ES2226717T3 - Proceso para preparar 1,3-alcanodiol a partir de un derivado epoxido. - Google Patents
Proceso para preparar 1,3-alcanodiol a partir de un derivado epoxido.Info
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Abstract
Un proceso para preparar 1, 3-alcanodiol a través de la carbonilación de un derivado epóxido, que comprende: (a) hacer reaccionar un derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono en un disolvente a una temperatura desde 30 a 150ºC y a una presión desde 446 a 20.786 kPa (absolutos) bajo el sistema catalizador que consiste en una cantidad efectiva de catalizador de cobalto y una cantidad efectiva de promotor seleccionado entre imidazol, pirrol, piracina, pirimida, derivados de los mismos y mezclas de los mismos para convertir 3-hidroxiéster y y derivados del mismo; (b) separar dicho producto de reacción y disolvente del catalizador y promotor; (c) hacer reaccionar dicho producto de reacción y disolvente con hidrógeno a una temperatura desde 30 a 350ºC y a una presión desde 446 a 34.576 kPa (absolutos) bajo un sistema catalizador de hidrogenación para preparar una mezcla de productos de hidrogenación que incluye 1, 3-alcanodiol; y y (d) recuperar el 1, 3-alcanodiol de la mezcla de productos de hidrogenación.
Description
Proceso para preparar
1,3-alcanodiol a partir de un derivado epóxido.
La presente invención se refiere a un proceso
para preparar 1,3-alcanodiol a través de la
carbonilación de un derivado epóxido. Más específicamente, la
presente invención se refiere a un proceso para preparar
1,3-alcanodiol, que comprende hacer reaccionar un
derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono bajo el sistema
catalizador que consiste en un catalizador de cobalto y un promotor
para convertir el 3-hidroxiéster, y añadir
hidrógeno al 3-hidroxiéster para preparar
1,3-alcanodiol.
Un derivado epóxido se puede convertir fácilmente
en un compuesto difuncional a través de la carbonilación, que se
utiliza como un intermedio para preparar un compuesto orgánico. En
particular, como el derivado 3-hidroxiéster tiene
dos grupos funcionales, se utiliza como disolvente, resina,
material de recubrimiento, material para sustancias médicas, un
intermedio para preparar alcanodiol que se utiliza para preparar
poliéster, etc. El alcanodiol se utiliza como un intermedio para
materiales de recubrimiento o compuestos orgánicos sintéticos. El
1,3-diol es un representante de alcanodiol. Como se
muestra en el siguiente esquema, el 1,3-diol se
prepara por hidroformilación de un derivado epóxido para preparar un
derivado 3-hidroxialdehído y añadir hidrógeno al
derivado 3-hidroxialdehído para convertir los grupos
aldehído en grupos alcoholes.
El esquema para preparar 1,3-diol
anterior se divulga en los documentos de patente de Estados Unidos
n^{os}
5.770.776, 5.723.389 y 5.731.478. Por otro lado, en un proceso conocido para sintetizar 3-hidroxialdehído que muestra una alta selectividad a baja temperatura y a baja presión, se utiliza un catalizador de cobalto y un ligando de óxido de fosfina como promotor. Sin embargo, cuando se utiliza el ligando de óxido de fosfina como promotor, la recuperación y la regeneración del catalizador se hace más complicada.
5.770.776, 5.723.389 y 5.731.478. Por otro lado, en un proceso conocido para sintetizar 3-hidroxialdehído que muestra una alta selectividad a baja temperatura y a baja presión, se utiliza un catalizador de cobalto y un ligando de óxido de fosfina como promotor. Sin embargo, cuando se utiliza el ligando de óxido de fosfina como promotor, la recuperación y la regeneración del catalizador se hace más complicada.
