ES2301076T3 - Procedimiento para la isomerizacion de alfa-olefinas a olefinas internas. - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para la isomerización de 1-alqueno en un alqueno interno que comprende: a) combinar al menos un 1-alqueno en fase líquida a una temperatura desde 50ºC a 200ºC con un catalizador, en el que el catalizador se forma mediante la puesta en contacto de (i) al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII y (ii) al menos un compuesto de alquil-aluminio dando lugar de este modo a una primera mezcla; y (b) combinar la primera mezcla de la etapa (a) con al menos una arcilla lavada con ácido a una temperatura de 100ºC a 300ºC para formar una mezcla final.

Description

Procedimiento para la isomerización de alfa-olefinas a olefinas internas.
Campo técnico y aplicabilidad industrial de la invención
La presente invención se refiere a realizaciones de un procedimiento para la isomerización de alfa-olefinas en olefinas internas. Más particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento multi-etapas que da lugar a una mezcla final que comprende isómeros de alqueno y un nivel bajo de oligómeros.
Antecedentes de la invención
En la industria del papel, se conocen varios procedimientos para la isomerización de 1-alquenos (alfa-olefinas) para dar lugar a olefinas internas que tienen una variedad de usos. Por ejemplo, las olefinas internas se pueden usar en la preparación del anhídrido alquil-succinílico (ASA), un agente de apresto del papel, mediante reacción de las mismas con anhídrido maleico. Los alquenos que tienen más de cuatro átomos de carbono se pueden someter a isomerización al azar usando ácidos como catalizadores (por ejemplo como se describe en J. Chem. Commun. 177 (1973), Barry y colaboradores. Sin embargo, los procedimientos de isomerización que utilizan catalizadores ácidos están típicamente acompañados de la oligomerización como una reacción secundaria. Estos oligómeros, que no forman aductos con el anhídrido maleico, reducen la eficacia del agente de apresto de ASA. Además, los oligómeros pueden contribuir también a la formación de depósitos en el laminador de papel.
La Patente de EE.UU. 6.355.855 (de Nguyen y colaboradores) describe de una manera general la isomerización de 1-alquenos en alquenos internos en la presencia de una composición catalítica que comprende (1) sales de metales de transición del Grupo VIII y (ii) compuestos de alquil-aluminio. La patente indica que esta combinación isomeriza los 1-alquenos en alquenos internos con una pequeña formación de oligómeros, sin embargo, el alqueno interno predominante será típicamente el 2-alqueno, el cual en la mayor parte de los casos supondrá al menos aproximadamente un 50%, particularmente al menos aproximadamente un 60%, y la formación de hasta un 70% ó más de los alquenos internos.
La Patente de EE.UU. 6.348.132 (de Zhang) describe la eficacia de apresto del ASA fabricado a partir de una mezcla de alquenos internos con una distribución sustancialmente regular de los isómeros.
El Documento US-A-3.641.184 describe un procedimiento para la isomerización de mono-olefinas mediante la puesta en contacto con un catalizador formado a partir de un complejo de níquel soportado asociado con un compuesto de aluminio.
El Documento EP-A-0.042.537 se refiere a un procedimiento para la isomerización de enlaces dobles terminales en olefinas usando un cambiador catiónico fuertemente ácido.
Así, sería deseable disponer de un procedimiento en el que las alfa-olefinas se puedan isomerizar en alquenos internos, de tal manera que la muestra final contenga isómeros de alqueno (es decir, 2-alqueno, 3-alqueno, 4-alqueno, etc.) sin la producción simultánea de cantidades sustanciales de oligómeros tales como, por ejemplo, dímeros de olefinas.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a realizaciones de un procedimiento multi-etapas para la isomerización de alfa-olefina(s) en olefina(s) internas, comprendiendo una realización del procedimiento:
(a) combinar al menos un 1-alqueno en fase líquida a una temperatura desde 50ºC a 200ºC con un catalizador, en el que el catalizador se forma mediante la puesta en contacto de (i) al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII y (ii) al menos un compuesto de alquil-aluminio, dando lugar de este modo a una primera mezcla; y
(b) combinar la primera mezcla de la etapa (a) con al menos una arcilla lavada con ácido, formando de este modo una mezcla final.
La etapa (a) de la presente invención se debe realizar en la ausencia sustancial de agua (humedad) y de oxígeno molecular. A este fin es recomendable purgar el reactor con un gas inerte seco (tal como, por ejemplo, nitrógeno o argón) antes de cargar el mismo y para también secar y desoxigenar los materiales de partida (incluyendo el alqueno, los componentes del sistema catalítico y el disolvente, si se usa) de cualquier manera convencional antes de introducir los mismos dentro del reactor de isomerización. Preferiblemente la etapa (a) se debe realizar en una atmósfera inerte, por ejemplo bajo gas nitrógeno seco.
Preferiblemente, el al menos un metal de transición del Grupo VIII incluye cobalto y el al menos un compuesto de alquil-aluminio incluye un compuesto de trialquil-aluminio, en el que cuando se utiliza esta combinación, el procedimiento se realiza en la ausencia sustancial de especies de alcoxi-aluminio.
Generalmente, el al menos un 1-alqueno y el catalizador de la etapa (a) se combinan, y se someten a una temperatura desde 50ºC a 200ºC en el que el producto que se obtiene de la etapa (a) es una primera mezcla de alquenos internos, en el que la mezcla comprende 1-alquenos en una cantidad de hasta 5% en peso; 2-alquenos en una cantidad en el intervalo desde 50% en peso, particularmente al menos 60% en peso y hasta 70% en peso o más; y menos de 2% en peso de oligómeros.
La etapa (b) adicionalmente isomeriza los alquenos internos contenidos en la primera mezcla que se obtiene de la etapa (a), produciendo de este modo una mezcla final que contiene una distribución más regular de los isómeros de alqueno y un nivel más bajo de oligómeros.
La etapa (b) se realiza adecuadamente a una temperatura desde 100ºC a 300ºC, preferiblemente a una temperatura desde 120ºC a 200ºC, y más preferiblemente entre 150ºC y 175ºC.
