JP2000504705A - ロジウム触媒を用いるヒドロホルミル化によりアルデヒドを製造し、抽出によりロジウム触媒を回収する方法 - Google Patents
ロジウム触媒を用いるヒドロホルミル化によりアルデヒドを製造し、抽出によりロジウム触媒を回収する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、均一な反応媒体中に溶解させたロジウム触媒を用いてオレフィンを50〜1000バール及び50〜180℃の温度でヒドロホルミル化する、ヒドロホルミル化工程及びロジウム触媒を錯化剤の水性溶液を用いて抽出し、抽出したヒドロホルミル化搬出物からアルコール及び/又はアルデヒドを単離し、ロジウム含有水性抽出物を一酸化炭素、合成ガス又は一酸化炭素含有ガス混合物の存在下に、50〜1000バールの圧力及び50〜180℃の温度で前カルボニル化し、前カルボニル化の搬出物を主要分のロジウムを含有する有機相と錯化剤を含有する水相とに分け、有機相をヒドロホルミル化工程に戻すことによる触媒回収工程を包含する、3個より多い炭素原子を有するオレフィンをヒドロホルミル化することによってアルデヒド又はアルデヒド及びアルコールを製造する方法において、その際、ヒドロホルミル化工程の搬出物からのロジウム触媒を、ロジウムを錯化させることのできるスルホン酸基不含の水溶性ポリマーの水溶液を用いて抽出する。
Description
【発明の詳細な説明】
ロジウム触媒を用いるヒドロホルミル化によりアルデヒドを製造し、抽出によ
りロジウム触媒を回収する方法
本発明は、3個より多い炭素原子を有するオレフィンをヒドロホルミル化する
ことによってアルコール及び/又はアルデヒドを製造する方法に関し、これは、
均一な反応媒体中に溶解させたロジウム触媒を用いるヒドロホルミル化工程、ヒ
ドロホルミル化反応の搬出物から水溶性錯化ポリマーの水溶液を用いて抽出する
ことによりロジウム触媒を分離すること、有機相からのヒドロホルミル化生成物
の単離、並びに水と実質的に混合しない有機液体の添加下にロジウム含有水性抽
出物を前カルボニル化すること及び有機相のヒドロホルミル化へ戻すことを包含
する。
遷移金属触媒の存在で一酸化炭素及び水素を用いてオレフィンをヒドロホルミ
ル化することは公知である。α−オレフィンは確かにロジウム含有ホスフィン変
性触媒を用いて非常に良好にヒドロホルミル化される(J.Falbe,Ed:
New Syntheses With Carbon Monoxide、S
pringer、ベルリン1980年、55頁以降参照)が、この触媒系は内部
及び内部分枝オレフィン並び
に7個より多い炭素原子を有するオレフィンにはあまり適さない(Falbe、
95頁以降参照)。即ち、内部炭素−炭素−二重結合は、このような触媒の存在
では非常にゆっくりとヒドロホルミル化されるにすぎない。反応系中に均一に溶
解させた触媒からのヒドロホルミル化生成物の分離は、一般に蒸留により行われ
、ヒドロホルミル化時に生成された、増えた炭素数及び鎖長を有するアルデヒド
の沸点は、ロジウム含有触媒が分解する温度まで高まるので、このヒドロホルミ
ル化法は、7個より多い炭素原子を有するオレフィンをヒドロホルミル化するた
めには経済的ではない。ポリマーオレフィン、例えばポリイソブテンのヒドロホ
ルミル化時には、貴金属含有触媒を再使用可能な形で回収することはできない。
これに対して、内部及び内部分枝オレフィンは、有利にはいわゆる“裸”ロジ
ウムを用いて、即ち燐含有配位子、例えば、ホスフィン又はホスフィットで変性
されていない、ヒドロホルミル化媒体中に均一に溶解されたロジウム化合物を用
いてヒドロホルミル化することができる。このようなホスフィン又はホスフィッ
トで変性されていないロジウム触媒及び前記したようなオレフィンをヒドロホル
ミル化するための触媒としてのその適性は公知である(Falbe、38頁以降
参照)。概念“裸ロジウム”又は“裸ロジウム触媒”は、この特許出願明細書で
は、従来のロジウム−ヒド
ロホルミル化触媒とは反対にヒドロホルミル化の条件下では、配位子、特に燐含
有配位子、例えばホスフィン−又はホスフィット−配位子で変性されていない、
ロジウム−ドロホルミル化触媒を意味する。配位子としては、ここではカルボニ
ル−又はヒドリド−配位子は意味しない。多数のヒドロホルミル化反応帯域中で
同時に進行する化学作用に基づいて明らかに実証されてはいないが、専門文献(
Falbe、38頁以降参照)中では、ロジウム化合物HRh(CO)4が、“