La patente de Estados Unidos nº 5.770.776 divulga
un proceso para preparar 1,3-propanodiol que
comprende las etapas de (a) hacer contactar óxido de etileno con
monóxido de carbono e hidrógeno en un disolvente no miscible en agua
en presencia de una cantidad efectiva de un catalizador de cobalto
no ligado con fosfina y una cantidad efectiva de un promotor de
catalizador, (b) añadir un líquido acuoso a dicha mezcla de
producto intermedio y extraer en dicho líquido acuoso una porción
importante de 3-hidroxipropanal de modo que se
proporcione una primera fase acuosa y una primera fase orgánica,
(c) separar la primera fase acuosa de la primera fase orgánica, (d)
añadir disolvente fresco no miscible en agua a la primera fase
acuosa y extraer en dicho disolvente una porción de cualquier
catalizador de cobalto o derivado que contenga cobalto del mismo
presente en dicha fase acuosa, para proporcionar una segunda fase
acuosa y una segunda fase orgánica, (e) separar la segunda fase
acuosa de la segunda fase orgánica, (f) pasar la primera fase
orgánica y la segunda fase orgánica a la etapa de proceso (a), (g)
hacer contactar la segunda fase acuosa con hidrógeno, y (h)
recuperar el 1,3-propanodiol.
Las patentes de Estados Unidos nº 5.723.389 y
5.731.478 divulgan un proceso para preparar un alcanodiol que
comprende las etapas de (a) hacer contactar un óxido de etileno con
monóxido de carbono e hidrógeno en un disolvente no miscible en
agua en presencia de una cantidad efectiva de un catalizador de
cobalto no ligado a fosfina o de rodio y una cantidad efectiva de
un promotor de porfirina de rodio o de cobalto, (b) añadir un
líquido acuoso a dicha mezcla de producto intermedio y extraer en
dicho líquido acuoso una porción mayor del hidroxialdehído de modo
que se proporcione una fase acuosa y una fase orgánica, (c) separar
la fase acuosa de la fase orgánica, (d) contactar la fase acuosa
con hidrógeno en presencia de un catalizador de hidrogenación y (e)
recuperar el alcanodiol.
Las patentes de Estados Unidos nº 5.135.901 y
4.973.741 divulgan otro proceso para obtener el derivado
3-hidroxiéster de derivados de epóxido. En este
proceso, se sintetiza 3-hidroxipropionato de metilo
a partir de óxido de etileno utilizando rodio y rutenio como
catalizadores en presencia de monóxido de carbono y alcohol. Sin
embargo, en este proceso, a pesar de la utilización de
catalizadores caros, el rendimiento del
3-hidroxipropionato es tan bajo como 60% y se
producen subproductos en cantidades considerables. Además, hay otro
proceso conocido para obtener 3-hidroxiéster por
hidroesterificación del epóxido. En este proceso también, el
rendimiento es tan bajo como 40-60% [(1) Dalcanali,
E.; Foa, M. Síntesis 1986, 492. (2) Heck, 85, 1460. (3) Eximan, J.
L; Yamartino R.L; Howward, Jr. J. F., J. Am. Chem. Soc. 1961,
21202]. La razón por la cual el rendimiento es tan bajo es que la
reacción de isomerización del material de partida tiene lugar
rápidamente.
Mientras tanto, las patentes de Estados Unidos nº
5.310.948 y 5.359.081 se refieren a la carbonilación del epóxido, en
la cual el epóxido y monóxido de carbono reaccionan en presencia de
derivados de cobalto y piridina. El producto final es principalmente
\beta-lactona y el subproducto es el
3-hidroxiéster.
En la preparación de
1,3-alcanodiol para preparar poliéster, si se usa
3-hidroxialdehído como intermedio, la calidad del
poliéster es menor debido a la formación de oligómeros y acetales
como subproductos. Por otro lado, si se utiliza
3-hidroxiéster como intermedio, se obtendría un
rendimiento menor y un alto coste de catalizador.
Aún no se ha desarrollado un sistema catalizador
efectivo para preparar un derivado de 3-hidroxiéster
a partir de óxido de etileno a través de hidroesterificación, y aún
no se ha desarrollado un método para obtener
1,3-alcanodiol con un alto rendimiento.
Por consiguiente, los presentes inventores han
desarrollado un proceso para preparar 1,3 alcanodiol con un alto
rendimiento sintetizando 3-hidroxiéster como un
intermedio a partir de un derivado epóxido a través de
hidroesterificación y haciendo reaccionar el
3-hidroxiéster con hidrógeno y un sistema
catalizador para la hidroesterificación.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un proceso nuevo para preparar
1,3-alcanodiol, que comprende hacer reaccionar un
derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono bajo el sistema
catalizador que consiste en un catalizador de cobalto y un promotor
para convertir 3-hidroxiéster y añadir hidrógeno al
3-hidroxiéster para preparar
1,3-alcanodiol.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
nuevo sistema catalizador para preparar
3-hidroxiéster con un alto rendimiento por reacción
de un derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono que
consiste en un catalizador de cobalto y un imidazol o derivado del
mismo como promotor.
