sich herausgestellt, daß die strukturellen Eigen schaften der wasserlöslichen Liganden die Aktivität, Selekti vität und Stabilität der Katalysatoren stark beeinflussen. Beispielsweise kann in der Zweiphasen-Hydroformylierung von Propylen durch Verwendung sulfonierter Bisphosphine die Akti vität und Regioselektivität im Vergleich zu Monophosphinen wie P(3-C6H4SO3Na)3 (TPPTS) deutlich gesteigert werden. Zudem sind bei den sulfonierten Bisphosphinen weniger hohe Ligand-Rh- Verhältnisse erforderlich. Die Löslichkeit von Phosphinen in Wasser bzw. in organischen Lösungsmitteln ist vom Sulfonie rungsgrad, aber auch von der Position der Sulfonatgruppen abhängig (Schull et al., Inorg. Chem. 35 (1996) 6717) und beeinflußt damit katalytische Eigenschaften sowie die Zurück haltung der Aktivmetalle in der wäßrigen Phase.It has been found that the structural properties of the water-soluble ligands strongly influence the activity, selectivity and stability of the catalysts. For example, in the two-phase hydroformylation of propylene by using sulfonated bisphosphines, the activity and regioselectivity can be significantly increased compared to monophosphines such as P (3-C 6 H 4 SO 3 Na) 3 (TPPTS). In addition, less high ligand-Rh ratios are required for the sulfonated bisphosphines. The solubility of phosphines in water or in organic solvents depends on the degree of sulfonation, but also on the position of the sulfonate groups (Schull et al., Inorg. Chem. 35 (1996) 6717) and thus influences catalytic properties and the retention of Active metals in the aqueous phase.
Aus der starken Beeinflußbarkeit der wäßrigen Katalyse durch die elektronischen und sterischen Eigenschaften der Liganden ergibt sich die Aufgabe, neue wasserlösliche Kataly satoren mit neuartigen Liganden zu entwickeln. Mit diesen soll der Ablauf der Reaktion so steuerbar sein, daß die Produkte in gewünschten Mengenverhältnissen entstehen. Um hohe Katalysa torkonzentrationen in der wäßrigen Phase und gleichzeitig geringe Katalysatorverluste in die organische Phase zu errei chen, ist eine hohe Wasserlöslichkeit und eine geringe Lös lichkeit in der organischen Phase erforderlich.From the strong influence of aqueous catalysis through the electronic and steric properties of the Ligands give rise to the task of creating new water-soluble catalyzes to develop catalysts with novel ligands. With these should the course of the reaction can be controlled so that the products in desired proportions arise. To high cata- gate concentrations in the aqueous phase and simultaneously to achieve low catalyst losses in the organic phase Chen is a high solubility in water and a low solubility required in the organic phase.
Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Aufgaben und
betrifft neuartige phosphonylierte Phosphine als Liganden für
wasserlösliche Übergangsmetallkatalysatoren. Die Liganden
werden mit der allgemeinen Formel
The present invention fulfills these objectives and relates to novel phosphonylated phosphines as ligands for water-soluble transition metal catalysts. The ligands are of the general formula
beschrieben, wobei M für Metalle mit einer freien Valenz und/ oder Wasserstoff und/oder Ammonium steht, R1 verzweigte oder unverzweigte Alkylenreste mit 1 bis 15, vorzugsweise 2 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Aryl- oder Arylenreste darstellt, und n einen Wert von 1 oder 2 annimmt. k und m können ganzzahlige Werte von 0 bis 2 annehmen, wobei k + m ≧ 1 ist. Für R1 = Aryl ist m ≧ 1, k = 0 und n = 1. Wenn n = 2, dann ist R1 ein Alkylenrest. Für n ≧ 1 und R1 = Alkylen ist m = 0.described, where M is metals with a free valence and / or hydrogen and / or ammonium, R 1 is branched or unbranched alkylene radicals having 1 to 15, preferably 2 to 12 carbon atoms or aryl or arylene radicals, and n is a value of 1 or 2 assumes. k and m can take integer values from 0 to 2, where k + m ≧ 1. For R 1 = aryl, m ≧ 1, k = 0 and n = 1. If n = 2, R 1 is an alkylene radical. For n ≧ 1 and R 1 = alkylene, m = 0.