Generalmente la mezcla final que se obtiene de la etapa (b) comprende 1-5% en peso de alfa-olefinas, 15-50% en peso de alquenos C_{2}, 15-25% en peso de alquenos C_{3}, 5-20% en peso de alquenos C_{4}, 10-50% en peso de alquenos C_{5} y alquenos superiores y menos de 10% en peso de oligómeros, y preferiblemente menos de 6% en peso de dímeros.
Otros métodos o procedimientos, características y ventajas de la presente invención serán o llegarán a ser evidentes a una persona especializada en la técnica mediante el examen de la descripción detallada siguiente. Se pretende que todos de dichos métodos o procedimientos, características o ventajas adicionales estén incluidas en esta descripción y dentro del alcance de la presente invención.
Descripción detallada de una realización preferida de la invención
La Patente de EE.UU. 6.355.855 (de Nguyen y colaboradores) se indica en la presente como referencia.
Cuando se indica un intervalo de valores numéricos en la presente invención, a menos que se establezca de otro modo, el intervalo pretende incluir los puntos finales del mismo, y todos los números enteros y fraccionarios dentro del intervalo.
Existen varias inequívocas ventajas conferidas por las realizaciones de la presente invención que incluyen, entre otras, la producción de una mezcla final resultante que comprende isómeros de alquenos así como también un bajo nivel de producción de oligómeros (es decir 10% en peso o menos, y preferiblemente 6% en peso o menos).
Según se usa en la presente invención y en las reivindicaciones adjuntas, los términos "combinar", "combinado", "combinación" u otras derivaciones de los mismos, cuando se usan en conjunción con los componentes de la composición catalítica, se debe entender que no se conoce la estructura exacta de las especies catalíticas formadas en la puesta en contacto de los componentes (i) y (ii). Sin desear estar ligados a ninguna teoría, se supone que tiene lugar alguna clase de reacción (interacción) entre estos componentes, lo que eventualmente da lugar a la formación de las especies catalíticamente activas.
Según se usa en la presente invención, la expresión "ausencia sustancial" significa que sí están presentes especies de alcoxi-aluminio, dichas especies están preferiblemente presentes sólo en cantidades trazas, y en cualquier caso, en cantidades que permiten una relación de grupos alcoxi unidos a Al a grupos alquilo unidos a Al (en el compues-
to(s) de alquil-aluminio) que no sea superior a 0,1:1, preferiblemente no superior a 0,05:1 y lo más preferiblemente no superior a 0,01:1. Dichas bajas relaciones se pueden conseguir fácilmente mediante el mantenimiento de la presencia de oxígeno (aire) durante la isomerización en un mínimo y excluir la presencia de otras especies que contienen oxígeno (por ejemplo aniones en la sal(es) de metal de transición) que puedan dar lugar a la oxidación del compuesto de alquil-aluminio en especies de alcoxi-Aluminio. Con el fin de excluir el oxígeno molecular se prefiere purgar tanto el reactor como los materiales de partida (1-alqueno, sal de metal, disolvente etc.) con un gas inerte tal como nitrógeno o argón y efectuar la isomerización en una atmósfera de gas inerte.
Una realización de la presente invención contempla un procedimiento para la isomerización de alfa-olefina(s)
(1-alquenos) que en última instancia da lugar a una mezcla final que contiene alqueno(s) internos y un bajo nivel de oligómeros, comprendiendo el procedimiento:
(a) combinar al menos un 1-alqueno en fase líquida a una temperatura desde 50ºC a 200ºC con un catalizador, en el que el catalizador se forma mediante la puesta en contacto de (i) al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII y (ii) al menos un compuesto de alquil-aluminio, dando lugar de este modo a una primera mezcla; y
(b) combinar la primera mezcla de la etapa (a) con al menos una arcilla lavada con ácido, formando de este modo una mezcla final.
Varias realizaciones del procedimiento se pueden realizar por cargas, de manera semi-continua o en continuo. Con respecto al procedimiento semi-continuo, la etapa (a) se puede efectuar en primer lugar, en la que la primera mezcla obtenida de la etapa (a) se puede alimentar de manera continua a un reactor tubular para efectuar la etapa (b). El tiempo de residencia se puede diseñar de tal manera que la mezcla de olefinas internas deseada se obtenga de la etapa (b) de una manera continua. Un ejemplo de un procedimiento continuo sería a través del uso de un reactor tubular de dos compartimientos en el que el primer compartimiento está relleno con el catalizador (es decir, cobalto/TMAL) y el segundo compartimiento está relleno con la arcilla ácida calcinada.
El al menos un 1-alqueno de la etapa (a) generalmente tiene al menos 4 átomos de carbono. Preferiblemente los 1-alquenos tendrán 5 a 40 átomos de carbono, y más preferiblemente 6 a 30 átomos de carbono. Aunque no existe un límite superior para el número de átomos de carbono desde un punto de vista práctico, el número de átomos de carbono viene determinado principalmente por el uso que se pretende para los alquenos internos deseados. Los alquenos de 10 a 20 átomos de carbono (por ejemplo, 16-20 átomos de carbono) son substratos particularmente deseables sí los alquenos internos que se obtiene se van a usar para la producción de ASA.
El 1-alqueno a ser isomerizado mediante el procedimiento de la presente invención puede ser lineal o ramificado y puede contener también una estructura de anillo cicloalifático o aromático. De manera específica, pero no limitante, los ejemplos de 1-alquenos adecuados para su uso en la presente invención incluyen al menos uno de 1-penteno, 3-metil-1-buteno, 2-metil-1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 2-metil-1-octeno, 2-etil-1-hexeno, 5-metil-1-hepteno, 1-noneno, 1-deceno, 1-undeceno, 1-dodeceno, 2-metil-1-dodeceno, 1-tetradeceno, 2-metil-1-tetradeceno, 1-hexadeceno, 2-metil-1-hexadeceno, 5-metil-1-hexadeceno, 1-octadeceno, 2-metil-1-octadeceno, 1-eicoseno, 2-metil-1-eicoseno, 1-docoseno, 1-tetracoseno, 1-hexacoseno, vinil-ciclohexano y 2-fenil-1-buteno, aunque la presente invención no se limita en forma alguna a estos ejemplos. Los ejemplos de alfa-olefinas disponibles comercialmente que se pueden utilizar incluyen, pero no se limitan a, Neodene® 2024, Neodene® 16, Neodene® 18, y Neodene® 1618 disponibles de Shell Chemical (Geismar, LA); Alfa-olefina C16, Alfa-olefina C18, y Alfa-olefina C16/C18 disponibles de CP Chem (Chevron Phillips Chemical Company, Woodland TX). La alfa-olefina puede ser de longitud de cadena única (C16 ó C18) o una mezcla de diferentes longitudes de cadena. Generalmente, las alfa-olefinas (1-alquenos) se usan "como es", en las que ellas están en una fase líquida.
