FR2477140A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF A-CETOXY OR A-PROPIONYLOXY-PROPIONALDEHYDE - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention est relative à un procédé de préparation d'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde par hydroformylation d'acétate de vinyle ou de propionate de vinyle en utilisant un complexe de rhodium en tant qu'élément catalyseur principal. Cette réaction est représentée par l'équation suivante
dans laquelle R est un radical méthyle ou éthyle.The invention relates to a process for the preparation of a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde by hydroformylation of vinyl acetate or vinyl propionate using a rhodium complex as the main catalyst element. This reaction is represented by the following equation
in which R is a methyl or ethyl radical.
L'a-acétoxypropionaldéhyde et 1' a-propionyloxypropio- naldéhyde sont des matériaux de départ très utiles dans l'industrie pour diverses synthèses organiques comprenant la préparation d'acide lactique, d'esters d'acide lactique et de thréonine, par exemple. Α-acetoxypropionaldehyde and α-propionyloxypropionaldehyde are very useful starting materials in industry for various organic syntheses including the preparation of lactic acid, lactic acid esters and threonine, for example.
Il est bien connu que l'hydroformylation de l'acétate de vinyle et du propionate de vinyle en utilisant un catalyseur au complexe de rhodium fournit un a-acétoxypropionaldéhyde et un a-propionyloxypropionaldéhyde, respectivement, avec des rendements relativement élevés (par exemple le Brevet britannique No 980 239; Journal of the Chemical Society, (A) 2753 (1970); Brevet Etats-Unis No 4 072 709). I1 est bien connu que les complexes de rhodium sont très coteaux.En conséquence, pour la production d'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde à une échelle commerciale par hydroformylation d'acétate de vinyle ou de propionate de vinyle, il est particulièrement important, du point de vue technologique, de séparer d'une manière efficace le produit, par exemple l'a-acétoxy- ou l'a-propionyloxy-propionaldéhyde, qui est relativement instable thermiquement aussi bien que chimiquement, du milieu réactionnel contenant le complexe de rhodium, et de réutiliser le catalyseur en le recyclant tout en conservant l'activité catalytique du complexe de rhodium. Cependant, on ne peut trouver aucun rapport de recherches ayant pour objectif une solution à ces problèmes techniques. Dans les procédés antérieurs, ces problèmes techniques n'ont jamais été résolus.Pour isoler l'a- acétoxy- ou l'a-propionyloxy-propionaldéhyde du mélange de la réaction d' hydroformylation, les procédés antérieurs connus mettent en oeuvre une distillation. Des recherches detaillées faites par les inventeurs du présent procede ont montré que la séparation du produit aldéhyde par distillation présente, entre autres, les problèmes suivants : a) l' -acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde subit des réactions secondaires non désirables, telles que des réactions de décarboxylation, polycondensation et oxydation, sous les conditions de distillation et b) une réaction d'hydroformylation répétée suivie par une séparation par distillation a pour résultat une diminution de l'activité catalytique du complexe de rhodium recyclé et réutilisé lorsque le nombre de répétitions augmente et, en méme temps, des sous-produits à point d'ébullition élevé s'accumulent. Une telle séparation par distillation ne peut en conséquence etre utilisée à l'échelle industrielle. It is well known that hydroformylation of vinyl acetate and vinyl propionate using a rhodium complex catalyst provides an α-acetoxypropionaldehyde and an α-propionyloxypropionaldehyde, respectively, with relatively high yields (e.g. Patent No 980 239; Journal of the Chemical Society, (A) 2753 (1970); U.S. Patent No 4,072,709). It is well known that rhodium complexes are very hillside. Therefore, for the production of a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde on a commercial scale by hydroformylation of vinyl acetate or vinyl propionate, it is particularly important, from a technological point of view, to efficiently separate the product, for example a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde, which is relatively thermally as well as chemically unstable, from the reaction medium containing the rhodium complex, and to reuse the catalyst by recycling it while retaining the catalytic activity of the rhodium complex. However, no research report can be found aimed at solving these technical problems. In the prior processes, these technical problems have never been resolved. To isolate the α-acetoxy- or the α-propionyloxy-propionaldehyde from the mixture of the hydroformylation reaction, the known prior processes use distillation. Detailed research by the inventors of the present process has shown that the separation of the aldehyde product by distillation presents, inter alia, the following problems: a) -acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde undergoes undesirable side reactions, such as that decarboxylation, polycondensation and oxidation reactions, under the distillation conditions and b) a repeated hydroformylation reaction followed by separation by distillation results in a reduction in the catalytic activity of the rhodium complex recycled and reused when the number repetitions increases and, at the same time, high-boiling by-products accumulate. Such separation by distillation cannot therefore be used on an industrial scale.
Selon l'invention, on fournit un procédé de préparation d' a-acétoxypropionaldéhyde et d' a-propionyloxypropion- aldéhyde selon lequel
i) on hydroformyle de l'acétate de vinyle ou du propionate de vinyle avec un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone dans un solvant organique, en présence d'un complexe de rhodium sensiblement insoluble dans l'eau et d'une phosphine trisubstituée,
ii) on soumet le mélange réactionnel obtenu à l'étape i) à une extraction par un milieu aqueux, de façon à le séparer en une couche aqueuse contenant l'a-acétoxypropionaldehyde ou l'a-propionyloxypropionaldehyde et une couche organique contenant les éléments catalyseurs, et
iii) on recycle la couche organique résidu d'extraction) obtenue à l'étape ii) vers l'étape d'hydroformylation, c'està-dire l'étape i).According to the invention, there is provided a process for the preparation of a-acetoxypropionaldehyde and a-propionyloxypropion-aldehyde according to which
i) vinyl acetate or vinyl propionate is hydroformylated with a mixture of hydrogen and carbon monoxide in an organic solvent, in the presence of a rhodium complex substantially insoluble in water and a phosphine trisubstituted,
ii) the reaction mixture obtained in step i) is subjected to an extraction with an aqueous medium, so as to separate it into an aqueous layer containing α-acetoxypropionaldehyde or α-propionyloxypropionaldehyde and an organic layer containing the elements catalysts, and
iii) the organic layer extraction residue) obtained in step ii) is recycled to the hydroformylation step, that is to say step i).
Dans ce procédé, l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy- propionaldéhyde peut être extrait du mélange réactionnel jusque dans la couche aqueuse, de façon efficace. In this process, a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde can be efficiently extracted from the reaction mixture into the aqueous layer.
En outre, quand la couche organique contenant les éléments catalyseurs est recyclée vers l'étape dthydroformy- lation, l'activité catalytique peut être conservée à un niveau satisfaisant, tandis que la perte de complexe de rhodium et de phosphine trisubstituée due à la dissolution dans la couche aqueuse au cours de l'étape d'extraction est très faible. En conséquence, le procédé selon l'invention permet de préparer de l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde par hydroformylation d'acétate de vinyle ou de propionate de vinyle d'une façon avantageuse à échelle industrielle. In addition, when the organic layer containing the catalyst elements is recycled to the hydroformylation stage, the catalytic activity can be kept at a satisfactory level, while the loss of rhodium complex and trisubstituted phosphine due to the dissolution in the aqueous layer during the extraction step is very weak. Consequently, the process according to the invention makes it possible to prepare a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde by hydroformylation of vinyl acetate or of vinyl propionate in an advantageous manner on an industrial scale.
Quand on prend en considération l'équilibre entre les parties hydrophile et hydrophobe telles qu'on peut les estimer à partir de la formule structural de l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde, il est tout à fait surprenant que les aldéhydes mentionnés ci-dessus puissent être séparés de façon très efficace par extraction du mélange réactionnel d'hydroformylation avec un milieu aqueux. When we take into consideration the balance between the hydrophilic and hydrophobic parts as we can estimate them from the structural formula of a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde, it is quite surprising that aldehydes mentioned above can be separated very efficiently by extraction of the hydroformylation reaction mixture with an aqueous medium.
Eu égard à l'étape d'extraction à l'aide d'un milieu aqueux, le solvant organique à utiliser conformément à l'invention est un solvant sensiblement insoluble dans l'eau. With regard to the extraction step using an aqueous medium, the organic solvent to be used in accordance with the invention is a solvent which is substantially insoluble in water.