Liganden mit n = 1 und R1 = Alkylen (d. h. m = 0) mit minde stens 6 Kohlenstoffatomen waren bisher nicht bekannt. Deren Synthese erfolgt aus einem Halogenalkylphosphonsäuredialkyle- . ster und Alkalimetalldiarylphosphiden, wobei aprotische Lö sungsmittel wie cyclische Ether, vorzugsweise THF, eingesetzt werden. Zu der Lösung, welche die beiden Ausgangsstoffe, ent hält, wird bei Temperaturen zwischen -40 und 10°C, vorzugs weise bei -5 bis 0°C portionsweise Kalium-tert.-butylat (tBuOK) zugegeben, wobei unter Schutzgasatmosphäre gearbeitet wird. Aus dem Reaktionsgemisch werden Kaliumhalogenide und überschüssiges tBuOK abfiltriert und das Lösungsmittel durch Anlegen eines Vakuums entfernt. Das Rohprodukt wird für 1 h bis 24 h, vorzugsweise etwa 2 bis 6 h am Rückfluß mit einer sauer stofffreien wäßrigen Halogenwasserstoffsäure, vorzugsweise mit HClaq behandelt. Nach dem Entfernen der Säure im Vakuum erfolgt die Behandlung mit Alkalihydroxid, wobei der pH-Wert der Lö sung auf etwa 9 eingestellt wird.Ligands with n = 1 and R 1 = alkylene (ie m = 0) with at least 6 carbon atoms were previously unknown. Their synthesis takes place from a haloalkylphosphonic acid dialkyl. and alkali metal diaryl phosphides, with aprotic solvents such as cyclic ethers, preferably THF, being used. Potassium tert-butoxide ( t BuOK) is added in portions to the solution which contains the two starting materials, at temperatures between -40 and 10 ° C., preferably at -5 to 0 ° C., working under a protective gas atmosphere . Potassium halides and excess tBuOK are filtered off from the reaction mixture and the solvent is removed by applying a vacuum. The crude product is treated for 1 h to 24 h, preferably about 2 to 6 h at reflux with an acid-free aqueous hydrohalic acid, preferably with HCl aq . After removal of the acid in vacuo, treatment with alkali hydroxide is carried out, the pH of the solution being adjusted to about 9.
Die ebenfalls neuen Liganden mit n = 2 und R1 = Alkyl (d. h. m = 0) werden analog hergestellt, an Stelle des Diarylphosphins wird jedoch ein Arylphoshin verwendet.The likewise new ligands with n = 2 and R 1 = alkyl (ie m = 0) are prepared analogously, but an arylphosphine is used instead of the diarylphosphine.
Bevorzugte Katalysatoren sind solche, bei denen m einen Wert von 0 hat, und R1 verzweigte oder unverzweigte Alkylengruppen mit 2 bis 15, vorzugsweise mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen dar stellt. An diesen bevorzugten Katalysatoren sind am dreiwerti gen Phosphoratom ein oder zwei dieser Reste R1 direkt gebunden (n = 1 oder n = 2). Jede dieser Alkylengruppen ist vorzugsweise mit mindestens einer Phosphonatgruppe substituiert (k ≧ 1).Preferred catalysts are those in which m has a value of 0 and R 1 represents branched or unbranched alkylene groups having 2 to 15, preferably 4 to 12, carbon atoms. One or two of these R 1 radicals are bonded directly to the trivalent phosphorus atom on these preferred catalysts (n = 1 or n = 2). Each of these alkylene groups is preferably substituted with at least one phosphonate group (k ≧ 1).
Die Enden verzweigter Ketten in R1 können mit Resten wie -OH, -COOH, COONa substituiert oder mit Etherfunktionen ver sehen sein.The ends of branched chains in R 1 can be substituted with residues such as -OH, -COOH, COONa or be seen with ether functions.
Wenn in der obigen Formel M ein einwertiges Metall ist, so ist es ausgewählt unter Li, Na, K, Rb und Cs. Es kann auch ein zweiwertiges Metall sein, ausgewählt unter Mg und Ca, dessen zweite Valenz durch eine andere einwertige Gruppe ge bunden ist.In the above formula, if M is a monovalent metal, so it is selected from Li, Na, K, Rb and Cs. It can also be a divalent metal selected from Mg and Ca, its second valence by another monovalent group is bound.