裸ロジウム触媒”を用いるヒドロホルミル化時の触媒作用を有するロジウムであ
ると考えられる。簡単にするために、本明細書ではこの仮定を採用するが、それ
によって将来前記のものとは異なる種類のロジウムが本質的に接触作用を有する
と判明された場合には、本明細書はなんら制限を受けるものではない。“裸ロジ
ウム触媒”は、ヒドロホルミル反応の条件下でロジウム化合物、例えばロジウム
塩、例えば塩化ロジウム(III)、硝酸ロジウム(III)、酢酸ロジウム(
III)、酢酸ロジウム(II)、硫酸ロジウム(III)又は塩化ロジウム(
III)アンモニウム、ロジウムカルコゲニド、例えば酸化ロジウムIII)又
は亜硫酸ロジウム(III)、ロジウム酸素酸の塩、例えばロジウム酸塩、ロジ
ウム−カルボニル−化合物、例えばRh4(CO)12及びRh6(CO)16又は
オルガノ−ロジウム−化合物、例えばロジウ
ムジカルボニルアセチルアセトネート、シクロオクタジエン−ロジウム−アセテ
ート又は−クロリドから、一般に合成ガスと称されるCO/H2−混合物の存在
下で生じる。“裸”ロジウムを用いるヒドロホルミル化を実施するために、ここ
では、例えば下記文献を参照にされたい:米国特許(US−A)第440054
7号明細書;ドイツ特許(DE−A)3338340号明細書;ドイツ特許(D
E−A)2604545号明細書;WO82/03856;Chem.Ber.
第102巻、2238頁(1969);Tetrahedron Lett.第
29巻、3261頁(1968);Hydrocarbon Process.
85〜86頁(1975)。
もちろん“裸”ロジウムを用いるヒドロホルミル化も、熱安定性ロジウム触媒
(US−A4400547)がヒドロホルミル化生成物の蒸留による後処理の際
の熱負荷の故に、部分的に分解して金属性ロジウムになり、反応器及び管導管の
壁に沈積するという欠点を有する。沈澱したロジウム金属は、ヒドロホルミル化
条件下で接触作用を有するロジウム化合物に変えることができないので、再びヒ
ドロホルミル化反応に戻すことはできない。“裸ロジウム触媒”のこの化学的挙
動から生じるロジウム損失が、これまでこの方法を大規模工業で使用することを
阻止してきた。
この問題を解決するために、文献に多数の方法が提
案されており、その中、ドイツ特許(DE−A)第4230871号明細書(こ
の明細書にはその他の過去の文献も引用されている)の方法が、スルホン化され
た、窒素含有低分子錯化剤を用いる触媒の抽出及び抽出された触媒の回収の形で
、使用可能な解決法である。この方法は、WO95/25080の方法で更に改
良されている。そこでは、付加的に抽出物をヒドロホルミル化に戻す前に、前カ
ルボニル化することが記載されている。
WO95/250080と同様の方法が欧州特許(EP−A)第695734
号明細書に記載されており、その際、1個又は数個スルホン化され、及び/又は
カルボキシル化されたモノ−又はオリゴホスファンの群から選択した燐含有錯化
剤の水溶液を用いて触媒をヒドロホルミル化搬出物から抽出する。欧州特許(E
P−A)第695734号明細書に開示されている燐含有錯化剤は全て低分子化
合物である。
この改良によりこの方法を工業的実施で既に工業的に使用されているが、抽出
自体の成果は不十分のままである:一方では、抽出度並びに錯化の可逆性及び前
カルボニル化時の錯体分離が不十分であり、他方では、前記二つの明細書に記載
のスルホン酸基含有低分子錯化剤をが入手しにくく、高価であることであるので
、
−容易に入手することができ、
−実質量が有機相に移らずに、水溶性であり、
−強力な錯化特性を有するので、良好な抽出作用が保証される抽出剤を提供する
という課題が存在する。
この課題は、本発明により、3個より多い炭素原子を有するオレフィンをヒド
ロホルミル化することによってアルデヒド又はアルデヒドとアルコールを製造す
る方法を用いて解決されるが、この方法は、均一な反応媒体中に溶かされたロジ
ウム触媒を用いてオレフィンを50〜1000バール及び温度50〜180℃で
ヒドロホルミル化する、ヒドロホルミル化工程及びロジウム触媒を錯化剤の水溶
液を用いて抽出し、抽出したヒドロホルミル化搬出物からアルコール及び/又は
アルデヒドを単離し、ロジウム含有の水性抽出物を一酸化炭素、合成ガス又は一
酸化炭素含有ガス混合物の存在下で、圧力50〜1000バール及び温度50〜
180℃で前カルボニル化し、前カルボニル化の搬出物を主要分のロジウムを含