On peut citer un grand nombre de solvants susceptibles d'être utilisés. Cependant, au vu des solubilités des éléments catalyseurs, de la perte en éléments catalyseurs due à leur dissolution dans la couche aqueuse, du prix, des propriétés -phy- siques également appropriées pour l'étape ultérieure de sepa- ration, de la stabilité chimique, du résultat de la réaction d'hydroformylation, etc., on peut mentionner comme composés désirables, des hydrocarbures aromatiques facultativement substitués par au moins un radical alkyle inférieur tels que le benzène, le toluène, le xylène et l'éthylbenzène, et des hydrocarbures alicycliques saturés, substitués ou non substitués, tels que le cyclohexane et le méthylcyclohexane. On préfère particulièrement le benzène, le toluène et le xylène.Mention may be made of a large number of solvents which may be used. However, in view of the solubilities of the catalyst elements, of the loss of catalyst elements due to their dissolution in the aqueous layer, of the price, of the physical properties also suitable for the subsequent separation step, of the chemical stability. , the result of the hydroformylation reaction, etc., there may be mentioned as desirable compounds, aromatic hydrocarbons optionally substituted by at least one lower alkyl radical such as benzene, toluene, xylene and ethylbenzene, and hydrocarbons saturated, substituted or unsubstituted alicyclics, such as cyclohexane and methylcyclohexane. Benzene, toluene and xylene are particularly preferred.
Comme complexe de rhodium, on peut utiliser tout complexe de rhodium qui est actif en tant que catalyseur d'hydroformylation sous des conditions d'hydroformylation et qui est sensiblement insoluble dans le milieu aqueux. On connait un grand nombre de tels complexes de rhodium. La plupart des complexes de rhodium connus peuvent être utilisés dans le procédé selon l'invention.On peut citer, à titre d'exemples,
HRh(CO)(PA3)3 (A = radical aryle), RhCl(PA3)3 , Rh(acac)3 (acac = radical acétylacétonate), Rh(OAc)3 (OAc = radical acétoxy), Rh4(CO)12 r Rh6(CO)16 t CRh(Co)2(PA3)2l2 et Rh203. Du point de vue de l'activité catalytique, de la solu bilité, de la facilité de manipulation, etc., on préfère les complexes de rhodium du type HRh(CO) (PA3)3. En ce qui concerne la façon d'ajouter le complexe de rhodium, on peut mettre en oeuvre une méthode selon laquelle on prépare une solution de catalyseur dans un réacteur indépendant, de façon usuelle, et on introduit cette solution dans le réacteur d'hydroformylation.As the rhodium complex, any rhodium complex which is active as a hydroformylation catalyst under hydroformylation conditions and which is substantially insoluble in the aqueous medium can be used. A large number of such rhodium complexes are known. Most of the known rhodium complexes can be used in the process according to the invention. Mention may be made, by way of examples,
HRh (CO) (PA3) 3 (A = aryl radical), RhCl (PA3) 3, Rh (acac) 3 (acac = acetylacetonate radical), Rh (OAc) 3 (OAc = acetoxy radical), Rh4 (CO) 12 r Rh6 (CO) 16 t CRh (Co) 2 (PA3) 2l2 and Rh203. From the point of view of catalytic activity, solubility, ease of handling, etc., rhodium complexes of the HRh (CO) (PA3) 3 type are preferred. With regard to the way of adding the rhodium complex, a method can be implemented according to which a catalyst solution is prepared in an independent reactor, in the usual manner, and this solution is introduced into the hydroformylation reactor.
Le complexe de rhodium est généralement utilisé dans une quantité allant de 0,1 à 25 mmoles, de préférence de 0,1 à 10 mmoles par litre de mélange réactionnel d'hydroformylation.The rhodium complex is generally used in an amount ranging from 0.1 to 25 mmol, preferably from 0.1 to 10 mmol per liter of hydroformylation reaction mixture.
Si le complexe de rhodium est utilisé dans des quantités inférieures à 0,1 mmole/litre du mélange réactionnel, on ne peut obtenir une vitesse de réaction satisfaisante du point de vue industriel. Par contre, l'utilisation du complexe de rhodium dans des quantités importantes, non nécessaires, supérieures à 25 mmoles/litre du mélange réactionnel, est désavantageuse, non seulement du point de vue économique mais également en raison des pertes importantes de complexe de rhodium dues à une dissolution dans la couche aqueuse au cours de l'étape d'extraction (c'est-à-dire l'étape ii)).If the rhodium complex is used in amounts of less than 0.1 mmol / liter of the reaction mixture, an industrially satisfactory reaction rate cannot be obtained. On the other hand, the use of the rhodium complex in large, unnecessary amounts, greater than 25 mmol / liter of the reaction mixture, is disadvantageous, not only from the economic point of view but also because of the significant losses of rhodium complex due to dissolution in the aqueous layer during the extraction step (i.e. step ii)).
La phosphine trisubstituée à utiliser dans l'étape i) du procédé selon l'invention est représentée par la formule générale PR'R"R"', dans laquelle R' et R" sont chacun un groupe hydrocarboné aromatique et R"' est un groupe hydrocarboné aromatique ou un groupe hydrocarboné aliphatique saturé ne contenant pas moins de 3 atomes de carbone. Des exemples de telles phosphines trisubstituées sont les triarylphosphines substituées ou non substituées, telles que la triphénylphosphine, la tritolylphosphine et la trinaphtylphosphine, et les diaryl-alkyl-phosphines telles que la diphénylpropylphosphine et la diphénylhexylphosphine. Parmi ces dernières, on préfère plus particulièrement les triarylphosphines substituées ou non substituées.Les inventeurs ont déterminé que la sélectivité à l'égard de l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy- propionaldéhyde, la vitesse de réaction, la durée de vie du catalyseur, la perte en rhodium due à la dissolution dans la couche aqueuse et la perte en phosphine trisubstituée due à la dissolution dans la couche aqueuse, sont fortement dépendantes de la quantité de phosphine trisubstituée. Ainsi,-des quantités plus faibles en phosphine trisubstituée sont favorables en ce qui concerne la sélectivité, la vitesse de réaction et la perte en phosphine trisubstituée due à la dissolution dans la couche aqueuse, tandis que des quantités plus grandes de phosphine trisubstituée sont favorables en ce qui concerne la durée de vie du catalyseur et la perte en rhodium due à une dissolution dans la couche aqueuse.On constate donc que la phosphine trisubstituée a des effets contradictoires suivant les quantités dans lesquelles elle est utilisée. Quand tous ces facteurs sont considérés collectivement, du point de vue industriel,la quantité appropriée de phosphine trisubstituée est généralement de 5 à 50 moles/atomegramme de rhodium. De façon plus précise, on l'utilise avantageusement dans une quantité allant de 10 à 150 mmoles/litre du milieu réactionnel d'hydroformylation. On peut également utiliser toute combinaison de deux phosphines trisubstituées ou davantage. The trisubstituted phosphine to be used in step i) of the process according to the invention is represented by the general formula PR'R "R" ', in which R' and R "are each an aromatic hydrocarbon group and R" 'is a aromatic hydrocarbon group or a saturated aliphatic hydrocarbon group containing not less than 3 carbon atoms. Examples of such trisubstituted phosphines are substituted or unsubstituted triarylphosphines, such as triphenylphosphine, tritolylphosphine and trinaphtylphosphine, and diaryl-alkyl-phosphines such as diphenylpropylphosphine and diphenylhexylphosphine. Among these latter, more particularly preferred are substituted or unsubstituted triarylphosphines. The inventors have determined that the selectivity with respect to α-acetoxy- or α-propionyloxypropionaldehyde, the reaction rate, the lifetime of the catalyst, the loss of rhodium due to dissolution in the aqueous layer and the loss of trisubstituted phosphine due to dissolution in the aqueous layer are highly dependent on the amount of trisubstituted phosphine. Thus, lower amounts of trisubstituted phosphine are favorable with regard to the selectivity, the reaction rate and the loss of trisubstituted phosphine due to the dissolution in the aqueous layer, while larger quantities of trisubstituted phosphine are favorable in as regards the lifetime of the catalyst and the loss of rhodium due to dissolution in the aqueous layer. It is therefore found that the trisubstituted phosphine has contradictory effects depending on the quantities in which it is used. When all of these factors are considered collectively, from an industrial perspective, the appropriate amount of trisubstituted phosphine is generally 5 to 50 moles / atomgram of rhodium. More precisely, it is advantageously used in an amount ranging from 10 to 150 mmol / liter of the hydroformylation reaction medium. Any combination of two or more trisubstituted phosphines can also be used.