Liganden mit R1 = Aryl (phosphonylierte Triarylphosphine) werden erfindungsgemäß aus Dialkalisalzen von Monoarylphos phinen und Halogensubstituierten Arylphosphonsäuredialkylami den hergestellt, wobei sich als Alkalikomponente Lithium und als Halogenkomponente Fluor bewährt haben. Dabei wird bei 0 bis 30°C, vorzugsweise bei Raumtemperatur unter Rühren zu einer Suspension des Dialkalisalzes in einem cyclischen Ether, (vorzugsweise in THF) das halogenhaltige Phosphonamid inner halb von 10 bis 180 min. vorzugsweise innerhalb von 30 bis 60 min zugegeben, wobei die Temperatur 65°C nicht übersteigen sollte. Einer mehrstündigen Behandlung am Rückfluß folgen die Abtrennung des Alkalihalogenids durch Filtration, die Entfer nung des Lösungsmittels im Vakuum und die Behandlung des Rück standes mit sauerstofffreier wäßriger Halogenwasserstoffsäure (vorzugsweise HClaq). Nach der Entfernung der wäßrigen Säure im Vakuum wird der Rückstand mehrfach mit Wasser gewaschen, um die entstandenen Ammoniumhalogenide zu entfernen. Durch Be handlung des Rückstandes mit einer wäßrigen Alkalihydroxidlö sung wird eine wäßrige Lösung des Liganden (pH ca. 9) erhal ten.Ligands with R 1 = aryl (phosphonylated triarylphosphines) are produced according to the invention from dialkali salts of monoarylphosphines and halogen-substituted arylphosphonic acid dialkylamides, with lithium having proven to be an alkali component and fluorine to be a halogen component. At 0 to 30 ° C., preferably at room temperature, with stirring, a suspension of the dialkali salt in a cyclic ether (preferably in THF) is the halogen-containing phosphonamide within 10 to 180 min. preferably added within 30 to 60 min, the temperature should not exceed 65 ° C. A treatment for several hours at reflux is followed by removal of the alkali halide by filtration, removal of the solvent in vacuo and treatment of the residue with oxygen-free aqueous hydrohalic acid (preferably HCl aq ). After removing the aqueous acid in vacuo, the residue is washed several times with water to remove the ammonium halides formed. By treating the residue with an aqueous alkali hydroxide solution, an aqueous solution of the ligand (pH approx. 9) is obtained.
Vorzugsweise ist Aryl ausgewählt unter Phenyl, Naphthyl und Anthracenyl, die gegebenenfalls durch Methyl- und/oder Aminogruppen substituiert sind.Aryl is preferably selected from phenyl, naphthyl and anthracenyl, optionally by methyl and / or Amino groups are substituted.
Mit den oben genannten Synthesen lassen sich Ausbeuten von über 90% erreichen.Yields can be obtained with the above-mentioned syntheses of over 90%.
Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur
Herstellung von phosphonylierten Phosphinen, das dadurch ge
kennzeichnet ist, daß
The invention thus also relates to a process for the preparation of phosphonylated phosphines, which is characterized in that
- a) zur Herstellung von Verbindungen mit R1-Alkylen mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen, ein Halogenalkylphosphonsäuredialkyl ester der Formel (R2O)2(O)P)k) R1Hal und ein Mono- oder Diaryl phosphin als Ausgangsstoffe verwendet und umgesetzt werden, wobei R2 für Alkylgruppen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen und Hal für ein Halogenatom steht, unda) for the preparation of compounds with R 1 alkylene having more than 3 carbon atoms, a haloalkylphosphonic acid dialkyl ester of the formula (R 2 O) 2 (O) P) k ) R 1 Hal and a mono- or diaryl phosphine used and reacted as starting materials are, wherein R 2 represents alkyl groups with less than 6 carbon atoms and Hal represents a halogen atom, and
- b) zur Herstellung von Verbindungen mit R1 = Aryl (phospho nylierte Triarylphosphine) Dialkalisalze von Monoarylphosphi nen (M2PR1)und halogensubstituierte Arylphosphonsäuredialkyla mide der Formel Hal-C6H4-P(O)(NR2 2)2 umgesetzt werden, wobei R2 für Alkylgruppen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen und Hal für ein Halogenatom steht.b) for the preparation of compounds with R 1 = aryl (phosphonylated triarylphosphines) dialkali salts of monoarylphosphines (M 2 PR 1 ) and halogen-substituted arylphosphonic dialkyl mides of the formula Hal-C 6 H 4 -P (O) (NR 2 2 ) 2 are, wherein R 2 is alkyl groups with less than 6 carbon atoms and Hal is a halogen atom.