Un objeto adicional de la invención es
proporcionar un proceso para preparar 1,3-alcanodiol
utilizando un sistema catalizador nuevo para preparar
3-hidroxiéster con un alto rendimiento por reacción
de un derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono, que
consiste en un catalizador de cobalto y un imidazol o un derivado
del mismo como promotor.
Un objeto adicional de la invención es
proporcionar un proceso para preparar 1,3-alcanodiol
a coste inferior utilizando un imidazol o un derivado del mismo
como promotor.
Para conseguir los objetivos anteriores, la
presente invención se caracteriza como sigue.
La presente invención se refiere a un proceso
para preparar 1,3-alcanodiol a través de la
carbonilación de un derivado epóxido, que comprende a) hacer
reaccionar un derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono en
un disolvente a una temperatura desde 30 a 150ºC y a una presión
desde 446 a 20.786 kPa (absolutos) bajo el sistema catalizador que
consiste en una cantidad efectiva de un catalizador de cobalto y
una cantidad efectiva de un promotor seleccionado entre imidazol,
pirrol, pirazina, pirimida, derivados de los mismos y mezclas de los
mismos, para convertir 3-hidroxiéster y derivados
del mismo en una cantidad desde 2 a 95% en peso, b) separar dicho
producto de reacción y disolvente del catalizador y el promotor, c)
hacer reaccionar dichos producto de reacción y disolvente con
hidrógeno a una temperatura desde 30 a 350ºC y a una presión desde
446 a 34.576 kPa (absolutos) bajo un sistema catalizador para
hidrogenación para preparar una mezcla de producto de hidrogenación
que incluye 1,3-alcanodiol, y d) recuperar el
1,3-alcanodiol de la mezcla del producto de
hidrogenación.
La presente invención se refiere a un proceso
para preparar 1,3-alcanodiol a través de la
carbonilación de un derivado epóxido. Un derivado epóxido reacciona
con alcohol y monóxido de carbono en un disolvente a una temperatura
desde 30 a 150ºC y a una presión desde 446 a 20.786 kPa (absolutos)
bajo el sistema catalizador que consiste en una cantidad efectiva
de un catalizador de cobalto y una cantidad efectiva de un promotor
seleccionado entre imidazol, pirrol, pirazina, pirimida, derivados
de los mismos y mezclas de los mismos para convertir el
3-hidroxiéster y derivados del mismo. En esta
invención, este paso se llama "hidroesterificación". El
producto y disolvente de reacción se separan del catalizador y
promotor. El producto de reacción y el disolvente reaccionan con
hidrógeno a una temperatura desde 30 a 350ºC y a una presión desde
446 a 34.576 kPa (absolutos) bajo un sistema catalizador para
hidrogenación para preparar una mezcla de productos de hidrogenación
que incluye 1,3-alcanodiol. En esta invención, esta
etapa se llama "hidrogenación". El
1,3-alcanodiol se recupera de la mezcla de productos
de hidrogenación.
En la presente invención, se emplea un sistema
catalizador efectivo para maximizar el rendimiento de producción de
3-hidroxiéster cuando se lleva a cabo la
hidroesterificación de un derivado epóxido. El sistema catalizador
consiste en un catalizador de cobalto y un promotor de catalizador.
Un ejemplo representativo del catalizador de cobalto es
Co_{2}(CO)_{8}. El catalizador de cobalto puede
ser un compuesto de Co_{2}(CO)_{8} y un compuesto
orgánico seleccionado del grupo que consiste en imidazol, pirrol,
pirazina, pirimida un derivado de los mismos y una mezcla de los
mismos. Es preferible utilizar un compuesto orgánico que no está
enlazado a un compuesto de fosfina.