Es posible también, por supuesto, isomerizar más de un tipo de 1-alqueno al mismo tiempo. Por ejemplo, se pueden emplear mezclas de dos, tres, cuatro, cinco, seis y más 1-alquenos en la etapa (a) Además, no es necesario que los 1-alquenos sean empleados en una forma sustancialmente pura o sean purificados. Más bien, ellos se pueden emplear como una mezcla (o contaminados) con uno o más de otros compuestos que no son 1-alquenos, supuesto que dichos otros compuestos no interfieran sustancialmente con la isomerización. Los ejemplos típicos de otros compuestos que pueden estar presentes (y a menudo lo están) en el material de partida son los alcanos internos así como también los hidrocarburos cicloalifáticos y aromáticos saturados.
Las realizaciones del procedimiento de la presente invención se pueden efectuar ambas en la presencia y ausencia de un disolvente. Generalmente, la presencia de disolventes son un resultado de la introducción del catalizador en el procedimiento, en el que el catalizador típicamente se transporta en un disolvente, tal como por ejemplo tolueno, sin embargo, preferiblemente no se añade a propósito una cantidad adicional de disolvente al procedimiento.
Mientras que usualmente se prefiere no usar una cantidad adicional de disolvente distinta a la proporcionada con el catalizador, puede ser aconsejable en algunas situaciones o incluso necesario trabajar en la presencia de disolvente adicional. Por ejemplo, si la cantidad de líquido (y particularmente de alqueno) no es suficiente para acomodar (disolver o al menos dispersar) los componentes (sólidos o líquidos) del sistema catalítico y para permitir una fase líquida no demasiado viscosa, se puede tener que añadir un disolvente o mezcla de disolventes. El disolvente debe tener un punto de ebullición tal que esté por encima de la temperatura bajo la cual se realiza la isomerización. También, si al final del procedimiento el alqueno isomerizado se va a separar del disolvente por destilación, se debe tener cuidado en que la diferencia en el punto de ebullición entre el disolvente y el alqueno sea suficientemente elevada para no complicar sin necesidad dicha destilación. El disolvente debe ser también miscible con al menos el 1-alqueno y no debe interferir con el procedimiento de isomerización, y particularmente no reaccionar con cualquier otra de las especies presentes. Especialmente en vista de la presencia del compuesto de alquil-aluminio, el disolvente no debe incluir, por supuesto, ningunos átomos de hidrógeno activos que puedan reaccionar con los componentes del sistema catalítico (por ejemplo, compuesto de alquil-aluminio).
Los ejemplos de disolventes adecuados para su uso en la presente invención son los disolventes no polares tales como los hidrocarburos alifáticos, cicloalifáticos y aromáticos opcionalmente halogenados (particularmente clorados) y éteres alifáticos. Estos disolventes adecuados tienen un punto de ebullición entre 80ºC y 200ºC, y particularmente entre 100ºC y 150º. Los ejemplos específicos de los mismos son tolueno, los xilenos, clorobenceno, diclorobencenos, cloroformo, tetracloruro de carbono, octano, decano, y dodecano así como también mezclas de dos o más de estos disolventes.
De acuerdo con la etapa (a) se usa al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII en combinación con al menos un compuesto de alquil-aluminio para su interacción con el último, generando de este modo especies catalíticamente activas para la isomerización de los 1-alquenos en alquenos internos.
Mientras que los componentes del catalizador de isomerización se pueden combinar de cualquier manera que permita la interacción de los mismos con formación de las especies catalíticamente activas, un modo particularmente conveniente y, así preferido es la generación del catalizador in situ, esto es, dentro del medio de isomerización. Esto se puede conseguir sencillamente mediante la adición de los componentes del sistema catalítico por separado al reactor de isomerización. El orden y la forma de la adición del alqueno, los componentes catalíticos, disolvente etc. al reactor no es, sin embargo, crítica para la operación con éxito del procedimiento de la presente invención. Además, reactivos y componentes adicionales para la reacción de isomerización más allá de los establecidos anteriormente no son necesarios y así no deben preferiblemente estar presentes.
El metal(es) del Grupo VIII adecuados para su uso en la al menos una sal de metal de la etapa (a) incluye, pero no se limita a, al menos uno de níquel, cobalto, hierro, paladio, rodio, platino, rutenio, osmio o iridio, y más preferiblemente níquel, cobalto, y paladio. Particularmente en vista de la actividad de las especies catalíticas que se obtienen, los metales de transición del Grupo VIIII los más preferidos son el cobalto y el paladio, y particularmente el cobalto. Se pueden emplear dos o más de estos metales en combinación, por ejemplo, en la forma de dos o más sales de metal de transición diferentes.
Los aniones o ligandos de la al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII no están particularmente limitados. Dichos aniones (ligandos) pueden ser ambos inorgánicos u orgánicos. Los ejemplos de los mismos incluyen haluros (por ejemplo, fluoruros, cloruros, bromuros y yoduros), sulfato, nitrato, fosfato, carbonato, carboxilatos, tales como el formiato, acetato, propionato, oxalato, benzoato, ftalato y naftoato, agentes de quelación tales como el acetilacetonato y EDTA, así como también ligandos de cicloalcadienilo como el 1,5-ciclooctadienilo y el pentadienilo (metalocenos) etc. Por supuesto, pueden estar presentes dos o más aniones (ligandos) diferentes, tanto en la forma de una sal de metal única como en la forma de mezclas de sales (opcionalmente de diferentes metales). Los aniones (ligandos) particularmente deseables para los propósitos de la presente invención son los haluros, particularmente el cloruro y el bromuro y especialmente el cloruro, y el acetilacetonato.