Bevorzugte erfindungsgemäße Katalysatoren sind solche in Form von Rhodium/Phosphonat-Phosphan-Katalysatoren zur Hydro formylierung von Monoolefinen, nichtkonjugierten Polyolefinen, Cycloolefinen oder Derivaten dieser Verbindungsklassen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie je mol Rhodium 2 bis 200, bevorzugt 5 bis 50 und insbesondere 10 bis 20 mol der phospho nylierten Phosphine nach Anspruch 1 enthalten.Preferred catalysts according to the invention are those in Form of rhodium / phosphonate-phosphine catalysts for hydro formylation of monoolefins, non-conjugated polyolefins, Cycloolefins or derivatives of these classes of compounds that are characterized in that they are 2 to 200 per mole of rhodium, preferably 5 to 50 and in particular 10 to 20 mol of the phospho contain nylated phosphines according to claim 1.
Als katalytisch aktive Metalle kommen die Elemente der 8.-10. Gruppe des Periodensystems in Frage. Für Hydroformylie rungen eignet sich insbesondere Rhodium, für Hydrierungen kommen vorzugsweise Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Iridium in Betracht. Die Metalle können in Form ein- oder mehrkerniger Komplexe oder als Ligand-stabilisierte Kolloide vorliegen. Zur Herstellung der wasserlöslichen Katalysatoren werden Metalle der 8.-10. Gruppe in elementarer Form oder als Verbindung verwendet. Für wasserlösliche Hydroformylierungskatalysatoren eignet sich vorzugsweise Rhodium, das als feinverteiltes Me tall, jedoch auch als Oxid oder Salz mineralischer oder orga nischer Säuren eingesetzt werden kann. Aus der breiten Palette der einsetzbaren Salze sind jedoch wegen der geringeren Akti vität die halogenhaltigen Verbindungen weniger brauchbar. Auch Rh-Komplexe wie (acac)Rh(CO)2 u. a. sowie Rh-Carbonylverbindun gen wie z. B. Rh6(CO)16 können als Katalysatorvorläufer einge setzt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Rhodium acetat oder das Komplexsalz (acac)Rh(CO)2 einzusetzen. Der Katalysator kann im voraus aus der wäßrigen Phosphonat-Phos phinlösung und geeigneten Rh-Precursoren hergestellt und dem Reaktor zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, den wasserlöslichen Katalysator aus Rh-Komponente und phosphony liertem Phosphin unter den Reaktionsbedingungen der Hydrofor mylierung, d. h. in Gegenwart von CO und H2 zu erzeugen. Es hat sich bewährt, die Katalysatoren zur Präformierung bei Tempera turen zwischen 100 und 130°C und Drücken zwischen 10 und 50 bar über Zeiträume zwischen 0,5 und 5 Stunden in Abwesenheit des olefinischen Substrates mit Synthesegas zu behandeln. In den Katalysatoren können die molaren Ligand-Metall-Verhält nisse (nLigand : nMetall) zwischen 0,5 : 1 und 200 : 1, vorzugs weise zwischen 2 : 1 und 50 : 1 eingestellt werden. Die Konzen tration des Rhodiums in der wäßrigen Phase liegt zwischen 10 und 4000 Gew.-ppm bezogen auf die Masse der Lösung, vorzugs weise bei 100 bis 500 Gew.-ppm. Das Volumenverhältnis von CO und H2 kann über den breiten Bereich von 1 : 10 bis 10 : 1 variiert werden. Normalerweise setzt man CO-H2-Gemische mit einer Zusammensetzung von etwa 1 : 1 ein. Der Temperaturbereich für Hydroformylierungen mit besagten Katalysatoren liegt zwi schen 50 und 150°C, bevorzugt werden 80 bis 140°C und insbe sondere der Temperaturbereich zwischen 90 und 125°C. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Anteil der organischen Phase am Gesamtvolumen klein zu halten. Vorteilhaft sind Volu menverhältnisse (Vorgan. Phase : Vwäßrige Phase) kleiner 0,25. The elements of the 8th to 10th come as catalytically active metals. Group of the periodic table in question. Rhodium is particularly suitable for hydroformylation, and rhodium, ruthenium, palladium or iridium are particularly suitable for hydrogenations. The metals can be in the form of mononuclear or polynuclear complexes or as ligand-stabilized colloids. To produce the water-soluble catalysts, metals from the 8th to 10th Group used in elemental form or as a connection. For water-soluble hydroformylation catalysts, rhodium is preferably suitable, which can be used as a finely divided metal, but also as an oxide or salt of mineral or organic acids. From the wide range of salts that can be used, however, the halogen-containing compounds are less useful because of the lower activity. Rh complexes such as (acac) Rh (CO) 2 and others as well as Rh carbonyl compounds such as. B. Rh 6 (CO) 16 can be used as a catalyst precursor. It has proven advantageous to use rhodium acetate or the complex salt (acac) Rh (CO) 2 . The catalyst can be prepared in advance from the aqueous phosphonate phosphine solution and suitable Rh precursors and fed to the reactor. However, it is also possible to produce the water-soluble catalyst composed of Rh component and phosphonated phosphine under the reaction conditions of hydroformylation, ie in the presence of CO and H 2 . It has proven useful to treat the catalysts for preforming at temperatures between 100 and 130 ° C. and pressures between 10 and 50 bar for periods between 0.5 and 5 hours in the absence of the olefinic substrate with synthesis gas. In the catalysts, the molar ligand-metal ratios (n ligand : n metal ) can be set between 0.5: 1 and 200: 1, preferably between 2: 1 and 50: 1. The concentration of rhodium in the aqueous phase is between 10 and 4000 ppm by weight, based on the mass of the solution, preferably from 100 to 500 ppm by weight. The volume ratio of CO and H 2 can be varied over a wide range from 1:10 to 10: 1. Usually CO-H 2 mixtures with a composition of about 1: 1 are used. The temperature range for hydroformylations with said catalysts is between 50 and 150 ° C, preferably 80 to 140 ° C and in particular the temperature range between 90 and 125 ° C. It has proven to be advantageous to keep the proportion of the organic phase in the total volume small. Volume ratios (organic phase : aqueous phase ) of less than 0.25 are advantageous.