La réaction d'hydroformylation dans l'étape i) du procédé selon l'invention peut être mise en oeuvre sous les conditions de réaction d'hydroformylation usuelles, à savoir à une température de réaction de 50-1200C et sous une pression de réaction de 0,5-200 kg/cm2 avec une pression partielle de monoxyde de carbone de 0,1-150 kg/cm2. A des températures inférieures à 500C, la vitesse de réaction est trop faible tandis qu'à des températures supérieures à 1200C, des réactions secondaires non désirables se produisent de façon désavantageuse.Plus la pression partielle de monoxyde de carbone dans le mélange hydrogène-monoxyde de carbone est élevée,Plus la sélectivité pour l'a-acétoxy- ou l'a-propionyloxy-propionaldéhyde tend à être élevée.Cependant, quand la pression partielle de monoxyde de carbone excède une certaine limite, on observe également une tendance vers une diminution de la vitesse de réaction. Au vu de ceci, on préfère mettre en oeuvre le procédé sous une pression partielle de monoxyde de carbone de 4 à environ
2 50 kg/cm . Un rapport molaire hydrogène/monoxyde de carbone tel que recommandé pour des réactions d'hydroformylation communes peut être appliqué comme rapport molaire hydrogène/ monoxyde de carbone dans le présent procédé.Quand la réaction d'hydroformylation- est mise en oeuvre en utilisant un mélange hydrogène/monoxyde de carbone avec un rapport molaire hydrogène/monoxyde de carbone d'environ 0,5-5, il est souhaitable que la pression de réaction soit maintenue à une valeur non 2 inférieure à environ 25 kg/cm2 eu égard à la sélectivité pour lra-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldényde, la vitesse de réaction, la durée de vie du catalyseur, etc. La limite supérieure à la pression de réaction est de préférence de 150 kg/cm2.En conséquence, dans les conditions préférées du procédé selon l'invention, on met en oeuvre l'hydroformylation d'acétate de vinyle ou de propionate de vinyle à une température de réaction de 50-1200C et sous une pression de réaction d'environ 25-150 kg/cm2 avec une pression partielle de monoxyde de carbone de 4 à environ 50 kg/cm2 en utilisant une phosphine trisubstituée dans une quantité comprise entre environ 5 et environ 50 moles par atome-gramme de rhodium, et on peut ainsi obtenir une vitesse de réaction élevée et une sélectivité élevée.The hydroformylation reaction in step i) of the process according to the invention can be carried out under the usual hydroformylation reaction conditions, namely at a reaction temperature of 50-1200C and under a reaction pressure of 0.5-200 kg / cm2 with a partial pressure of carbon monoxide of 0.1-150 kg / cm2. At temperatures below 500C the reaction rate is too low while at temperatures above 1200C undesirable side reactions occur disadvantageously. The lower the partial pressure of carbon monoxide in the hydrogen-monoxide mixture The higher the selectivity for a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde tends to be high. However, when the partial pressure of carbon monoxide exceeds a certain limit, there is also a tendency towards a decrease. of the reaction speed. In view of this, it is preferred to carry out the process under a partial pressure of carbon monoxide from 4 to approximately
2 50 kg / cm. A hydrogen / carbon monoxide molar ratio as recommended for common hydroformylation reactions can be applied as the hydrogen / carbon monoxide molar ratio in the present process. When the hydroformylation reaction is carried out using a hydrogen mixture / carbon monoxide with a hydrogen / carbon monoxide molar ratio of about 0.5-5, it is desirable that the reaction pressure be maintained at a value not less than about 25 kg / cm2 having regard to the selectivity for lra-acetoxy- or α-propionyloxy-propionaldehyde, reaction rate, catalyst life, etc. The upper limit of the reaction pressure is preferably 150 kg / cm 2. Consequently, under the preferred conditions of the process according to the invention, hydroformylation of vinyl acetate or vinyl propionate is carried out at a reaction temperature of 50-1200C and under a reaction pressure of about 25-150 kg / cm2 with a partial pressure of carbon monoxide from 4 to about 50 kg / cm2 using a trisubstituted phosphine in an amount between about 5 and about 50 moles per gram atom of rhodium, and thus a high reaction rate and a high selectivity can be obtained.
La réaction d'hydroformylation du procédé selon l'invention, comme les réactions d'hydroformylation usuelle d'oléfines, peut être mise en oeuvre en continu ou en discontinu dans un réacteur avec un agitateur ou dans un réacteur du type à colonne de barbotage, qui est connu en soi. The hydroformylation reaction of the process according to the invention, like the usual hydroformylation reactions of olefins, can be carried out continuously or batchwise in a reactor with an agitator or in a reactor of the bubbling column type, which is known per se.
Pour empêcher l'accumulation de la chaleur de réaction, pour augmenter la sélectivité pour l'a-acétoxv- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde et pour empêcher l'accumulation de sous-produits à point d'ébullition élevé, il est avantageux de mettre en oeuvre la réaction tout en maintenant la concentration en acétate de vinyle ou propionate de vinyle dans le système réactionnel à l'intérieur d'un certain domaine déterminé en alimentant en continu l'acétate de vinyle ou le propionate de vinyle. La concentration en a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde dans le milieu réactionnel doit être maintenue de préférence à une valeur d'environ 0,5 à environ 3 moles/litre du milieu réactionnel du point de vue de l'accumulation des sous-produits à point d'ébullition élevé, de la perte en complexe de rhodium et en phosphine trisubstituée due à la dissolution dans la couche aqueuse, de l'effi cacité de l'extraction de 1' a-acétoxy- ou a-propionyloxypropionaldéhyde dans la phase aqueuse, etc. To prevent the accumulation of reaction heat, to increase the selectivity for a-acetoxv- or a-propionyloxy-propionaldehyde and to prevent the accumulation of high boiling by-products, it is advantageous to use carry out the reaction while maintaining the vinyl acetate or vinyl propionate concentration in the reaction system within a certain determined range by continuously feeding the vinyl acetate or vinyl propionate. The concentration of a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde in the reaction medium should preferably be maintained at a value of about 0.5 to about 3 moles / liter of the reaction medium from the point of view of the accumulation of sub -products with high boiling point, of the loss in rhodium complex and in trisubstituted phosphine due to the dissolution in the aqueous layer, of the effi ciency of the extraction of 1 a-acetoxy- or a-propionyloxypropionaldehyde in the aqueous phase, etc.
Le milieu réactionnel obtenu dans l'étampe (étape i) d'hydroformylation d'acétate de vinyle ou de propionate de vinyle est soumis à une extraction avec un milieu aqueux dans l'étape ii), 1 'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde étant sépare dans la couche aqueuse. Dans le procédé selon l'invention, on utilise de l'eau ou une solution aqueuse contenant une faible quantité d'un acide carboxylique organique dérivé de l'acétate de vinyle ou du propionate de vinyle. The reaction medium obtained in the stamp (stage i) of hydroformylation of vinyl acetate or of vinyl propionate is subjected to an extraction with an aqueous medium in stage ii), 1 'a-acetoxy- or a- propionyloxy-propionaldehyde being separated in the aqueous layer. In the process according to the invention, water or an aqueous solution containing a small amount of an organic carboxylic acid derived from vinyl acetate or vinyl propionate is used.
Par des recherches poussées, les inventeurs ont trouvé que le taux d'extraction d'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde dans la couche aqueuse et la perte en complexe de rhodium et en phosphine trisubstituée due à la dissolution dans la couche aqueuse sont dépendants de facteurs tels que l'efficacité du contact entre la couche aqueuse et la couche du mélange de la réaction d'hydroformylation, la température d'extraction, la concentration en a-acétoxy- ou a-propionyloxypropionaldéhyde du mélange réactionnel; le rapport volumique du milieu aqueux au mélange réactionnel et de l'atmosphère au moment de l'extraction.Ainsi, plus grande est l'efficacité du contact entre le milieu aqueux et la couche du milieu de la réaction d'hydroformylation, plus la température d'extraction est faible et plus le rapport volumique du milieu aqueux au mélange de la réaction d'hydroformylation est élevé,alors plus le taux d'extraction d'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde dans la couche aqueuse tend à s'élever et la perte en complexe de rhodium et en phosphine tri substituée due à la dissolution dans la couche aqueuse tend à diminuer. Pour l'étape d'extraction des colonnes d'extraction du type réacteur à agitateur, particulièrement du type RDC (rotary disk contactor) sont préférés du point de vue de l'efficacité du contact entre la couche aqueuse et le milieu de la reaction d'hydroformylation.Through extensive research, the inventors have found that the rate of extraction of a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde in the aqueous layer and the loss of rhodium complex and of trisubstituted phosphine due to the dissolution in the aqueous layer are dependent on factors such as the effectiveness of the contact between the aqueous layer and the layer of the hydroformylation reaction mixture, the extraction temperature, the concentration of α-acetoxy- or α-propionyloxypropionaldehyde in the reaction mixture; the volume ratio of the aqueous medium to the reaction mixture and of the atmosphere at the time of extraction. Thus, the greater the effectiveness of the contact between the aqueous medium and the layer of the hydroformylation reaction medium, the higher the temperature the lower the extraction ratio, the higher the volume ratio of the aqueous medium to the hydroformylation reaction mixture, then the higher the extraction rate of a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde in the aqueous layer. 'raising and the loss of rhodium complex and tri-substituted phosphine due to dissolution in the aqueous layer tends to decrease. For the extraction step, extraction columns of the stirred reactor type, particularly of the RDC (rotary disk contactor) type are preferred from the point of view of the effectiveness of the contact between the aqueous layer and the reaction medium. 'hydroformylation.