Una sal de metal de transición del Grupo VIII adecuada contiene un halógeno, particularmente cloro; y/o un ligando que forma quelato, tal como el acetilacetonato. Otros ejemplos específicos de sales correspondientes incluyen cloruro de Ni(II), acetilacetonato de Ni(II), acetilacetonato de Co(III), PdCl_{2}, PtCl_{2} (ciclooctadienil)_{2}, acetilacetonato de Ir(III) y acetilacetonato de Rh(III). Las personas especializadas en la técnica reconocerán que existen muchas más de otras sales que se pueden usar también. Los ejemplos de sales preferidas incluyen cloruro de Ni(II), acetilacetonato de Ni(II), acetilacetonato de Rh(III), acetilacetonato de Ir(III) y acetilacetonato de Co(III); las sales más preferidas incluyen acetilacetonato de Ni(II), acetilacetonato de Ir(III) y acetilacetonato de Co(III). La sal de metal de transición del Grupo VIII lo más preferida es el acetilacetonato de cobalto (III).
El al menos un compuesto de alquil-aluminio para su uso en la etapa (a) no está particularmente limitado siempre y cuando él contenga al menos un grupo alquilo unido directamente a un átomo de aluminio. Sin embargo, una clase particularmente adecuada de compuestos de alquil-aluminio es el de la fórmula general: AlR_{a}X_{b}, en la cual R representa un radical alquilo, X representa un radical halógeno, a es número entero desde 1 a 3, b es 0, 1 ó 2, y la suma de (a + b) es 3.
En la fórmula general anterior el grupo(s) alquilo, R, puede tener cualquier número de átomos de carbono, aunque se prefiere un intervalo de 1 a aproximadamente 40 átomos de carbono por grupo alquilo. Así, si "a" en la fórmula anterior es 3, el compuesto correspondiente de alquil-aluminio contiene preferiblemente un total de no más de 120, y más preferiblemente de no más de 100 átomos de carbono. Un relativamente elevado número total de átomos de carbono puede ser preferido en los casos en los que la volatilidad del compuesto de alquil-aluminio se deba mantener tan baja como sea posible (por ejemplo, si la isomerización se va a efectuar con un alqueno de punto de ebullición relativamente elevado a una temperatura relativamente elevada y bajo presión atmosférica). Los grupos alquilo con un elevado número de átomos de carbono (según se determina vía el punto de ebullición y el punto de fusión del grupo alcano en el compuesto de alquil-aluminio) pueden ser también ventajosos si al final de la isomerización el catalizador se va a desactivar (destruir) mediante la adición de agua, lo que da lugar, esto es, a la escisión hidrolítica del enlace alquilo-Al y la generación del alcano correspondiente. Si dicho alcano tiene un punto de ebullición sustancialmente más elevado que el alqueno(s) presentes en el medio de reacción se facilita la separación del último del primero mediante, por ejemplo, destilación. Típicamente, sin embargo, el grupo(s) alquilo del al menos un compuesto de alquil-aluminio tendrá desde 1 a 10, y particularmente desde 1 a 6 átomos de carbono. Un límite superior de 6 átomos de carbono puede ser particularmente deseable en los casos en los que los alquenos son de punto de ebullición relativamente elevado y el catalizador se va a desactivar mediante la adición de agua. Esta adición de agua dará lugar a continuación a la liberación de un hidrocarburo de punto de ebullición relativamente bajo (por ejemplo metano, etano, hexano, etc.) del compuesto de alquil-aluminio lo cual, a su vez, facilitaría la separación o eliminación del mismo por destilación.
Los grupos alquilo, R, para su uso en el compuesto(s) de alquil-aluminio pueden ser lineales o ramificados y, para a \geq 2, pueden ser idénticos o diferentes (usualmente ellos son idénticos). Los ejemplos específicos de los mismos son metilo, etilo, propilo, isopropilo, n-butilo, iso-butilo, 2-butilo, n-pentilo, n-hexilo, n-heptilo, 2-etil-hexilo, n-octilo, n-nonilo y n-decilo. Los grupos R preferidos para su uso en la presente invención incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, n-butilo, 2-butilo, isobutilo, n-pentilo, y n-hexilo. Los más preferidos son el metilo y el etilo (también a la vista del precio y disponibilidad de los compuestos correspondientes).
Los valores preferidos de "a" en la fórmula general anterior son 2 y 3, y particularmente 3. En otras palabras, los compuestos de alquil-aluminio preferidos son los compuestos de trialquil-aluminio tales como el trimetilaluminio y el trietilaluminio, así como también el tributilaluminio, triisobutil-aluminio, dietilisobutil-aluminio, trihexil-aluminio, triheptil-aluminio, y trioctil-aluminio.
Si "b" en la fórmula anterior es 1 ó 2, es decir, uno o dos radicales halógenos X están presentes, X se selecciona preferiblemente de Cl y Br y es lo más preferiblemente Cl. Un ejemplo representativo preferido de la clase de haluros de alquil-aluminio es el cloruro de dietil-aluminio (DEAC). Ejemplos adicionales preferidos de los mismos incluyen el dicloruro de etil-aluminio y el dicloruro de isobutil-aluminio.
Mientras que los compuestos de alquil-aluminio preferidos se han establecido anteriormente, se debe entender que las realizaciones de la presente invención no se limitan al uso de esos compuestos. Ejemplos de los numerosos otros compuestos que se pueden usar como compuesto(s) de alquil-aluminio son el sesquicloruro de etil-aluminio y el sesquicloruro de isobutil-aluminio. Generalmente, el compuesto(s) de alquil-aluminio lo más preferido no contiene ningunos átomos distintos del aluminio, carbono, hidrógeno y, opcionalmente, halógeno.
Preferiblemente en la etapa (a), la al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII incluye cobalto y el al menos un compuesto de alquil-aluminio incluye un compuesto de trialquil-aluminio, por lo que cuando se utiliza esta combinación, el procedimiento se realiza en la ausencia sustancial de especies de alcoxi-aluminio.