Die Hydroformylierung in Gegenwart phosphonylierter Li ganden in wäßrigen Zweiphasensystemen kann sowohl im Absatz betrieb als auch kontinuierlich durchgeführt werden.Hydroformylation in the presence of phosphonylated Li ganden in aqueous two-phase systems can both in paragraph operation as well as continuously.
Durch die Auswahl geeigneter erfindungsgemäßer phosphonylier ter Phosphine und sorgfältige Einstellung der Ligand : Rh-Ver hältnisse lassen sich bei der Hydroformylierung von Propylen bei hohen Aktivitäten sowohl hohe Anteile an n-Butyraldehyd als auch Gemische von n- und iso-Butyraldehyd im Molverhältnis von etwa 1,2 erhalten (s. Bsp. 4). Damit kann flexibel auf einem wechselnden Bedarf an n- und iso-Aldehyden reagiert werden. Als Substrate können alle verzweigten oder unverzweig ten α-Olefine mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen verwendet wer den. Insbesondere Rh-Katalysatoren, welche phosphonylierte Phosphine der Formel (M2O3P)kR1PPh2 enthalten, in denen k = 1 oder k = 2 gilt und R1 für verzweigte und unverzweigte Alkylen reste mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen steht, eignen sich sehr gut für die Hydroformylierung längerkettiger Olefine in wäß rigen Zweiphasensystemen (s. Bsp. 5). Das Anwendungsgebiet der neuartigen wasserlöslichen Katalysatoren ist nicht auf wäßrige Zweiphasenkatalyse beschränkt. Palladiumkatalysatoren, welche die erfindungsgemäßen phosphonylierten Phosphine enthalten, eignen sich auch für homogen-katalysierte Umsetzungen in Was ser, wie zum Beispiel für die Reduktion von Hydroxymethylgrup pen zu Methylgruppen, welche mit den neuen Katalysatoren selbst an Molekülen mit C-C-Doppelbindungen und Aldehydgruppen sehr selektiv verläuft.By selecting suitable phosphonylated phosphines according to the invention and carefully setting the ligand: Rh ratios, both high proportions of n-butyraldehyde and mixtures of n- and iso-butyraldehyde in a molar ratio of about 1 can be obtained in the hydroformylation of propylene at high activities , 2 received (see Example 4). It can be used to react flexibly to changing needs for n- and iso-aldehydes. All branched or unbranched α-olefins having up to 20 carbon atoms can be used as substrates. In particular Rh catalysts which contain phosphonylated phosphines of the formula (M 2 O 3 P) k R 1 PPh 2 , in which k = 1 or k = 2 and R 1 is branched and unbranched alkylene radicals having 8 to 16 carbon atoms, are very suitable for the hydroformylation of long-chain olefins in aqueous two-phase systems (see Example 5). The field of application of the novel water-soluble catalysts is not limited to aqueous two-phase catalysis. Palladium catalysts which contain the phosphonylated phosphines according to the invention are also suitable for homogeneously catalyzed reactions in water, for example for the reduction of hydroxymethyl groups to methyl groups, which proceeds very selectively with the new catalysts even on molecules with CC double bonds and aldehyde groups .
Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden.The invention is illustrated below by examples are explained.