Es preferible utilizar el catalizador de cobalto
y el promotor en una relación de hasta 1:100. En la presente
invención, también es preferible utilizar un derivado de imidazol
como promotor según muestra la siguiente fórmula (I):
en la que R_{15}, R_{16} y
R_{17} son independientemente hidrógeno; hidrocarburo alifático
ramificado que tiene hasta 10 átomos de carbono; hidrocarburo
alifático lineal que tiene hasta 10 átomos de carbono;
ciclohidrocarburo saturado que tiene hasta 10 átomos de carbono;
hidrocarburo cicloalifático que tiene hasta 10 átomos de carbono;
hidrocarburo alifático aromático que tiene hasta 10 átomos de
carbono; F; Cl; alcoxi de C_{1-3}; OH;
hidrocarburo alifático ramificado que contiene el grupo OH que
tiene hasta 10 átomos de carbono; hidrocarburo alifático lineal que
contiene el grupo OH que tiene hasta 10 átomos de carbono;
ciclohidrocarburo saturado que contiene el grupo OH que tiene hasta
10 átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático que contiene el
grupo OH que tiene hasta 10 átomos de carbono; o hidrocarburo
alifático aromático que contiene el grupo OH que tiene hasta 10
átomos de
carbono.
En la hidroesterificación en presencia de alcohol
se utiliza un disolvente apropiado. La hidroesterificación se lleva
a cabo a una temperatura desde 30 hasta 150ºC, preferiblemente
desde 40 a 120ºC y la presión de CO desde 446 a 34.576 kPa
(absolutos), preferiblemente desde 790 a 10.444 kPa (absolutos).
El derivado epóxido utilizable en esta invención
se muestra en la siguiente fórmula (II).
en la que R_{1} y R_{2} son
independientemente hidrógeno; hidrocarburo alifático lineal que
tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo alifático ramificado
que tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático
saturado que tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo
cicloalifático que tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo
alifático aromático que tiene hasta 20 átomos de carbono;
hidrocarburo que tiene hasta 20 átomos de carbono sustituido el
hidrógeno de la cadena de carbono por F o Cl o Br; hidrocarburo
aromático que tiene hasta 20 átomos de carbono con ningún grupo
sustituido o hidrocarburo aromático que tiene hasta 20 átomos de
carbono sustituido el hidrógeno del anillo aromático por F, Cl,
grupo amina, grupo nitrilo, o grupo
alcoxi.
Los ejemplos deseables de derivados epóxidos
incluyen óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de
1-buteno, óxido de 1-penteno, óxido
de 1-hepteno, óxido de 1-octeno,
óxido de 1-noneno, óxido de
1-deceno, óxido de
2-metil-propileno, óxido de
2-metil-1-buteno,
óxido de 2-metil-1 octeno, óxido de
2-metil-noneno, óxido de
2-metil-1-deceno,
óxido de
2-metil-1-buteno,
óxido de
2-metil-1-penteno,
óxido de
2-metil-1-hexeno,
óxido de
2-etil-1-hepteno,
óxido de 2-etil-1octeno, óxido de
2-etil-1-noneno,
óxido de
2-etil-1-deceno,
epifluorohidrina, epiclorohidrina, epibromohidrina, glicidol,
glicidato de metilo, glicidato etilo, glicirato
t-butilo, óxido de alilbenceno, óxido de estireno,
etc.
El alcohol de la presente invención se expresa
por R'OH. Aquí, R' es un hidrocarburo lineal saturado que tiene
hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo lineal no saturado que
tiene hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo que tiene hasta
20 átomos de carbono con ramificaciones, un ciclohidrocarburo que
tiene hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo aromático que
tiene hasta 20 átomos de carbono o un hidrocarburo lineal que
incluye un grupo aromático.
Preferiblemente R' es metilo, etilo, isopropilo,
ciclohexilo, fenilo o bencilo.
El disolvente de la presente invención puede ser
un éter, un compuesto aromático sustituido o un acetato. Desde
luego, el alcohol mismo puede ser usado como disolvente.
El éter disponible en esta invención se
representa por la fórmula siguiente (III), (IV) o (V):
donde R_{3}, R_{4}, R_{5},
R_{6} y R_{7} son hidrocarburo alifático saturado que tiene
hasta 10 átomos de carbono; que no tiene ramificaciones;
hidrocarburo alifático ramificado que tiene hasta 10 átomos de
carbono; ciclohidrocarburo saturado que tiene hasta 10 átomos de
carbono; hidrocarburo cicloalifático que tiene hasta 10 átomos de
carbono o hidrocarburo alifático aromático que tiene hasta 10 átomos
de carbono; m es un número entero de 1 a 10 y n es un número entero
de 2 a
5.