En lo que respecta a las cantidades relativas de 1-alqueno(s), sal(es) de metal de transición del Grupo VIII y compuesto(s) de alquil-aluminio usadas en la etapa (a), dichas cantidades pueden variar en muy amplios intervalos. En la práctica, sin embargo, la relación molar de 1-alqueno a metal de transición del Grupo VIII estará generalmente en el intervalo desde 1:1 a 10.000:1, y más a menudo desde 10:1 a 5000:1. Una relación molar desde 500:1 a 4000:1 y particularmente desde 700:1 a 2000:1 será a menudo lo más deseable para los propósitos de la presente invención.
La relación atómica de metal(es) de transición del Grupo VIII a Al en el compuesto(s) de alquil-aluminio estará usualmente en el intervalo desde 2:1 a 1:500, particularmente desde 1:1 a 1:300, siendo un intervalo desde 1:2 a 1:100 el más común. Un exceso muy elevado de Al respecto al metal de transición del Grupo VIII no ofrece ninguna ventajas en particular. Por otra parte, demasiado poco Al con respecto al metal de transición puede tener algunas veces un efecto adverso sobre la actividad del sistema catalítico. En cualquier caso, las relaciones óptimas de 1-alqueno, metal de transición del Grupo VIII y compuesto de alquil-aluminio dependen en un grado elevado de los compuestos específicos a emplear y se pueden determinar fácilmente por la persona medianamente especializada en la técnica por medio de una experimentación de rutina.
La etapa (a) se realiza adecuadamente a una temperatura desde 50ºC a 200ºC, preferiblemente a una temperatura desde 80ºC a 150ºC, y más preferiblemente entre 80ºC y 120ºC. La temperatura a emplear viene determinada principalmente por factores tales como la actividad del sistema catalítico y el tiempo de reacción deseado y los puntos de ebullición (y las temperaturas de descomposición) de las especies presentes en el medio de isomerización. Evidentemente la velocidad de isomerización se incrementará con el incremento de la temperatura. Las temperaturas más elevadas, por otra parte, acelerarán también las reacciones secundarias indeseables tales como la descomposición del catalizador y la oligomerización y polimerización de los alquenos presentes. Se debe tener también en cuenta que una temperatura del procedimiento demasiado elevada puede hacer necesario, debido a los puntos de ebullición de los componentes presentes, trabajar a una presión por encima de la atmosférica lo que, aunque posible, generalmente incrementa el coste global del procedimiento. Por lo tanto, usualmente será lo más deseable ser capaz de operar a la temperatura mínima que permita todavía una velocidad de isomerización aceptable.
Como se advirtió previamente, las realizaciones de la etapa (a) de la presente invención se pueden efectuar a una presión por encima de la atmosférica. Evidentemente es más conveniente, y así se prefiere, ser capaz de operar a, o ligeramente por encima, de la presión atmosférica. Sin embargo, ciertas combinaciones de temperaturas necesarias para conseguir una velocidad de isomerización aceptable, y los puntos de ebullición de uno o más de los componentes del medio de reacción, puede hacer algunas veces inevitable el uso de una presión más elevada de la atmosférica.
Los tiempos de reacción típicos para la etapa (a) están en el intervalo desde 1 a 12 horas, preferiblemente desde 2 a 6 horas y más preferiblemente desde 2 a 4 horas (para los procedimientos por cargas, semi-continuo y continuo). El tiempo de reacción viene determinado, por supuesto, por factores tales como la actividad del catalizador, la concentración del catalizador, la temperatura del procedimiento y el grado de conversión deseado. En lo que respecta al último factor, es preferible conseguir grados de isomerización de 90 a 100%, y más preferiblemente próximos al 100%. Si se obtiene un grado bajo de isomerización (es decir inferior al 90% en peso), permanece un nivel elevado de olefinas C_{1}, lo que afectará a la mezcla final que se obtiene de la etapa (b) debido a que la mayor parte de los oligómeros se forman por la oligomerización de una olefina C_{1}.
Debido a la sensibilidad (reactividad) de la mayor parte de los compuestos de alquil-aluminio hacia el oxígeno y el agua, la etapa (a) de la presente invención se debe realizar en la ausencia sustancial de agua (humedad) y de oxígeno molecular. A este fin es recomendable purgar el reactor con un gas inerte seco (tal como, por ejemplo, nitrógeno o argón) antes de cargar el mismo y también secar y desoxigenar los materiales de partida (incluyendo el alqueno, los componentes del sistema catalítico y el disolvente, si se usa) de cualquier manera convencional antes de introducir los mismos en el reactor de isomerización. Las trazas remanentes de oxígeno y de agua en el medio de isomerización serán usualmente eliminadas mediante reacción con el compuesto de alquil-aluminio. Por supuesto, es también altamente preferido tanto como ello sea posible limitar el acceso de oxígeno molecular y de agua (humedad) al medio líquido durante el procedimiento de isomerización. Por lo tanto, la etapa (a) se debe realizar en una atmósfera inerte, por ejemplo, bajo gas nitrógeno seco.
Al final de la isomerización de la etapa (a) el alqueno se puede separar opcionalmente de los componentes restantes de cualquier manera convencional tal como, por ejemplo, por filtración, destilación, extracción y combinaciones de las mismas. En algunos casos puede ser deseable convertir primero el compuesto de alquil-aluminio en un compuesto menos sensible a la humedad, por ejemplo, mediante la adición cuidadosa de agua al medio de isomerización. Especialmente con los metales de transición más caros será también necesario por razones económicas recuperar los valores del metal y opcionalmente reciclar los mismos al procedimiento.
En un sentido general y representativo, el producto que se obtiene de la etapa (a) es una primera mezcla que comprende alquenos internos, en la que esta mezcla comprende 1-alquenos en una cantidad de hasta 5% en peso; 2-alquenos en una cantidad en el intervalo desde 50% en peso, particularmente al menos 60% en peso y hasta 70% en peso o más; y menos de 2% en peso de oligómeros.