0,1 mol 12-Bromdodecylphosphonsäurediethylester
((C2H2O)2(O)P-(CH2)12-Br) und 0,1 mol Diphenylphosphin (HPPh2)
werden in 250 ml Tetrahydrofuran (THF) gegeben. Zu der in
einem Eisbad auf 0°C abgekühlten Lösung werden unter Schutz
gasatmosphäre portionsweise 0,11 mol Kalium-tert.-butylat
(tBuOK) gegeben. Danach wird vom entstandenen KBr und über
schüssigen tBuoK abfiltriert, THF im Vakuum entfernt und das
erhaltene farblose Öl mit 250 ml sauerstofffreier konzentrier
ter wäßriger HCl-Lösung 4 h unter Ar am Rückfluß erhitzt. Nach
der Entfernung der HCl-Lösung im Vakuum wird durch Zugabe
einer 20 bis 30%-igen NaOH-Lösung eine Lösung mit einem pH-
Wert von etwa 9 eingestellt. Diese kann direkt als Stammlösung
zur Katalysatorherstellung eingesetzt werden.
Ausbeute an Ph2P-(CH2)12-PO3Na2: 90% (bezogen auf HPPh2.0.1 mol of diethyl 12-bromo-dodecylphosphonate ((C 2 H 2 O) 2 (O) P- (CH 2 ) 12 -Br) and 0.1 mol of diphenylphosphine (HPPh 2 ) are added to 250 ml of tetrahydrofuran (THF). 0.11 mol of potassium tert-butoxide ( t BuOK) are added in portions to the solution, which has been cooled to 0 ° C. in an ice bath, under a protective gas atmosphere. Then it is filtered off from the resulting KBr and excess t BuoK, THF is removed in vacuo and the colorless oil obtained is heated under reflux under Ar for 4 hours with 250 ml of oxygen-free concentrated aqueous HCl solution. After removing the HCl solution in vacuo, a solution with a pH of about 9 is adjusted by adding a 20 to 30% NaOH solution. This can be used directly as a stock solution for catalyst production.
Yield of Ph 2 P- (CH 2 ) 12 -PO 3 Na 2 : 90% (based on HPPh 2 .
Zu 0,1 mol Dilithiumphenylphosphid (Li2PPh) in 300 ml THF
werden innerhalb von 30 Minuten unter Rühren und leichtem
Argonstrom bei Raumtemperatur 0,21 mol m-Fluorphenylphosphon
säurediethylamid (3-F-C6H4-P(O)(N(C2H5)2)2) gegeben, wobei die
Temperatur bis auf 55°C ansteigt, was am leichten Rückfluß des
THF erkennbar ist. Während der anschließenden 5-stündigen
Behandlung am Rückfluß entfärbt sich die tiefrote Lösung.
Lithiumfluorid wird nach dem Abkühlen der Lösung durch Zugabe
von 10 ml Wasser sedimentiert und die Lösung vom ausgefallenen
Niederschlag dekantiert. Nach der Entfernung des THF im Vakuum
bleibt ein honigfarbiger Rückstand, der 1 Stunde mit 200 ml
einer etwa 20%-igen wäßrigen sauerstofffreien HCl zum Sieden
erhitzt wird. Die Salzsäure wird im Vakuum entfernt und die
erhaltene feste Masse mit 150 ml desoxygeniertem Wasser ausge
schüttelt. Damit werden überschüssiges Diethylammoniumhydro
chlorid und die aus dem überschüssigen Substrat gebildete m-
Fluorphenylphosphonsäure entfernt. Der nach dem Dekantieren
der wäßrigen Phase erhaltene Rückstand wird noch zweimal mit
je 20 ml Wasser gewaschen. Mit NaOH wird eine Stammlösung des
Na-Phosphonat-Phosphins mit einem pH-Wert von etwa 9 herge
stellt.
Ausbeute an PhP(3-C6H4PO3Na2)2: 90%To 0.1 mol Dilithiumphenylphosphid (Li 2 PPh) in 300 ml of THF over 30 minutes with stirring and gentle stream of argon at room temperature 0.21 mol m-Fluorphenylphosphon oic acid diethylamide (3-FC 6 H 4 -P (O) (N ( C 2 H 5 ) 2 ) 2 ) given, the temperature rising to 55 ° C, which can be seen from the slight reflux of the THF. During the subsequent 5-hour reflux treatment, the deep red solution discolored. After the solution has cooled, lithium fluoride is sedimented by adding 10 ml of water and the solution is decanted from the precipitate which has precipitated out. After removal of the THF in vacuo, a honey-colored residue remains, which is heated to boiling for 1 hour with 200 ml of an approximately 20% aqueous oxygen-free HCl. The hydrochloric acid is removed in vacuo and the solid mass obtained is shaken out with 150 ml of deoxygenated water. This removes excess diethylammonium hydrochloride and the m-fluorophenylphosphonic acid formed from the excess substrate. The residue obtained after decanting the aqueous phase is washed twice with 20 ml of water. With NaOH, a stock solution of Na-phosphonate-phosphine with a pH of about 9 is prepared.