El compuesto aromático sustituido disponible en
esta invención se representa por la siguiente fórmula (VI):
donde R_{8}, R_{9}, R_{10},
R_{11}, R_{12} y R_{13} son hidrógeno; hidrocarburo alifático
saturado de C_{1-4}, con ninguna ramificación;
hidrocarburo alifático ramificado de C_{1-4}; F;
Cl; o grupo alcoxi de
C_{1-3}.
El 3-hidroxiéster y derivados del
mismo se obtienen a través de hidroesterificación del derivado
epóxido. El 3-hidroxiéster y derivados del mismo de
acuerdo con la presente invención se representan por la siguiente
fórmula (VII) o (VIII):
donde R_{1} y R_{2} son
hidrógeno; hidrocarburo alifático lineal que tiene hasta 20 átomos
de carbono; hidrocarburo alifático ramificado que tiene hasta 20
átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático saturado que tiene
hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático que tiene
hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo alifático aromático que
tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo que tiene hasta 20
átomos de carbono sustituido el hidrógeno de la cadena de carbono
por F o Cl o Br; hidrocarburo aromático que tiene hasta 20 átomos
de carbono con ningún grupo sustituido o hidrocarburo aromático que
tiene hasta 20 átomos de carbono sustituido el hidrógeno del anillo
aromático por F, Cl, grupo amina, grupo nitrilo, o grupo alcoxi y
R' es un hidrocarburo lineal saturado que tiene hasta 20 átomos de
carbono, un hidrocarburo lineal no saturado que tiene hasta 20
átomos de carbono, un hidrocarburo que tiene hasta 20 átomos de
carbono con ramificaciones, un ciclohidrocarburo que tiene hasta 20
átomos de carbono; un hidrocarburo aromático que tiene hasta 20
átomos de carbono o un hidrocarburo lineal que incluye un grupo
aromático.
Como se muestra en las fórmulas (VII) y (VIII),
el 3-hidroxiéster y derivados del mismo son
difuncionales de modo que están disponibles para un intermedio para
sintetizar un compuesto orgánico o un material de recubrimiento.
El producto y disolvente de reacción se separan
del catalizador y promotor. La separación del producto y disolvente
de reacción se lleva a cabo mediante destilación en vacío o por
extracción en agua, lo que dependerá del disolvente. Cuando se
utiliza un éter de fórmula (III) o un compuesto aromático sustituido
de fórmula (IV) como disolvente, el producto de reacción del
derivado 3-hidroxiéster se extrae en agua. Cuando
se utiliza como disolvente un éter de fórmula (IV) o (V) o un
alcohol inferior tal como alcohol metílico, alcohol etílico y
alcohol isopropílico el producto de reacción se separa bajo
destilación en vacío. Cuando se utiliza como disolvente un alcohol
superior al alcohol isopropílico, el producto de reacción se separa
por extracción en agua. Cuando se extrae en agua, el
3-hidroxiéster y derivados del mismo se extraen en
la capa de agua añadiendo agua a 100ºC o menos a la mezcla de
productos de reacción en presencia de monóxido de carbono a una
presión desde 239 a 20.786 kPa (absolutos).
Los extractos reaccionan con el hidrógeno a una
temperatura de 30 a 350ºC y a una presión desde 446 a 34.576 kPa
(absolutos) bajo un sistema catalizador de hidrogenación para
preparar una mezcla de productos de hidrogenación que incluye
1,3-alconodiol. En esta invención, esta etapa se
llama "hidrogenación". La hidrogenación se puede llevar a cabo
sin extracción del producto de reacción. El catalizador y promotor
separados se pueden reciclar parcial o totalmente en la
hidroesterificación. El derivado de 3-hidroxiéster
se hidrogena bajo un sistema catalizador para producir
1,3-alcanodiol. El sistema catalizador comprende
cromato de cobre o Pd/C. El proceso de hidrogenación se lleva a cabo
a la temperatura desde 50 a 250ºC y a una presión desde 1.480 a
20.786 kPa (absolutos). Finalmente, se recupera el 1,3 alcanodiol
de la mezcla de productos de hidrogenación. La separación y la
hidrogenación del producto de reacción y la hidrogenación se pueden
llevar a cabo fácilmente por una persona normal experta en la
técnica a la cual pertenece la presente invención.