La etapa (b) de la presente invención, comprende combinar la primera mezcla de la etapa (a) con al menos una arcilla lavada con ácido para formar una mezcla final, la cual isomeriza los alquenos internos contenidos en la primera mezcla que se obtiene de la etapa (a), produciendo de este modo una mezcla final que contiene los isómeros de alqueno y un bajo nivel de oligómeros.
La al menos una arcilla lavada con ácido para su uso en la etapa (b) incluye, pero no se limita a, arcillas lavadas con ácido calcinadas, bentonita activada con ácido, y los productos de Engelhard F13, F22, F24, y F20X. La al menos una arcilla lavada con ácido debe tener una acidez residual en el intervalo desde 1,0 a 0,025 meq/g, preferiblemente desde 0,5 a 0,1 meq/g, y más preferiblemente desde 0,4 a 0,2 meq/g. Mezclas de dos o más arcillas lavadas con ácido se pueden utilizar también en la etapa (b) siempre y cuando la acidez residual de las mezclas de arcillas lavadas con ácido permanezca dentro del intervalo deseado dado.
La mayor parte de las arcillas lavadas con ácido contienen cantidades sustanciales de agua, y así antes de que se puedan usar, la arcilla lavada con ácido necesita ser calcinada (un procedimiento que se conoce bien en la técnica) con el fin de separar el agua. Además de proporcionar la separación del agua, este procedimiento activa también el catalizador de arcilla. Típicamente, por ejemplo, el procedimiento de calcinación se efectúa durante al menos 1 hora bajo barrido con nitrógeno a una temperatura de 110ºC. La humedad se separa en el sistema de reacción debido a su problemática, por ejemplo, en la producción de ASA cualquier cantidad de agua presente en el sistema de reacción convertirá el anhídrido maleico en ácido maleico. Generalmente en el procedimiento de calcinación, el agua retenida mecánicamente se elimina por calentamiento en la presencia de aire para oxidar las impurezas.
Típicamente, la arcilla(s) lavadas con ácido se utilizan en cantidades en el intervalo desde 0,25% en peso a 3,0% en peso (basado en el peso total de las olefinas), preferiblemente desde 0,5% en peso a 2,0% en peso, y más preferiblemente desde 0,75% en peso a 1,0% en peso.
Los ejemplos adecuados de ácidos que se pueden utilizar para lavar/activar las arcillas incluyen, pero no se limitan a, cualquier catalizador ácido y/o catalizador de ácido de Lewis conocido en la técnica, tal como, por ejemplo, "HBF_{4}" (es decir HF (ácido fluorhídrico)/BF_{3} (trifluoruro de boro)); "HPF_{6}" (es decir, HF (ácido fluorhídrico)/BF_{5} (pentafluoruro de boro)) y H_{2}SO_{4} en sulfolano seco (por ejemplo como se describe en J. Chem. Soc. Chem. Commun. 177 (1973), Barry y colaboradores).
De acuerdo con la etapa (a), y debido a la sensibilidad (reactividad) de la mayor parte de los compuestos de alquil-aluminio con respecto al oxígeno y el agua, la etapa (b) de la presente invención se debe realizar también en la ausencia sustancial de agua (humedad) y de oxígeno molecular. A este fin es recomendable purgar el reactor con un gas inerte seco (tal como, por ejemplo, nitrógeno o argón) antes de cargar el mismo y también secar y desoxigenar los materiales de partida (incluyendo el alqueno, los componentes del sistema catalítico y el disolvente, si se usa) de cualquier manera convencional antes de introducir los mismos en el reactor de isomerización. Las trazas remanentes de oxígeno y de agua en el medio de isomerización serán usualmente eliminadas mediante reacción con el compuesto de alquil-aluminio. Por supuesto, es también altamente preferido tanto como ello sea posible limitar el acceso de oxígeno molecular y de agua (humedad) al medio líquido durante el procedimiento de isomerización. Por lo tanto, la etapa (b) se debe realizar en una atmósfera inerte, por ejemplo, bajo gas nitrógeno seco.
La etapa (b) se realiza adecuadamente a una temperatura desde 100ºC a 300ºC, preferiblemente a una temperatura desde 120ºC a 200ºC, y más preferiblemente entre 150ºC y 175ºC. La temperatura a emplear viene determinada principalmente por factores tales como la actividad del sistema catalítico y el tiempo de reacción deseado. Es preferible operar a la temperatura mínima que permita todavía una velocidad de isomerización aceptable de la primera
mezcla.
Los tiempos de reacción típicos de la etapa (b) están en el intervalo desde 10 minutos a 6 horas, preferiblemente desde 20 minutos a 4 horas y más preferiblemente desde 30 minutos a 2 horas. El tiempo de reacción viene determinado, por supuesto, por factores tales como la actividad del catalizador, la concentración del catalizador, la temperatura del procedimiento y el grado de conversión deseado.
Al final de la etapa de isomerización (b), los alquenos se pueden separar de los restantes componentes mediante cualquier manera convencional tal como, por ejemplo, filtración, destilación, extracción y combinaciones de las mismas. Como se indicó anteriormente, el uso de metales de transición más caros puede requerir la recuperación de los valores de metal para opcionalmente reciclar los mismos al procedimiento de la presente invención.
En un sentido general y representativo, la mezcla final que se obtiene de la etapa (b) comprende 1-5% en peso de alfa-olefinas, 15-50% en peso de alquenos C_{2}, 15-25% en peso de alquenos C_{3}, 5-20% en peso de alquenos C_{4}, 10-50% en peso de alquenos C_{5} y menos de 10% en peso de dímeros. Preferiblemente, el nivel de dímeros es inferior al 6% en peso.
Ejemplos
De acuerdo con la presente invención y en los ejemplos siguientes, el grado de isomerización y la distribución de la posición del doble enlace (DBPD) se analizaron usando la Resonancia Magnética Nuclear ^{13}C.
En los Ejemplos se emplearon los materiales siguientes:
Alquenos
Neodene 16®, una mezcla de 1-alquenos que tienen 16 átomos de carbono, disponible de Shell Chemicals (Geismar, LA), y que se usa como se recibe.