Yield of PhP (3-C 6 H 4 PO 3 Na 2 ) 2 : 90%
Zu 0,78 ml einer unter Argon gerührten 0,25 M Stammlösung des in Beipiel 1 beschriebenen Phosphonat-Phosphans werden 0,0194 mmol (acac)Rh(CO)2 und 2 ml desoxygeniertes Wasser gegeben. Aus der im Wasser kaum löslichen Precursorverbindung bildet sich innerhalb von 2 Stunden eine gelbe Katalysatorlö sung, deren Konzentration durch Auffüllen mit Wasser auf ein Volumen von 20 ml auf 9,7 . 10-4 mol/l Rh eingestellt wird.0.0194 mmol (acac) Rh (CO) 2 and 2 ml deoxygenated water are added to 0.78 ml of a 0.25 M stock solution of the phosphonate phosphine described in Example 1, stirred under argon. From the precursor compound, which is hardly soluble in water, a yellow catalyst solution is formed within 2 hours, the concentration of which by filling with water to a volume of 20 ml to 9.7. 10 -4 mol / l Rh is set.
Es wird nach der Verfahrensweise von Beispiel 3 gearbeitet, und in einen 100 ml-Autoklaven werden 10 ml einer 400 Gew.-ppm Rh enthaltenden Katalysatorlösung und 5 ml Nonan (innerer Standard) gegeben. Nach dreifachem Beauflagen mit Synthesgas (30 bar) und Entspannen wird Propylen in den Autoklaven gege ben, bis ein Druck von 8,5 bar erreicht ist. Mit Synthesegas (CO/H2 = 1/1) wird ein Druck von 20 bar eingestellt, der nach dem Aufheizen des Autoklaven auf die Reaktionstemperatur von 120°C über einen Druckminderer auf 30 bar nachgeregelt und über die Reaktionszeit von 2 Stunden konstant gehalten wird. Die Reaktionsmischung wird ab Beginn der Aufheizung des Auto klaven mit einer Geschwindigkeit von 600 Umdrehungen/Minute gerührt.The procedure of Example 3 is followed, and 10 ml of a catalyst solution containing 400 ppm by weight of Rh and 5 ml of nonane (internal standard) are added to a 100 ml autoclave. After triple application of synthesis gas (30 bar) and decompression, propylene is added to the autoclave until a pressure of 8.5 bar is reached. A pressure of 20 bar is set with synthesis gas (CO / H 2 = 1/1), which is adjusted after the autoclave has been heated to the reaction temperature of 120 ° C. using a pressure reducer to 30 bar and is kept constant over the reaction time of 2 hours . The reaction mixture is stirred at the rate of 600 revolutions / minute from the start of heating the automobile.
Nach 2 h wird der Autoklav im Eisbad abgekühlt und an schließend die organische Phase analysiert. Versuchsergebnisse mit ausgewählten Katalysatoren sind in Tabelle 1 angegeben.After 2 hours, the autoclave is cooled in an ice bath and turned on finally the organic phase is analyzed. Test results with selected catalysts are given in Table 1.
In einen mit Argon gespülten 100 ml-Autoklaven werden 20 ml einer 100 Gew.-ppm Rh enthaltenden Katalysatorlösung (s. Beisp. 3) eingeführt und 2h bei 120°C und 30 bar Synthesegas (CO/H2 = 1/1) behandelt (Katalysatorpräformierung). Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur und Entspannen werden unter Luft ausschluß 5 ml Oct-1-en zugegeben. Nach dreifachem Spülen mit Synthesegas wird ein Druck von 20 bar eingestellt und aufge heizt. Bei Erreichen der Reaktionstemperatur von 120°C wird über einen Druckminderer ein Druck von 30 bar eingestellt und über die Reaktionszeit von 4 Stunden konstant gehalten. Die Reaktionsmischung wird ab Beginn der Aufheizung des Autoklaven mit einer Geschwindigkeit von 600 U/Min. gerührt. Nach 4 h wird der Autoklav im Eisbad abgekühlt und anschließend die organi sche Phase analysiert. Versuchsergebnisse mit ausgewählten Katalysatoren sind in Tabelle 2 angegeben. In a 100 ml autoclave flushed with argon, 20 ml of a catalyst solution containing 100 ppm by weight of Rh (see Example 3) are introduced and treated for 2 hours at 120 ° C. and 30 bar synthesis gas (CO / H 2 = 1/1) (Catalyst preforming). After cooling to room temperature and relaxing, 5 ml of oct-1-ene are added in the absence of air. After flushing three times with synthesis gas, a pressure of 20 bar is set and heated up. When the reaction temperature of 120 ° C is reached, a pressure of 30 bar is set via a pressure reducer and kept constant over the reaction time of 4 hours. The reaction mixture is from the beginning of the heating of the autoclave at a speed of 600 rev / min. touched. After 4 h, the autoclave is cooled in an ice bath and then the organic phase is analyzed. Test results with selected catalysts are given in Table 2.