La presente invención será entendida más
ampliamente por los ejemplos reales descritos a continuación. Estos
ejemplos no están destinados a limitar el alcance de la presente
invención, sino sólo para presentar específicamente la presente
invención para ayudar a entender la presente invención.
Ejemplos
1-10
Un reactor Parr de 450 ml se llenó, a temperatura
ambiente, con un disolvente y 5 mmoles de
Co_{2}(CO)_{8}. El reactor se llenó con CO gas a
3.549 kPa (absolutos) y se calentó a 80ºC y se agitó durante una
hora. A continuación, se refrigeró el reactor a temperatura
ambiente y se añadió imidazol como promotor al reactor. Se añadió
óxido de etileno al reactor y se añadió CO a una presión
predeterminada. Se calentó el reactor hasta una temperatura como se
muestra en la tabla 1 y a una presión como en la tabla 1 durante el
tiempo mostrado en la tabla 1. Durante la reacción, el producto de
reacción fue muestreado utilizando un tubo. Como producto, se
analizó 3-hidroxipropionato de metilo
(3-HPM) con un CG. Las condiciones de reacción y los
datos resultantes se muestran en la tabla 1.
Se utilizaron 20 mmoles de imidazol como promotor
en los ejemplos 1-7 y 9,40 mmoles en el ejemplo 8, y
30 mmoles en el ejemplo 10. Se utilizaron 500 mmoles de óxido de
etileno en los ejemplos 1-8 y 10, y 1,4 mmoles en el
ejemplo 9. En el ejemplo 7 se utilizó tetraglima además de alcohol
metílico.
Ejemplos comparativos
1-2
El ejemplo comparativo 1 se realizó de la misma
forma que el ejemplo 1 excepto por que se utilizaron 4 mmoles de
3-hidroxipiridina como promotor en vez de imidazol
y excepto las condiciones de reacción. Se utilizó 1 mmol de
Co_{2}(CO)_{8} y 200 mmoles de óxido de etileno.
Las condiciones de reacción del ejemplo comparativo 1 se muestran
en la tabla 2.
El ejemplo comparativo 2 se realizó del mismo
modo que el ejemplo 1 excepto por que se utilizó
Co_{2}(CO)_{8} como catalizador sin ningún
promotor de catalizador. Se utilizaron 2,5 mmoles de
Co_{2}(CO)_{8} y 650 mmoles de óxido de etileno.
Las condiciones de reacción del ejemplo comparativo 2 se muestran
en la tabla 2. Los datos resultantes se muestran en la tabla 2.
En el ejemplo comparativo 1 que utiliza un
derivado de piridina se obtuvo 3-HPM en un alto
rendimiento, pero se produjeron subproductos tales como acetaldehído
en una cantidad significativa. En el ejemplo comparativo 2 que no
utiliza un promotor de catalizador el rendimiento de
3-HPM fue muy bajo.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Ejemplos
11-14
Los ejemplos 11-14 se llevaron a
cabo del mismo modo que el ejemplo 1 excepto en el derivado de
epóxido. Como se muestra en la tabla 3, en los ejemplos
11-14 se utilizó óxido de propileno, óxido de
butileno, epiclorohidrina, y glicidol como derivados de epóxido,
respectivamente. Se utilizaron 5 mmoles de
Co_{2}(CO)_{8}, 10 mmoles de promotor de
catalizador, 500 mmoles de derivado de epóxido y 200 ml de alcohol
etílico como disolvente. El reactor se mantuvo a 80ºC y 34 bares
(3.400 kPa) durante 4 horas. Los productos y rendimientos de los
ejemplos 11-14 se muestran en la tabla 3.
A un reactor Parr de 45 ml se añadieron un gramo
de 3-hidroxipropionato y 10 ml de alcohol metílico
para disolver el 3-hidroxipropionato. Al reactor se
añadió 0,5 gramos de cromato de cobre como catalizador. Se introdujo
hidrógeno al reactor a 34.576 kPa (absolutos) y se agitó el reactor
y calentó a 180ºC. Después de reacción durante 15 horas, se
refrigeró el reactor a temperatura ambiente. Se analizó el producto
con un CG. La velocidad de conversión del
3-hidroxipropionato fue alrededor de 5% y la
selectividad del 1,3-propanodiol fue alrededor del
3%.