La température d'extraction est choisie dans le domaine d'environ 5 à environ 400C. Le rapport volumique du milieu aqueux au milieu de la réaction d'hydroformylation dépend de la concentration en a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde du milieu réactionnel. Cependant, le rapport doit de préfé rence être choisi dans le domaine 0,3-3 quand ladite concentration est d'environ 0,5 à environ 3 moles/litre du milieu réactionnel.L'extraction avec le milieu aqueux de l'étape ii) est de préférence mise en oeuvre sous une atmosphère d'un gaz inerte sensiblement dépourvu d'oxygène, tel que de l'azote, de l'hélium ou de l'argon, ou un mélange hydrogène-monoxyde de carbone présentant une pression partielle de monoxyde de carbone d'au moins 0,1 kg/cm2, ou un mélange hydrogène-monoxyde de carbone dilué avec le gaz inerte mentionné ci-dessus et ayant une pression partielle de monoxyde de carbone d'au moins 2 0,1 kg/cm2. On a trouvé qu'en opérant ainsi, on pouvait empe- cher la dissolution du complexe de rhodium dans la couche aqueuse. L'extraction peut être effectuée, soit en continu, soit de façon discontinue. Cependant, l'extraction en continu est plus avantageuse du point de vue industriel.The extraction temperature is chosen in the range of about 5 to about 400C. The volume ratio of the aqueous medium to the medium of the hydroformylation reaction depends on the concentration of α-acetoxy- or α-propionyloxy-propionaldehyde in the reaction medium. However, the ratio should preferably be chosen in the range 0.3-3 when said concentration is from about 0.5 to about 3 moles / liter of the reaction medium. Extraction with the aqueous medium from step ii ) is preferably carried out under an atmosphere of an inert gas substantially free of oxygen, such as nitrogen, helium or argon, or a hydrogen-carbon monoxide mixture having a partial pressure carbon monoxide of at least 0.1 kg / cm2, or a hydrogen-carbon monoxide mixture diluted with the inert gas mentioned above and having a partial pressure of carbon monoxide of at least 2 0.1 kg / cm2. It has been found that by doing so, the rhodium complex can be prevented from dissolving in the aqueous layer. The extraction can be carried out either continuously or discontinuously. However, continuous extraction is more advantageous from an industrial point of view.
La couche organique (résidu d'extraction) contenant les éléments catalyseurs obtenue dans l'étape ii) est recyclée lors
de l'étape iii) vers l'étape de la réaction d'hydroformylation au cours de laquelle elle est réutilisée. Dans ce cas, une partie du résidu d'extraction, après avoir été soumise, si nécessaire, à un procédé d'activation catalytique connu, est recyclée vers l'étape d'hydroformylation.The organic layer (extraction residue) containing the catalyst elements obtained in step ii) is recycled during
from step iii) to the step of the hydroformylation reaction during which it is reused. In this case, part of the extraction residue, after having been subjected, if necessary, to a known catalytic activation process, is recycled to the hydroformylation stage.
La couche aqueuse contenant l'a-acetoxy- ou l'a-propionyloxy-propionaldéhyde obtenue dans l'étape ii) peut être fournie telle que à un système réactionnel tel qu'une réaction d'oxydation ou réaction de Strecker, par exemple, dans laquelle l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde est transformé en d'autres composés utiles, ou conduite vers une zone de distillation dans laquelle l'a-acétoxy- ou l'apropionyloxy-propionaldéhyde est isolé par distillation fractionnée. On a trouvé que, dans une telle distillation fractionnée, le maintien de la température du liquide à distiller à 900C ou en dessous est nécessaire pour obtenir de l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde avec un rendement élevé et présentant une pureté adéquate pour l'utilisation pratique de l'aldéhyde.Quand la température de la partie liquide à distiller est supérieure à 900C et atteint environ 950C ou plus, par exemple, des réactions d'hydrolyse, de polyconden sation ou autres prennent place pendant la distillation, la pureté et le rendement de 1 t a-acétoxy- ou a-propionyloxypropionaldéhyde diminuant alors. La distillation fractionnée considérée ci-dessus est généralement mise en oeuvre sous une pression réduite dépendant de l'aldéhyde produit, tandis que la température du liquide à distiller est maintenue à 900C ou à une température inférieure. Ainsi, dans le cas d'a-acétoxypropionaldéhyde, on opère sous une pression réduite de 10-90 mm Hg et, pour l'a-propionyloxypropionaldéhyde, sous une pression réduite de 1-40 mm Hg.Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est également possible d'enlever partiellement des traces de complexe de rhodium et de composé organophosphoré contenus dans la couche aqueuse, avant la distillation fractionnée, en soumettant la couche aqueuse à une extraction par un solvant organique ou à un traitement avec un agent d'adsorption tel que du carbone activé. En ce qui concerne la pureté de l'a-acetoxy- ou a-propionyloxypropionaldéhyde, il est possible d'obtenir de l'a-acétoxy- ou a-propionyloxy-propionaldéhyde extrêmement pur, sensiblement dépourvu d'impuretés, si on le désire, mais il est avantageux de l'isoler en tant que produit contenant une très petite quantité d'eau et/ou d'un acide carboxylique organique dérivé de l'acétate de vinyle ou du propionate de vinyle. The aqueous layer containing α-acetoxy- or α-propionyloxy-propionaldehyde obtained in step ii) can be supplied such as to a reaction system such as an oxidation reaction or Strecker's reaction, for example, in which the a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde is transformed into other useful compounds, or led to a distillation zone in which the a-acetoxy- or apropionyloxy-propionaldehyde is isolated by fractional distillation. It has been found that, in such fractional distillation, maintaining the temperature of the liquid to be distilled at 900C or below is necessary to obtain a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde with a high yield and having a purity suitable for the practical use of the aldehyde. When the temperature of the liquid part to be distilled is higher than 900C and reaches about 950C or more, for example, hydrolysis, polycondensation or other reactions take place during distillation , the purity and the yield of 1 t a-acetoxy- or a-propionyloxypropionaldehyde then decreasing. The fractional distillation considered above is generally carried out under a reduced pressure depending on the aldehyde produced, while the temperature of the liquid to be distilled is maintained at 900C or at a lower temperature. Thus, in the case of a-acetoxypropionaldehyde, one operates under a reduced pressure of 10-90 mm Hg and, for a-propionyloxypropionaldehyde, under a reduced pressure of 1-40 mm Hg. During the implementation of the process according to the invention, it is also possible to partially remove traces of rhodium complex and of organophosphorus compound contained in the aqueous layer, before fractional distillation, by subjecting the aqueous layer to an extraction with an organic solvent or to a treatment with an adsorption agent such as activated carbon. As regards the purity of the a-acetoxy- or a-propionyloxypropionaldehyde, it is possible to obtain extremely pure a-acetoxy- or a-propionyloxy-propionaldehyde, substantially free of impurities, if desired. , but it is advantageous to isolate it as a product containing a very small amount of water and / or an organic carboxylic acid derived from vinyl acetate or vinyl propionate.
Les exemples suivants, donnés à titre nullement limitatif, illustrent la présente invention. The following examples, given without any limitation being implied, illustrate the present invention.