Claims (18)
enthalten, wobei
M für Metalle mit einer freien Valenz und/oder Wasserstoff und/oder Ammonium steht,
R1 stellt verzweigte oder unverzweigte Alkylenreste mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen oder Arylreste dar,
n hat einen Wert von 1 oder 2,
k und m repräsentieren ganzzahlige Werte von 0 bis 2, wobei k + m ≧ 1 gilt,
für R1 = Aryl gilt m ≧ 1, k = 0 und n = 1,
R1 stellt einen Alkylenrest dar, wenn n = 2 ist,
und m stellt den Wert 0 dar, wenn n ≧ 1 ist und R1 für einen Alkylenrest steht.1. Catalysts which have one or more elements from the group Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt and phosphonylated phosphines of the formula
included, where
M represents metals with a free valence and / or hydrogen and / or ammonium,
R 1 represents branched or unbranched alkylene radicals having 2 to 15 carbon atoms or aryl radicals,
n has a value of 1 or 2,
k and m represent integer values from 0 to 2, where k + m ≧ 1 applies,
for R 1 = Aryl applies m ≧ 1, k = 0 and n = 1,
R 1 represents an alkylene radical if n = 2,
and m represents the value 0 when n ≧ 1 and R 1 is an alkylene radical.
- a) zur Herstellung von Verbindungen mit R1 = Alkylen mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen ein Halogenalkylphosphonsäuredialkyl ester der Formel (R2O)2(O)P)k)R1Hal und ein Mono- oder Diaryl phosphin als Ausgangsstoffe verwendet und umgesetzt werden, wobei R2 für Alkylgruppen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen und Hal für ein Halogenatom steht, und
- b) zur Herstellung von Verbindungen mit R1 = Aryl (phospho nylierte Triarylphosphine) Dialkalisalze von Monoarylphosphi nen der Formel M2PR1, worin M Lithium, Natrium oder Kalium ist, und halogensubstituierte Arylphosphonsäuredialkylamide der Formel Hal-C6H4-P(O)(NR2 2)2 umgesetzt werden, wobei R2 für Alkyl gruppen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen und Hal für ein Halogenatom steht.
- a) a haloalkylphosphonic acid dialkyl ester of the formula (R 2 O) 2 (O) P) k ) R 1 Hal and a mono- or diaryl phosphine are used and reacted as starting materials for the preparation of compounds with R 1 = alkylene having more than 3 carbon atoms , wherein R 2 stands for alkyl groups with less than 6 carbon atoms and Hal for a halogen atom, and
- b) for the preparation of compounds with R 1 = aryl (phosphonylated triarylphosphines) dialkali salts of monoarylphosphines of the formula M 2 PR 1 , in which M is lithium, sodium or potassium, and halogen-substituted arylphosphonic dialkylamides of the formula Hal-C 6 H 4 -P ( O) (NR 2 2 ) 2 are implemented, where R 2 represents alkyl groups with less than 6 carbon atoms and Hal represents a halogen atom.
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DE19849297A DE19849297A1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Water-soluble transition metal compounds used in hydroformylation of olefins to aldehydes contain new type of phosphonated dialkyl-monoaryl-, monoalkyl-diaryl- or triaryl-phosphine ligand |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2008074826A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Hydroformylation process |
CN112121864A (en) * | 2019-06-24 | 2020-12-25 | 内蒙古伊泰煤基新材料研究院有限公司 | Hydroformylation catalyst and hydroformylation method of long-chain olefin |
-
1998
- 1998-10-16 DE DE19849297A patent/DE19849297A1/en not_active Ceased
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WO2008074826A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Hydroformylation process |
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