La presente invención tiene el efecto de
proporcionar un nuevo proceso para preparar
1,3-alcanodiol, en el cual se prepara
3-hidroxiéster con un alto rendimiento, por
reacción de un derivado epóxido con alcohol y monóxido de carbono
bajo un sistema catalizador que consiste en un catalizador de
cobalto y un imidazol o derivado del mismo como promotor. Además,
la presente invención tiene el efecto de proporcionar para preparar
1,3-alcanodiol a un coste inferior que utilizando un
imidazol o un derivado del mismo como promotor.
Claims (20)
1. Un proceso para preparar
1,3-alcanodiol a través de la carbonilación de un
derivado epóxido, que comprende:
(a) hacer reaccionar un derivado epóxido con
alcohol y monóxido de carbono en un disolvente a una temperatura
desde 30 a 150ºC y a una presión desde 446 a 20.786 kPa (absolutos)
bajo el sistema catalizador que consiste en una cantidad efectiva
de catalizador de cobalto y una cantidad efectiva de promotor
seleccionado entre imidazol, pirrol, piracina, pirimida, derivados
de los mismos y mezclas de los mismos para convertir
3-hidroxiéster y derivados del mismo;
(b) separar dicho producto de reacción y
disolvente del catalizador y promotor;
(c) hacer reaccionar dicho producto de reacción y
disolvente con hidrógeno a una temperatura desde 30 a 350ºC y a una
presión desde 446 a 34.576 kPa (absolutos) bajo un sistema
catalizador de hidrogenación para preparar una mezcla de productos
de hidrogenación que incluye 1,3-alcanodiol; y
(d) recuperar el 1,3-alcanodiol
de la mezcla de productos de hidrogenación.
2. El proceso según la reivindicación 1, en el
que dicha etapa (b) de separación se lleva a cabo bajo destilación
en vacío.
3. El proceso según la reivindicación 1, en el
que dicha etapa (b) de separación se lleva a cabo extrayendo
3-hidroxiéster y derivados del mismo en una capa de
agua añadiendo agua a una temperatura de 100ºC o inferior a la
mezcla de productos de reacción en presencia de monóxido de carbono
a una presión desde 239 a 20.786 kPa (absolutos).
4. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho catalizador y promotor se
reciclan de la etapa (a) para hidroesterificación parcial o
total.
5. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho catalizador de cobalto es
Co_{2}(CO)_{8}.
6. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho catalizador de cobalto y
promotor se emplean en una relación de hasta 1:100.
7. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho promotor es un derivado de
imidazol representado por la fórmula siguiente (I):
en la que R_{15}, R_{16} y
R_{17} son independientemente hidrógeno; hidrocarburo alifático
ramificado que tiene hasta 10 átomos de carbono; hidrocarburo
alifático lineal que tiene hasta 10 átomos de carbono;
ciclohidrocarburo saturado que tiene hasta 10 átomos de carbono;
hidrocarburo cicloalifático que tiene hasta 10 átomos de carbono;
hidrocarburo alifático aromático que tiene hasta 10 átomos de
carbono; F; Cl; alcoxi de C_{1-3}; OH;
hidrocarburo alifático ramificado que contiene el grupo OH que
tiene hasta 10 átomos de carbono; hidrocarburo alifático lineal que
contiene el grupo OH que tiene hasta 10 átomos de carbono;
ciclohidrocarburo saturado que contiene el grupo OH que tiene hasta
10 átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático que contiene el
grupo OH que tiene hasta 10 átomos de carbono; o hidrocarburo
alifático aromático que contiene el grupo OH que tiene hasta 10
átomos de
carbono.
8. El proceso según la reivindicación 7, en el
que dicho promotor es un imidazol.
9. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha etapa (a) de reacción se
lleva a cabo a una temperatura desde 40 a 120ºC.
10. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha etapa (a) de reacción se
lleva a cabo a una presión desde 790 a 10.444 kPa (absolutos).