EXEMPLE 1
Dans 130 ml de toluène on dissout 276 mg (0,3 mmole) de HRh(CO)llP(C6Hs)33 et 786 mg (3 mmoles) de triphénylphosphine sous une atmosphère d'un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 2/1) à température ambiante, et on lave la solution en la mettant en contact avec 2 portions de 130 ml d'eau distillée qui a été purgée avec de l'azote pendant 30 mn, tout en agitant la solution à raison de 500 tours/minute. On purge de façon adéquate avec un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 2/1) un autoclave en acier inoxydable de 300 ml équipé d'un agitateur magnétique, d'un thermomètre, d'un régulateur de pression, d'une soupape de régulation du débit du gaz d'échappement et des entrées pour l'introduction des matériaux de départ et on le charge de la solution de toluène lavée ci-dessus.On porte l'autoclave sous une pression interne de 30 kg/cm2 (pression partielle de monoxyde de carbone 10 kg/cm2) à l'aide d'un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire
H2/CO = 2/1). L'autoclave est ensuite immergé dans un bain d'huile et chauffé à 700C (température interne). On commence l'agitation à raison de 600 tours/minute et, tout en maintenant la température à 700C, on introduit en continu 15,5 g (180 mmoles) d'acétate de vinyle par l'entrée d'alimentation en acétate de vinyle et ce.sur une période d'une heure.EXAMPLE 1
In 130 ml of toluene is dissolved 276 mg (0.3 mmol) of HRh (CO) llP (C6Hs) 33 and 786 mg (3 mmol) of triphenylphosphine under an atmosphere of a hydrogen-carbon monoxide mixture (molar ratio H2 / CO = 2/1) at room temperature, and the solution is washed by bringing it into contact with 2 portions of 130 ml of distilled water which has been purged with nitrogen for 30 min, while stirring the solution with at 500 rpm. A 300 ml stainless steel autoclave equipped with a magnetic stirrer, a thermometer, a pressure regulator is adequately purged with a hydrogen-carbon monoxide mixture (H2 / CO molar ratio = 2/1). , a valve for regulating the flow of exhaust gas and the inlets for the introduction of the starting materials and charging it with the toluene solution washed above. The autoclave is carried under an internal pressure of 30 kg / cm2 (partial pressure of carbon monoxide 10 kg / cm2) using a hydrogen-carbon monoxide mixture (molar ratio
H2 / CO = 2/1). The autoclave is then immersed in an oil bath and heated to 700C (internal temperature). The stirring is started at the rate of 600 revolutions / minute and, while maintaining the temperature at 700C, 15.5 g (180 mmol) of vinyl acetate are introduced continuously through the vinyl acetate feed inlet and this over a period of one hour.
Pendant la réaction, on introduit un mélange hydrogène-nionoxyde de carbone présentant le rapport molaire H2/CO mentionné cidessus à partir d'un réservoir de gaz de petites dimensions, de façon à fournir un débit de gaz d'échappement de 8,5 litres/ heure. La pression du mélange gazeux est ajustée continuelle 2 ment à 30 kg/cmz en faisant passer le mélange à travers le régulateur de pression.Les composés à faible point d'ébullition (acétate de vinyle, propionaldéhyde, etc.) contenus dans les gaz d'ëcnappement sont rassemblés dans un piège placé dans un bain sec glace-acétone. Après achèvement de l'addition de l'acétate de vinyle, on poursuit l'agitation sous une pression constante (30 kg/cm2) et sous une température constante (700C) pendant 2 heures, de façon à permettre à la réaction de se poursuivre. L'analyse du milieu réactionnel par chromatographie en phase gazeuse montre que le taux de transformation de l'acétate de vinyle 3 heures après le début de la réaction est de 88% et que la sélectivité pour I'a-acétoxypropional- déhyde est de 94g basée sur l'acétate de vinyle transformé.During the reaction, a hydrogen-carbon nionoxide mixture having the above-mentioned H2 / CO molar ratio mentioned above is introduced from a small gas tank, so as to provide an exhaust gas flow rate of 8.5 liters. / hour. The pressure of the gas mixture is continuously adjusted to 30 kg / cm 2 by passing the mixture through the pressure regulator. The low boiling compounds (vinyl acetate, propionaldehyde, etc.) contained in the gas The exhaust are collected in a trap placed in a dry ice-acetone bath. After completion of the addition of vinyl acetate, stirring is continued under a constant pressure (30 kg / cm2) and at a constant temperature (700C) for 2 hours, so as to allow the reaction to continue . Analysis of the reaction medium by gas chromatography shows that the conversion rate of vinyl acetate 3 hours after the start of the reaction is 88% and that the selectivity for α-acetoxypropionaldehyde is 94 g based on transformed vinyl acetate.
Après la réaction, le mélange réactionnel est refroidi à température ambiante, puis dépressurisé et transféré, sous une atmosphère d'hydrogène-monoxyde de carbone dont le rapport molaire ci-dessus a été maintenu, dans un extracteur en verre de 300 ml équipé d'un agitateur et relié à l'autoclave. On ajoute à l'extracteur 40 ml d'eau distillée préalablement purgée avec de l'azote, l'addition étant réalisée à 250C sous l'atmosphère ci-dessus d'hydrogène-monoxyde de carbone 2 (pression partielle de monoxyde de carbone = 0,33 kg/cm ). After the reaction, the reaction mixture is cooled to room temperature, then depressurized and transferred, under an atmosphere of hydrogen-carbon monoxide whose molar ratio above has been maintained, in a 300 ml glass extractor equipped with an agitator and connected to the autoclave. 40 ml of distilled water previously purged with nitrogen are added to the extractor, the addition being carried out at 250C under the above atmosphere of hydrogen-carbon monoxide 2 (partial pressure of carbon monoxide = 0.33 kg / cm).
On effectue l'extraction de lla-acétoxypropionaldéhyde dans le milieu réactionnel avec de l'eau1 en agitant à raison de 500 tours/minute pendant 15 minutes. La couche de solution de toluène est séparée de la couche d'extraction aqueuse, on ajoute 35 ml d'eau distillée à la couche de toluène et on répète le même processus d'extraction. te rapport volumique de la quantité d'eau distillée utilisée pour l'extraction (75 ml) au milieu réactionnel est de 1/2. Par l'extraction, 962 de l'a-acétoxypropionaldéhyde qui s'est formé à été transféré dans la couche aqueuse.La concentration en rhodium de la couche d'extraction aqueuse telle que mesurée par spectrométrie d'absorption atomique est de 0,05 ppm et la concentration en phosphore, telle que mesurée par la méthode colorimétrique, est de 2 ppm.Extraction of the acetoxypropionaldehyde is carried out in the reaction medium with water, with stirring at 500 revolutions / minute for 15 minutes. The toluene solution layer is separated from the aqueous extraction layer, 35 ml of distilled water is added to the toluene layer and the same extraction process is repeated. The volume ratio of the amount of distilled water used for the extraction (75 ml) to the reaction medium is 1/2. By extraction, 962 of the α-acetoxypropionaldehyde which formed was transferred to the aqueous layer. The rhodium concentration of the aqueous extraction layer as measured by atomic absorption spectrometry is 0.05 ppm and the phosphorus concentration, as measured by the colorimetric method, is 2 ppm.
EXEMPLE 2
Le résidu de réaction contenant les éléments catalyseurs obtenu par extraction dans l'exemple 1 est conduit sous pression de l'extracteur à l'autoclave utilisé dans l'exemple 1 qui a été purgé avec le mélange hydrogène-monoxyde de carbone.EXAMPLE 2
The reaction residue containing the catalyst elements obtained by extraction in Example 1 is carried out under pressure from the autoclave extractor used in Example 1 which has been purged with the hydrogen-carbon monoxide mixture.
On effectue l'hydroformylation par le processus de l'exemple 1 en introduisant de l'acétate de vinyle en continu, pendant environ 55 minutes, jusqu'à ce que la quantité d'acétate de vinyle dans le milieu réactionnel atteigne 15,5 g (180 mmoles).The hydroformylation is carried out by the process of Example 1 by introducing vinyl acetate continuously, for about 55 minutes, until the amount of vinyl acetate in the reaction medium reaches 15.5 g (180 mmol).
Le mélange réactionnel est soumis à l'extraction de l'a-acétoxypropionaldéhyde résultant avec de l'eau par le même processus et sous les mêmes conditions que dans l'exemple 1. On répète de cette façon dix fois en tout l'hydroformylation de l'acétate de vinyle, suivie par l'extraction. Le taux de conversion de l'acétate de vinyle au cours des troisième, sixième et dixième cycles est de 89, 91 et 90%, respectivement.The reaction mixture is subjected to the extraction of the resulting α-acetoxypropionaldehyde with water by the same process and under the same conditions as in Example 1. The hydroformylation of vinyl acetate, followed by extraction. The conversion rate of vinyl acetate in the third, sixth and tenth cycles is 89, 91 and 90%, respectively.