Neodene® 18, una mezcla de 1-alquenos que tienen 18 átomos de carbono, disponible de Shell Chemicals (Geismar, LA), y que se usa como se recibe.
Ejemplo 1
Isomerización de Neodene 18 usando Co(AcAc)_{3}/-Al(Me)_{3} como catalizador (efectuado usando sólo la etapa (a))
Todo el material de vidrio se secó en una estufa y se ensambló mientras estaba todavía caliente y se enfrió bajo una atmósfera de nitrógeno. El matraz de reacción estaba equipado con un condensador, termopar, barra de agitación magnética y entrada y salida de nitrógeno. Se colocaron en el matraz el Neodene® 18 (631 g, 2,5 mol) y el Co(AcAc)_{3}/
-Al(Me)_{3} (0,298 g, 0,832 mmol). A continuación la mezcla se roció con nitrógeno durante 1 hora seguido de la adición de 2,1 ml (4,2 mmol) de disolución de trimetil-aluminio (2 M en tolueno). La mezcla de reacción se calentó a 120ºC y se mantuvo durante tres horas. Se tomó un espectro IR de la mezcla de reacción cada 60 minutos para ver si la reacción había alcanzado la conversión deseada. Después de tres horas a 120ºC, el espectro IR de la reacción indicaba que la isomerización había alcanzado un 90% de conversión. La reacción se continuó durante dos horas. Se tomaron cinco muestras de la reacción (cada hora de la reacción) y se sometieron al análisis para determinar la distribución de posición del doble enlace (DBPD) por resonancia magnética nuclear ^{13}C (RMN), y los resultados se muestran en la Tabla 1. La reacción se enfrió rápidamente mediante una cantidad calculada de alcohol n-butílico. La olefina isomerizada se recuperó como un líquido incoloro después de la separación del tolueno y del alcohol n-butílico, seguido de filtración a través de un lecho de arcilla ácida. La olefina recuperada se sometió al análisis por cromatografía de gas (GC) para determinar el contenido total de olefina y de dímero.
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TABLA 1 Isomerización de alfa-olefina usando Co(AcAc)_{3}/-TMAL (resultados encontrados en una mezcla que se obtiene a partir de sólo la etapa (a))
1
Los resultados en la Tabla 1 se proporcionan sobre la base de % en peso, basado en el peso total de las olefinas.
Ejemplo 2
Isomerización de Neodene 18 usando arcilla lava-da con ácido como catalizador (efectuado usando sólo la e-tapa (b))
La arcilla F_{13} lavada con ácido (1% en peso basada en la olefina) en el matraz se calcinó entre 110 y 115ºC durante 2 horas y se mantuvo a \sim 120ºC bajo una atmósfera de nitrógeno. Se añadió Neodene 16 (50 gramos) y se calentó hasta 175ºC durante 6 horas. Se tomaron muestras cada hora para determinar la DBPD mediante ^{13}C RMN, y el contenido en olefina total y en dímero mediante GC (véase la Tabla 2). La olefina total se recuperó después de la separación del catalizador de arcilla por filtración.
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TABLA 2 Isomerización de alfa-olefina usando arcilla como catalizador (1,0% en peso) (resultados encontrados a partir de efectuar sólo la etapa (b))
2
Los resultados en la Tabla 2 se proporcionan sobre la base de % en peso, basado en el peso total de las olefinas.
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Ejemplo 3
Isomerización de una alfa-olefina usando un procedimiento catalítico en dos etapas (efectuado usando una combinación de la etapa (a) y la etapa (b) de acuerdo con la presente invención
Todo el material de vidrio se secó en una estufa y se ensambló mientras estaba todavía caliente y se enfrió bajo una atmósfera de nitrógeno. El matraz de reacción estaba equipado con un condensador, termopar, barra de agitación magnética y entrada y salida de nitrógeno. Se colocaron en el matraz la alfa-olefina C_{18} (505 g, 2,00 mol) y el Co-(AcAc)_{3} (0,2376 g, 0,667 mmol). A continuación la mezcla se roció con nitrógeno durante 1 hora seguido de la adición de 2,0 ml (4,00 mmol) de disolución de trimetil-aluminio (2 M en tolueno). La mezcla de reacción se calentó a 150ºC y se mantuvo así durante dos horas. Se tomó un espectro IR de la mezcla de reacción cada 30 minutos para ver si la reacción había alcanzado la conversión deseada. Después de dos horas a 150ºC, el espectro IR de la reacción indicaba que la isomerización había alcanzado \sim > 95% de conversión y también la ^{1}H RMN mostró que sólo quedaba < 3% de alfa-olefina. La mezcla de reacción (Muestra C en la Tabla 3, Muestra E en las Tablas 4 y 5) se transfirió a continuación al segundo matraz que contenía la arcilla F_{13} lavada con ácido (1,0% en peso basado en la olefina) la segunda etapa del procedimiento catalítico. La arcilla se calcinó entre 110 y 115ºC durante 2 horas y se mantuvo a \sim 120ºC bajo una capa de nitrógeno. La olefina interna de la primera etapa se transfirió al catalizador de arcilla. A continuación la mezcla se calentó hasta 150ºC-175ºC durante 30 minutos a 4 horas dependiendo de las dosis de arcilla. La olefina final se filtró para separar todo el catalizador mientras todavía estaba caliente a través de un lecho de sílice o un lecho de arcilla (F_{24}). La olefina recuperada se sometió a análisis para determinar el contenido en \alpha-olefina, la DBPD mediante ^{13}C RMN y el contenido en olefina total y en dímero mediante GC.
TABLA 3 Isomerización de alfa-olefina usando Co(AcAc)_{3}/-TMAL a continuación arcilla como catalizador (0,75% en peso, 175ºC) (resultados encontrados en la mezcla final que se obtiene a partir de la combinación de la etapa (a) y la etapa (b) de acuerdo con la presente invención)
3
Los resultados en la Tabla 3 se proporcionan sobre la base de % en peso, basado en el peso total de las olefinas.