\newpage
11. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho derivado epóxido se
representa por la siguiente fórmula (II):
en la que R_{1} y R_{2} son
independientemente hidrógeno; hidrocarburo alifático ramificado que
tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático
saturado que tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo
cicloalifático que tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo
alifático aromático que tiene hasta 20 átomos de carbono;
hidrocarburo que tiene hasta 20 átomos de carbono sustituido el
hidrógeno de la cadena de carbono por F o Cl o Br; hidrocarburo
aromático que tiene hasta 20 átomos de carbono con ningún grupo
sustituido o hidrocarburo aromático que tiene hasta 20 átomos de
carbono sustituido el hidrógeno del anillo aromático por F, Cl,
grupo amina, grupo nitrilo, o grupo
alcoxi.
12. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho alcohol se representa por
R'OH, donde R' es un hidrocarburo lineal saturado que tiene hasta
20 átomos de carbono; un hidrocarburo lineal no saturado que tiene
hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo que tiene hasta 20
átomos de carbono con ramificaciones, un ciclohidrocarburo que tiene
hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo aromático que tiene
hasta 20 átomos de carbono o un hidrocarburo lineal que incluye un
grupo aromático.
13. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho disolvente se representa
por la fórmula siguiente (III), (IV) o (V):
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde R_{3}, R_{4}, R_{5},
R_{6} y R_{7} son hidrocarburo alifático saturado que tiene
hasta 10 átomos de carbono; que no tiene ramificaciones;
hidrocarburo alifático ramificado que tiene hasta 10 átomos de
carbono; ciclohidrocarburo saturado que tiene hasta 10 átomos de
carbono; hidrocarburo cicloalifático que tiene hasta 10 átomos de
carbono o hidrocarburo alifático aromático que tiene hasta 10 átomos
de carbono; m es un número entero de 1 a 10 y n es un número entero
de 2 a
5.
14. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho disolvente es un
acetato.
15. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho disolvente es un alcohol
representado por R'OH, donde R' es un hidrocarburo lineal saturado
que tiene hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo lineal no
saturado que tiene hasta 20 átomos de carbono; un hidrocarburo que
tiene hasta 20 átomos de carbono con ramificaciones, un
ciclohidrocarburo que tiene hasta 20 átomos de carbono; un
hidrocarburo aromático que tiene hasta 20 átomos de carbono o un
hidrocarburo lineal que incluye un grupo aromático.
16. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho disolvente es un compuesto
aromático sustituido representado por la fórmula siguiente
(VI):
donde R_{8}, R_{9}, R_{10},
R_{11}, R_{12} y R_{13} son hidrógeno; hidrocarburo alifático
saturado de C_{1-4}, con ninguna ramificación;
hidrocarburo alifático ramificado de C_{1-4}; F;
Cl; o grupo alcoxi de
C_{1-3}.
17. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16, en el que dicho producto de reacción
incluye 3-hidroxiéster y derivados del mismo
representados por la fórmula siguiente (VII) o (VIII):
donde R_{1} y R_{2} son
hidrógeno; hidrocarburo alifático lineal que tiene hasta 20 átomos
de carbono; hidrocarburo alifático ramificado que tiene hasta 20
átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático saturado que tiene
hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo cicloalifático que tiene
hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo alifático aromático que
tiene hasta 20 átomos de carbono; hidrocarburo que tiene hasta 20
átomos de carbono sustituido el hidrógeno de la cadena de carbono
por F o Cl o Br; hidrocarburo aromático que tiene hasta 20 átomos
de carbono con ningún grupo sustituido o hidrocarburo aromático que
tiene hasta 20 átomos de carbono sustituido el hidrógeno del anillo
aromático por F, Cl, grupo amina, grupo nitrilo, o grupo alcoxi y
R' es un hidrocarburo lineal saturado que tiene hasta 20 átomos de
carbono, un hidrocarburo lineal no saturado que tiene hasta 20
átomos de carbono, un hidrocarburo que tiene hasta 20 átomos de
carbono con ramificaciones, un ciclohidrocarburo que tiene hasta 20
átomos de carbono; un hidrocarburo aromático que tiene hasta 20
átomos de carbono o un hidrocarburo lineal que incluye un grupo
aromático.
18. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 17, en el que dicho sistema catalizador de
dicha etapa (c) es cromato de cobre o Pd/C.
19. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18, en el que dicha etapa (c) se lleva a cabo
a una presión de hidrógeno desde 1.480 a 20.786 kPa (absolutos).
20. El proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, en el que dicha etapa (c) se lleva a cabo
a una temperatura desde 50 a 250ºC.
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