On n'observe ainsi aucune diminution de l'activité catalytique due à la répetition de la procédure de réaction et d'extraction. La concentration de rhodium dans la couche d'extrait aqueuse, telle que déterminée par spectrométrie d'absorption atomique, pour les troisième, sixième et dixième cycles, est de 0,04 , 0,03 et 0,06 pprn, respectivement.Le résidu d'extraction (couche organique) obtenu après le dixième cycle est transféré sous une atmosphère d'azote dans un appareil de distillation sous pression réduite et le solvant, l'acétate de vinyle n'ayant pas reagi, et I'a-acétoxypropionaldéhyde- restant, sont extraits par distillation sous pression réduite à une température du liquide a distiller de 800C.On ne remarque aucune accumulation de sous-produits à point d'ébullition élevé dans le résidu de distillation. Par ailleurs, on introduit,dans un appareil de distillation sous pression réduite, préalablement purgé avec de l'azote, 250 ml de la couche d'extraction aqueuse combinée et on effectue une distillation fractionnée sous pression réduite pendant environ 1 heure, tout en maintenant la température de la partie liquide à 650C.L'analyse par chromatographie en phase gazeuse montre que le taux de récupération d'a-acétoxypropionaldéhyde basé sur l'a-acétoxy- propionaldéhyde présent dans la couche d'extraction aqueuse est de 98%. On n'a trouvé aucune impureté dans la fraction d'a-acétoxypropionaldéhyde, à l'exception de la présence de très petites quantités d'eau et d'acide acétique.No decrease in catalytic activity is thus observed due to the repetition of the reaction and extraction procedure. The concentration of rhodium in the aqueous extract layer, as determined by atomic absorption spectrometry, for the third, sixth and tenth cycles, is 0.04, 0.03 and 0.06 pprn, respectively. extraction medium (organic layer) obtained after the tenth cycle is transferred under a nitrogen atmosphere to a distillation apparatus under reduced pressure and the solvent, the vinyl acetate which has not reacted, and the α-acetoxypropionaldehyde- remaining, are extracted by distillation under reduced pressure at a temperature of the liquid to be distilled of 800 C. No accumulation of by-products with high boiling point is noticed in the distillation residue. Furthermore, 250 ml of the combined aqueous extraction layer are introduced into a distillation apparatus under reduced pressure, previously purged with nitrogen, and a fractional distillation is carried out under reduced pressure for approximately 1 hour, while maintaining the temperature of the liquid part at 650 C. Analysis by gas chromatography shows that the recovery rate of α-acetoxypropionaldehyde based on α-acetoxypropionaldehyde present in the aqueous extraction layer is 98%. No impurities were found in the α-acetoxypropionaldehyde fraction, except for the presence of very small amounts of water and acetic acid.
EXEMPLE 3
On dissout dans 125 ml de toluène, à température ambiante et sous une atmosphère d'un mélange d'hydrogenemonoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 2/1) 207 mg (0,23 mmole} de HRh(CO)[P(C6H5)3]3 et 393 mg (1,5 mmole) de triphénylphosphine. On lave deux fois la solution en la mettant en contact avec 125 ml- d'eau distillée, purgée avec de l'azote gazeux, tout en agitant à raison de 500 tours/mn pendant 30 minutes. On purge de fanon appropriée avec un mélange d'hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO 2/1) un autoclave en acier inoxydable de 300 ml équipé d'un agitateur magnétique, d'un thermomètre, d'un régulateur de pression, d'une soupape de régulation du débit d'écoulement des gaz d'échappement, et d'une entrée pour l'alimentation en un mélange d'hydrogène-monoxyde de carbone, puis on y introduit la solution de toluène lavée mentionnée ci-dessus et 22g (256 mmoles) d'acétate de vinyle. L'intérieur de l'autoclave est porté à une pression de 40 kg/cm2 (pression partielle de monoxyde de carbone = 13,3 kg/cm2) avec un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 2/1). On immerge ensuite l'autoclave dans un bain d'huile et on le chauffe à 800C (température interne).On commence l'agitation à raison de 600 tours/minute et, tout en maintenant la température à 800C, on introduit le mélange hydrogène-monoxyde de carbone mentionné ci-dessus à partir dlun réservoir de petites dimensions, de façon à fournir un débit d'écoulement de gaz d'échappement de 10 litres/heure, la pression du mélange gazeux étant ajustée à une valeur constante de 40 kg/cm2 en faisant passer le mélange à travers le régulateur de pression. En procédant de cette manière, l'hydroformylation de l'acétate de vinyle est réalisée sous pression constante (40 kg/cm2) et à température constante (80 C) pendant 2 heures et demie.L'analyse du milieu réactionnel par chromatographie en phase gazeuse montre que le taux de conversion de l'acétate de vinyle au bout de deux heures et demie est de 92%, la sélectivité pour 1'a- acétoxypropionaldéhyde basée sur l'acétate de vinyle transformé étant de 93%.EXAMPLE 3
Dissolve in 125 ml of toluene, at room temperature and under an atmosphere of a mixture of hydrogen carbon monoxide (molar ratio H2 / CO = 2/1) 207 mg (0.23 mmol} of HRh (CO) [P (C6H5) 3] 3 and 393 mg (1.5 mmol) of triphenylphosphine The solution is washed twice by bringing it into contact with 125 ml of distilled water, purged with nitrogen gas, while stirring at 500 rpm for 30 minutes. Purge the appropriate baleen with a mixture of hydrogen and carbon monoxide (molar ratio H2 / CO 2/1) a 300 ml stainless steel autoclave equipped with a magnetic stirrer, a thermometer, a pressure regulator, a valve for regulating the flow rate of the exhaust gases, and an inlet for supplying a mixture of hydrogen-carbon monoxide, then the washed toluene solution mentioned above and 22 g (256 mmol) of vinyl acetate are introduced therein. The interior of the autoclave is brought to a pressure of 40 kg / cm 2 (partial pressure carbon monoxide = 13.3 kg / cm2) with a hydrogen-carbon monoxide mixture (H2 / CO molar ratio = 2/1). The autoclave is then immersed in an oil bath and heated to 800C (internal temperature) .Stirring is started at the rate of 600 rpm and, while maintaining the temperature at 800C, the hydrogen mixture is introduced. carbon monoxide mentioned above from a small tank, so as to provide an exhaust gas flow rate of 10 liters / hour, the pressure of the gas mixture being adjusted to a constant value of 40 kg / cm2 by passing the mixture through the pressure regulator. By proceeding in this way, the hydroformylation of vinyl acetate is carried out under constant pressure (40 kg / cm2) and at constant temperature (80 C) for 2.5 hours. Analysis of the reaction medium by phase chromatography gas shows that the conversion rate of vinyl acetate after two and a half hours is 92%, the selectivity for acetoxypropionaldehyde based on the transformed vinyl acetate being 93%.
Après la réaction, on refroidit le mélange réactionnel à température ambiante, on le dépressurise, et on transfère 70 ml du mélange réactionnel dans un extracteur de 200 ml, équipé d'un agitateur, sous une atmosphère d'un mélange hydro gène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 1/1). On ajoute à l'extracteur, à 25eC et sous une atmosphère d'un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO= 1/1; pression partielle de monoxyde de carbone = 0,5 ks/cm2) 35 ml d'eau distillée purgée avec de l'azote gazeux, le rapport volumique eau / mélange réactionnel étant de 1/2. After the reaction, the reaction mixture is cooled to room temperature, it is depressurized, and 70 ml of the reaction mixture are transferred to a 200 ml extractor, equipped with a stirrer, under an atmosphere of a hydrogen gene-monoxide mixture. carbon (H2 / CO molar ratio = 1/1). Is added to the extractor, at 25 ° C. and under an atmosphere of a hydrogen-carbon monoxide mixture (molar ratio H2 / CO = 1/1; partial pressure of carbon monoxide = 0.5 ks / cm2) 35 ml d distilled water purged with nitrogen gas, the water / reaction mixture volume ratio being 1/2.
On effectue l'extraction de l'a-acétoxypropionaldéhyde à partir du milieu réactionnel avec de l'eau, en agitant àraison de 500 tours/minute pendant 30 minutes. Par le processus d'extraction, 89% de l' -acétoxypropionaldéhyde qui s'était formé est extrait dans la couche aqueuse. La concentration en rhodium de la couche d'extraction aqueuse, telle que mesurée par spectrométrie d'absorption atomique , est de 0,06 ppm.The α-acetoxypropionaldehyde is extracted from the reaction medium with water, with stirring at 500 rpm for 30 minutes. By the extraction process, 89% of the -acetoxypropionaldehyde which had formed is extracted into the aqueous layer. The rhodium concentration of the aqueous extraction layer, as measured by atomic absorption spectrometry, is 0.06 ppm.
On transfère les 70 mI restants du mélange réactionnel, sous une atmosphère d'azote, dans un extracteur de 200 ml équipé d'un agitateur, et on réalise l'extraction de l'a-acé- toxypropionaldéhyde sous une atmosphère d'azote, en utilisant 35 ml (rapport volumique au milieu réactionnel = 1/2) d'eau distillée, sous les mêmes conditions qu'indiqué ci-dessus. The remaining 70 ml of the reaction mixture are transferred, under a nitrogen atmosphere, to a 200 ml extractor equipped with a stirrer, and the extraction of the α-acetoxypropionaldehyde is carried out under a nitrogen atmosphere, using 35 ml (volume ratio to reaction medium = 1/2) of distilled water, under the same conditions as indicated above.
Le pourcentage d'extraction de lla-acétoxypropionaldéhyde est de 88% et la concentration en rhodium de la couche d'extraction aqueuse telle que mesurée par spectrométrie d'absorption atomique est de 0,04 ppm.The extraction percentage of the acetoxypropionaldehyde is 88% and the rhodium concentration of the aqueous extraction layer as measured by atomic absorption spectrometry is 0.04 ppm.