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TABLA 4 Isomerización de alfa-olefina usando Co(AcAc)_{3}/-TMAL a continuación arcilla como catalizador (1,0% en peso, 175ºC) (resultados encontrados en la mezcla final que se obtiene a partir de la combinación de la etapa (a) y la etapa (b) de acuerdo con la presente invención)
4
Los resultados en la Tabla 4 se proporcionan sobre la base de % en peso, basado en el peso total de las olefinas.
TABLA 5 Isomerización de alfa-olefina usando Co(AcAc)_{3}/-TMAL a continuación arcilla como catalizador (1,0% en peso, 150ºC) (resultados encontrados en la mezcla final que se obtiene a partir de la combinación de la etapa (a) y la etapa (b) de acuerdo con la presente invención)
5
Los resultados en la Tabla 5 se proporcionan sobre la base de % en peso, basado en el peso total de las olefinas.
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Ejemplo 4
Reacción de aducción de la olefina isomerizada con anhídrido maleico para formar ASA
La reacción de aducción en el laboratorio se realizó en un matraz de fondo redondo de 3 bocas de 500 ml. El matraz estaba equipado con un agitador mecánico, embudo de adición encamisado con agua en circulación (a 75ºC) a través de él y cinta de calefacción (a 85ºC) enrollada alrededor del macho de retención del embudo de adición y su conexión con el matraz de reacción. Se emplearon también un condensador, manta de calentamiento, sistema de purga con nitrógeno, termopar y controlador de la temperatura. La olefina isomerizada (126,27 g, 0,5 mol) se cargó a un matraz y se calentó a 196 \pm 2ºC con agitación bajo nitrógeno. El anhídrido maleico fundido (32,66 g, 0,33 mol) mezclado con fenoltiazina (0,0057 g) se añadió lentamente al reactor en un período de tiempo de 2,5 a 3,0 horas. Después de que la disolución había llegado a ser homogénea, la temperatura de la reacción se elevó a 215 \pm 2ºC y se mantuvo allí durante 3 horas. El material de partida sin reaccionar se recuperó mediante destilación bajo vacío. Se recogió un residuo de color claro (6-8, en la escala de Gardner) como el producto ASA deseado (83,46 g, 94,65% de rendimiento basado en el MA consumido después de la destilación. El ASA recuperado se analizó mediante GC para determinar el contenido en olefina residual, el ensayo del ASA y el nivel de dímero.

Claims (20)

  1. \global\parskip0.950000\baselineskip
    1. Un procedimiento para la isomerización de 1-alqueno en un alqueno interno que comprende:
    (a)
    combinar al menos un 1-alqueno en fase líquida a una temperatura desde 50ºC a 200ºC con un catalizador, en el que el catalizador se forma mediante la puesta en contacto de (i) al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII y (ii) al menos un compuesto de alquil-aluminio dando lugar de este modo a una primera mezcla; y
    (b)
    combinar la primera mezcla de la etapa (a) con al menos una arcilla lavada con ácido a una temperatura de 100ºC a 300ºC para formar una mezcla final.
  2. 2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un 1-alqueno contiene al menos 4 átomos de carbono.
  3. 3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un 1-alqueno es 1-penteno, 3-metil-1-buteno, 2-metil-1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 2-metil-1-octeno, 2-etil-1-hexeno, 5-metil-1-hepteno, 1-noneno, 1-deceno, 1-undeceno, 1-dodeceno, 2-metil-1-dodeceno, 1-tetradeceno, 2-metil-1-tetradeceno, 1-hexadeceno, 2-metil-1-hexadeceno, 5-metil-1-hexadeceno, 1-octadeceno, 2-metil-1-octadeceno, 1-eicoseno, 2-metil-1-eicoseno, 1-docoseno, 1-tetracoseno, 1-hexacoseno, vinil-ciclohexano, 2-fenil-1-buteno o mezclas de los mismos.
  4. 4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un metal de transición del Grupo VIII es al menos uno de níquel, cobalto, hierro, paladio, rodio, platino, rutenio, osmio, iridio o mezclas de los mismos.
  5. 5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII incluye al menos un compuesto seleccionado de cloruro de Ni(II), acetilacetonato de Ni(II), acetilacetonato de Co(III), PdCl_{2}, PtCl_{2} (ciclooctadienil)_{2}, acetilacetonato de Ir(III) o acetilacetonato de Rh(III).
  6. 6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la al menos una sal de metal de transición del Grupo VIII es acetilacetonato de Co(III).
  7. 7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el al menos un compuesto de alquil-aluminio comprende un compuesto que tiene la fórmula general:
    AlR_{a}X_{b},
    en la que R es un radical alquilo, X es un radical halógeno, a es un número entero desde 1 a 3, b es 0, 1 ó 2, y la suma de (a + b) es 3.
  8. 8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el radical R se selecciona de metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, 2-butilo, isobutilo, n-pentilo, n-hexilo, n-heptilo, 2-etilhexilo, n-octilo, n-nonilo, y n-decilo.
  9. 9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que b es 1 ó 2.
  10. 10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que X incluye Cl.
  11. 11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el al menos un compuesto de alquil-aluminio es un compuesto de trialquil-aluminio o un haluro de alquil-aluminio.
  12. 12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el haluro de alquil-aluminio es cloruro de dietil-aluminio (DEAC), dicloruro de etil-aluminio o dicloruro de isobutil-aluminio.
  13. 13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el metal(es) de transición del Grupo VIII y el compuesto(s) de alquil-aluminio están en una relación atómica desde 2:1 a 1:500.
  14. 14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura de la etapa (a) está en el intervalo desde 80ºC a 150ºC.
  15. 15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (a) tiene un tiempo de reacción en el intervalo desde 1 hora a 12 horas.
  16. 16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una arcilla lavada con ácido es una arcilla lavada con ácido calcinada.
  17. 17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (a) se realiza en la presencia de un disolvente.
    \global\parskip1.000000\baselineskip
  18. 18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el disolvente se selecciona de hidrocarburos alifáticos, cicloalifáticos y aromáticos, hidrocarburos alifáticos, cicloalifáticos y aromáticos halogenados, éteres alifáticos y mezclas de los mismos.
  19. 19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (a) se realiza en la ausencia de disolvente.
  20. 20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (a) se realiza bajo condiciones sustancialmente anhidras.
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