EXEMPLE 4
On effectue l'hydroformyîation de propionate de vinyle en suivant la procédure de l'exemple 3, mais en utilisant 25g (250 mmoles) de propionate de vinyle à la place de l'acétate de vinyle et 456 mg (1,5 mmoles) de tritolylphosphine à la place de triphénylphosphine. Le taux de conversion du propionate de vinyle est de 88% et la sélectivité pour l'a-propionyl- oxypropionaldéhyde est de 91%, basée sur le propionate de vinyle transformé. Le mélange réactionnel est refroidi à température ambiante puis extrait deux fois avec 75 ml d'eau distillée purgée par de l'azote, suivant le processus d'extraction de l'exemple 1, le rapport en volume de la quantité totale d'eau utilisée au milieu réactionnel étant de 1/1.Le pourcentage d'extraction de l'a-propionyloxypropionaldéhyde est de 90% et la concentration en rhodium de la couche d'extraction aqueuse est de 0,03 ppm. Ensuite, on introduit dans un appareil de distillation sous pression réduite, préalablement purgé avec de l'azote, 150 ml de la couche d'extraction aqueuse et on effectue une distillation fractionnée sous pression réduite pendant environ 30 minutes, tout en maintenant la température du liquide a distiller 750 C. Le taux de récupération d'a-propionyloxypropionaldéhyde, tel que déterminé par chromatographie en phase gazeuse, est de 96%, basé sur lla-propionyloxypropion- aldéhyde présent dans la couche d'extraction aqueuse.On trouve de très petites quantités d'eau et d'acide propionique dans la fraction d'a-propionyloxypropionaldéhyde mais on n'a pu détecter d'autres impuretés.EXAMPLE 4
Hydroformation of vinyl propionate is carried out by following the procedure of Example 3, but using 25 g (250 mmol) of vinyl propionate in place of vinyl acetate and 456 mg (1.5 mmol) of tritolylphosphine in place of triphenylphosphine. The vinyl propionate conversion rate is 88% and the selectivity for α-propionyloxypropionaldehyde is 91%, based on the transformed vinyl propionate. The reaction mixture is cooled to room temperature and then extracted twice with 75 ml of distilled water purged with nitrogen, according to the extraction process of Example 1, the volume ratio of the total amount of water used the reaction medium being 1/1. The percentage of extraction of α-propionyloxypropionaldehyde is 90% and the rhodium concentration of the aqueous extraction layer is 0.03 ppm. Then 150 ml of the aqueous extraction layer are introduced into a distillation apparatus under reduced pressure, previously purged with nitrogen, and a fractional distillation is carried out under reduced pressure for approximately 30 minutes, while maintaining the temperature of the liquid to be distilled 750 C. The recovery rate of a-propionyloxypropionaldehyde, as determined by gas chromatography, is 96%, based on the propionyloxypropion-aldehyde present in the aqueous extraction layer. small amounts of water and propionic acid in the α-propionyloxypropionaldehyde fraction but other impurities could not be detected.
EXEMPLE 5
On introduit dans un autoclave en acier inoxydable de 300 ml, équipé d'un agitateur magnétique, une solution préparée par avance de 18,7 mg (0,025 mmoles) de Rh4(CO)12 et 524 mg (2 mmoles) de triphénylphosphine dans 80 ml de benzène, et 20 ml d'acétate de vinyle. On purge de façon appropriée l'auto clave avec un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 1/1) puis on le met sous pression en intro
2 duisant le même mélange gazeux à une pression de 40 kg/cm la pression partielle de monoxyde de carbone étant de 20 kg/
7 cm-. L'autoclave est ensuite immergé dans un bain d'huile et chauffé à 1000C (température interne). Quand la température a atteint lOO0C, on commence l'agitation et on maintient ensuite la température à 1000C.Pendant la réaction, on maintient la pression à 40 kg/cm2 en introduisant le mélange gazeux (rapport molaire H2/CO = 1/1) à partir d'un réservoir de gaz de petites dimensions par l'intermédiaire d'un régulateur de pression. En opérant de cette façon, on réalise lthydroformy.lation de l'acétate de vinyle sous pression constante et à température constante pendant 3 heures. L'analyse du produit par chromatographie en phase gazeuse montre que le taux de conversion de l'acétate de vinyle, au bout de 3 heures, est de 79%, les rendements en a-acétoxypropionaldéhyde et propionaldéhyde étant de 151 mmoles et 5 mmoles respectivement.EXAMPLE 5
A solution prepared in advance of 18.7 mg (0.025 mmol) of Rh4 (CO) 12 and 524 mg (2 mmol) of triphenylphosphine in 80 is introduced into a 300 ml stainless steel autoclave, equipped with a magnetic stirrer. ml of benzene, and 20 ml of vinyl acetate. The autoclave is appropriately purged with a hydrogen-carbon monoxide mixture (H2 / CO molar ratio = 1/1) then it is put under pressure as an intro.
2 producing the same gas mixture at a pressure of 40 kg / cm, the partial pressure of carbon monoxide being 20 kg /
7 cm-. The autoclave is then immersed in an oil bath and heated to 1000C (internal temperature). When the temperature has reached 100 ° C., agitation is started and the temperature is then maintained at 1000 C. During the reaction, the pressure is maintained at 40 kg / cm 2 by introducing the gas mixture (molar ratio H2 / CO = 1/1) from a small gas tank via a pressure regulator. By operating in this way, hydroformyation of the vinyl acetate is carried out under constant pressure and at constant temperature for 3 hours. Analysis of the product by gas chromatography shows that the conversion rate of vinyl acetate, after 3 hours, is 79%, the yields of α-acetoxypropionaldehyde and propionaldehyde being 151 mmol and 5 mmol respectively .
On-n'anuconfirmer la formation de ss-acétoxypropionaldéhyde. The formation of ss-acetoxypropionaldehyde is not confirmed.
Après la réaction, on refroidit le milieu réactionnel à température ambiante, on le dépressurise, et on le transfère avec soin sous une atmosphère du mélange gazeux (rapport molaire
H2/CO = 1/1) dans une ampoule de séparation de 300 ml (ampoule à brome) équipée d'un agitateur. Sous atmosphère du mélange gazeux (rapport molaire H2/CO = 1/1; pression partielle de monoxyde de carbone = 0,5 kg/cm2) et à température ambiante, on ajoute 100 ml d'eau distillée (H2O/milieu réactionnel=1/l en volume), et on effectue l'extraction de l'a-acétoxypropion- aldéhyde à partir du milieu reactionnel avec l'eau en agitant à raison de 500 tours/minute pendant 10 minutes. Par ce procéssus d'extraction, 96% de l'a-acetoxypropionaldehyde qui s'est formé sont extraits dans la couche aqueuse.After the reaction, the reaction medium is cooled to room temperature, it is depressurized, and it is carefully transferred under an atmosphere of the gaseous mixture (molar ratio
H2 / CO = 1/1) in a 300 ml separation funnel (dropping funnel) equipped with an agitator. Under an atmosphere of the gas mixture (molar ratio H2 / CO = 1/1; partial pressure of carbon monoxide = 0.5 kg / cm2) and at room temperature, 100 ml of distilled water is added (H2O / reaction medium = 1 / l by volume), and the α-acetoxypropionaldehyde is extracted from the reaction medium with water, stirring at 500 rpm for 10 minutes. By this extraction process, 96% of the α-acetoxypropionaldehyde which has formed is extracted in the aqueous layer.
EXEMPLE 6
On introduit dans l'autoclave utilisé dans- l'exemple 5 le résidu d'extraction de l'exemple 5 (solution de benzène contenant les éléments catalyseurs) avec une quantité suf fi- sante d'acétate de vinyle pour que la quantité d'acétate de vinyle dans le milieu réactionnel soit de 20 ml, et on répète quatre fois l'hydroformylation de l'acétate de vinyle suivie par l'extraction del'a-acétoxypropionaldéhyde par de l'eau, en suivant le processus de l'exemple 5.EXAMPLE 6
The extraction residue of Example 5 (benzene solution containing the catalyst elements) is introduced into the autoclave used in example 5 with a sufficient quantity of vinyl acetate so that the quantity of vinyl acetate in the reaction medium, ie 20 ml, and the hydroformylation of vinyl acetate is repeated four times followed by the extraction of α-acetoxypropionaldehyde with water, following the process of the example 5.
Au cours des premier, deuxième, troisième et quatrième cycles, on a obtenu l'a-acétoxypropionaldéhyde dans des quantités de 152, 151, 153 et 150 mmoles, respectivement, aucune diminution de l'activité catalytique n'étant constatée. During the first, second, third and fourth cycles, α-acetoxypropionaldehyde was obtained in amounts of 152, 151, 153 and 150 mmol, respectively, no decrease in catalytic activity being observed.
EXEMPLE 7
On effectue l'hydroformylation du propionate de vinyle et l'extraction avec de l'eau en suivant le processus de l'exemple 5 mais en utilisant 20 ml de propionate de vinyle à la place de l'acétate de vinyle, et du toluène à la place du benzène. Le taux de conversion du propionate de vinyle est de 76%, le taux a1 extraction d'a-propionyloxypropionaldéhyde étant de 889. La concentration en rhodium de la couche d'extraction aqueuse est de 0,15 ppm.Le résidu d'extraction (couche organique) contenant les éléments catalyseurs obtenu après le processus d'extraction de l'a-propionyloxypropion- aldéhyde est transféré sous pression de l'extracteur jusqu'à l'autoclave, une quantité suffisante de propionate de vinyle est ajoutée pour obtenir une quantité totale de propionate de vinyle dans le milieu réactionnel de 20 ml et on met en oeuvre la réaction par-le processus de l'exemple 5. Le milieu réactionnel est soumis à une extraction de l'a-propionyloxypropionaldéhyde par de l'eau suivant le même processus et sous les mêmes conditions que dans l'exemple 5. On répète ainsi cinq fois en tout l'hydroformylation du propionate de vinyle suivie par l'extraction.Au cours des deuxième, troisième, quatrième et cinquième cycles, on a obtenu des taux de transformation du propionate de vinyle de 78, 79, 79 et 77%, respectivement, aucune diminution de l'activité catalytique n'étant observée.EXAMPLE 7
Hydroformylation of vinyl propionate is carried out and extraction with water following the process of Example 5 but using 20 ml of vinyl propionate in place of vinyl acetate, and toluene to instead of benzene. The conversion rate of vinyl propionate is 76%, the a1 extraction rate of α-propionyloxypropionaldehyde being 889. The rhodium concentration of the aqueous extraction layer is 0.15 ppm. The extraction residue ( organic layer) containing the catalyst elements obtained after the extraction process of the α-propionyloxypropion-aldehyde is transferred under pressure from the extractor to the autoclave, a sufficient quantity of vinyl propionate is added to obtain an amount total vinyl propionate in the reaction medium of 20 ml and the reaction is carried out by the process of Example 5. The reaction medium is subjected to an extraction of α-propionyloxypropionaldehyde with water according to the same process and under the same conditions as in Example 5. The hydroformylation of vinyl propionate followed by extraction is thus repeated five times. During the second, third, fourth and fifth cycles, tau x transformation of vinyl propionate by 78, 79, 79 and 77%, respectively, no reduction in catalytic activity being observed.
EXEMPLE DE COMPARAISON 1
On effectue l'hydroformylation de l'acétate de vinyle suivant le processus de l'exemple 1, à l'exception du fait que la solution catalytique est préparée en dissolvant 276 mg (0,3 mmole) de HRh(CO) (CgHg) 3i3 et 786 mg (3 mmoles) de triphénylphosphine dans 130 ml de phtalate de dioctyle (DOP) à température ambiante et sous une atmosphère d'un mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 2/1).COMPARISON EXAMPLE 1
The hydroformylation of the vinyl acetate is carried out according to the process of Example 1, except that the catalytic solution is prepared by dissolving 276 mg (0.3 mmol) of HRh (CO) (CgHg) 313 and 786 mg (3 mmol) of triphenylphosphine in 130 ml of dioctyl phthalate (DOP) at room temperature and under an atmosphere of a hydrogen-carbon monoxide mixture (molar ratio H2 / CO = 2/1).
Le taux de conversion de l'acétate de vinyle est de 86% et la sélectivité pour l'a-acétoxypropionaldéhyde est de 92% basée sur l'acétate de vinyle transformé.The vinyl acetate conversion rate is 86% and the selectivity for α-acetoxypropionaldehyde is 92% based on the transformed vinyl acetate.
Après la réaction, le mélange réactionnel est refroidi à température ambiante, dépressurisé, puis transféré sous une atmosphère dMnmélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire H2/CO = 2/1) à un appareil de distillation sous pression réduite relié à l'autoclave, et l'a-acétoxypropionaldéhyde produit est séparé par distillation sous pression réduite pendant environ 1 heure, la température du liquide à distiller étant maintenue à 900C. A la fin de la distillation, on a récupéré 85% de lla-acétoxypropionaldéhyde présent dans le milieu réactionnel. Le résidu obtenu après la distillation sous pression réduite est de couleur brune, et on observe une transformation du catalyseur en rhodium métallique.Ce résidu de distillation est transféré sous pression dans une atmosphère de mélange hydrogène-monoxyde de carbone (rapport molaire
H2/CO = 2/1) à nouveau dans l'autoclave, et la réaction est répétée dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 en introduisant 15,5 g (180 mmoles) d'acétate de vinyle en continu pendant 1 heure.After the reaction, the reaction mixture is cooled to room temperature, depressurized, then transferred under an atmosphere of hydrogen-carbon monoxide mixture (H2 / CO molar ratio = 2/1) to a distillation apparatus under reduced pressure connected to the autoclave. , and the α-acetoxypropionaldehyde produced is separated by distillation under reduced pressure for about 1 hour, the temperature of the liquid to be distilled being maintained at 900C. At the end of the distillation, 85% of the acetoxypropionaldehyde present in the reaction medium was recovered. The residue obtained after distillation under reduced pressure is brown in color, and a transformation of the catalyst into metallic rhodium is observed. This distillation residue is transferred under pressure to an atmosphere of hydrogen-carbon monoxide mixture (molar ratio
H2 / CO = 2/1) again in the autoclave, and the reaction is repeated under the same conditions as in Example 1 by introducing 15.5 g (180 mmol) of vinyl acetate continuously for 1 hour .
On répète de cette façon l'hydroformylation de l'acétate de vinyle, suivie par la séparation de 1'a-acétoxypropional- déhyde produit par distillation. On observe une diminution significative de l'activité catalytique à mesure que le nombre de répétitions d'essais augmente. The hydroformylation of vinyl acetate is repeated in this way, followed by separation of the α-acetoxypropionaldehyde produced by distillation. A significant decrease in catalytic activity is observed as the number of test repeats increases.
EXEMPLE DE COMPARAISON 2
On introduit dans un appareil de distillation sous pression réduite, préalablement purgé à l'azote, 250 ml de l'extrait aqueux obtenu par le même processus que dans 1 'exem- ple 1, et on soumet la couche d'extraction aqueuse à une distillation fractionnée sous pression réduite pendant environ 1 heure, tout en maintenant la température du liquide à distille: à 1000C. Le taux de récupération de l'a-acétoxypropionaldéhyde, tel que déterminé par chromatographie en phase gazeuse, est de 85% basé sur î'a-acétoxypropionaldéhyde présent dans la couche d'extraction aqueuse. On note qu'une hydrolyse de l'a-acétoxypropionaldéhyde (formation d'acide acétique) a partiellement eu lieu. COMPARISON EXAMPLE 2
250 ml of the aqueous extract obtained by the same process as in Example 1 are introduced into a distillation apparatus under reduced pressure, previously purged with nitrogen. The aqueous extraction layer is subjected to a fractional distillation under reduced pressure for about 1 hour, while maintaining the temperature of the distilled liquid: at 1000C. The recovery rate of α-acetoxypropionaldehyde, as determined by gas chromatography, is 85% based on the α-acetoxypropionaldehyde present in the aqueous extraction layer. It is noted that a hydrolysis of α-acetoxypropionaldehyde (formation of acetic acid) has partially taken place.
EXEMPLE DE COMPARAISON 3
La réaction est effectuée en suivant la procédure de 11 exemple 1, à l'exception du fait qu'on utilise 56 mg (0,075 mmole) de Rh4(CO)12 à la place de HRh(CO)[P(C6H5)33 plus triphénylphosphine. Le taux de conversion de l'acétate de vinyle est de 868 , la sélectivité pour l'a-acétoxy- propionaldéhyde étant de 94% basée sur l'acétate de vinyle transformé. La concentration en rhodium de la couche d'extraction aqueuse est de 2,98 ppm. COMPARISON EXAMPLE 3
The reaction is carried out according to the procedure of Example 1, except that 56 mg (0.075 mmol) of Rh4 (CO) 12 is used in place of HRh (CO) [P (C6H5) 33 plus triphenylphosphine. The vinyl acetate conversion rate is 868, the selectivity for α-acetoxypropionaldehyde being 94% based on the transformed vinyl acetate. The rhodium concentration of the aqueous extraction layer is 2.98 ppm.
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Also Published As
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FR2477140B1 (en) | 1983-12-23 |
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