有する有機相と錯化剤を含有する水相に分離し、有機相をヒドロホルミル化工程
に戻し、その際、ヒドロホルミル化工程の搬出物からのロジウム触媒を、ロジウ
ム触媒と水溶性錯体を形成するスルホン酸基不含の水溶性ポリマーの水溶液を用
いて抽出し、生じた水溶性錯体からロジウムを前カルボニル化で親油性ロジウム
カルボニル化合物として溶出させることによる触媒回収工程を包含する。水溶性
ポリマーは特に、
(a)部分的又は完全に中和されていてよい、500g/モルより多い平均分子
量を有するポリアクリル酸、
(b)3000g/モルより多い平均分子量を有するマレイン酸コポリマー、
(c)800g/モルより多い平均分子量を有する、1個以上ホスホノメチル化
されたポリビニルアミン、
(d)200g/モルより多い平均分子量を有する、1個以上ホスホノメチル化
されたポリエチレンイミン及び/又は
(e)800g/モルより多い平均分子量を有する、1個以上ホスホノメチル化
されたポリアクリルアミドから成る群から選択されている。
ヒドロホルミル化反応の搬出物中に溶かされたロジウム触媒と水溶性錯体を形
成する錯化剤としては、有利には窒素含有ホスホノメチル化錯化剤が挙げられる
。
本発明により使用される、水溶性のホスホノメチル化されたポリマーとしては
、特に、主として一般式1
[式中、各々のMは無関係に水素、アンモニウム、1価の金属イオンの陽イオン
又は多価金属、特にナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウムから成
る群から選択された金属の等価物を表わし、その際、水溶性ポリマーの平均分子
量は200〜2000000g/モルであり、m対(n+m)の比は0.001
〜1、有利には0.05〜1であり、各々の基Rは、無関係に水素、アルキル、
アリール、ヒドロキシアルキル、カルボキシアルキルであってよい]の単位を含
有するか又はこれらから成るホスホノメチル化ポリイミン、更に特に、主として
一般式2
[式中、各々のMは無関係に水素、アンモニウム、1価の金属イオンの陽イオン
又は多価金属、特にナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウムから成
る群から選択された金属の等価物を表わし、その際、水溶性ポリマーの平均分子
量は800〜5000000g/モルであり、m対(n+m)の比は0.01〜
1、有利には0.5〜1であり、R1はR又はCH2
PO3M2を表わし、各々の基Rは無関係に水素、アルキル、アリール、ヒドロキ
シアルキル又はカルボキシアルキルであってよい]の単位を含有するか又はこれ
らから成る、水溶性の、ホスホノメチル化ポリビニルアミン、更に特に、主とし
て一般式3
[式中、各々のMは無関係に水素、アンモニウム、1価の金属イオンの陽イオン
又は多価金属、特にナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウムから成
る群から選択された金属の等価物を表わし、その際、水溶性ポリマーの平均分子
量は800〜5000000g/モルであり、m対(n+m)の比は0.01〜
1、有利には0.5〜1であり、R1はR又はCH2PO3M2を表わし、R2は水
素又はアルキルを表わし、各々のRは無関係に水素、アルキル、アリール、ヒド
ロキシアルキル又はカルボキシアルキルであってよい]の単位を含有するか又は
これらから成る、水溶
性のホスホノメチル化ポリアクリルアミドが挙げられる。
ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー(Journal of O
rganic Chemistry)第31巻、1603〜1607頁(196
6年)から、アミンのホスホノメチル化は公知である。これは、マンニッヒ反応
と同様にN−H−基少なくとも1個を有するアミンを酸性pH範囲で亜燐酸及び
ホルムアルデヒドと反応させることによって行われる。
マクロモレクラール ヒェミー(Makromolekulare Chem
ie)第128巻、229頁(1969年)から、ポリマー(ポリエチレンイミ
ン)をホルムアルデヒド及び亜燐酸(メチル亜燐酸の酸基がポリマー骨格に固着
している)を用いてもホスホノメチル化することができることが公知である。
窒素含有ポリマーのホスホノメチル化度[m対(n+m)の比]ができる限り
高いことが本発明による方法に有利であることが明らかとなった。それは、ホス
ホノメチル化度が高くなればそれだけ、抽出剤の水溶性が増し、前カルボニル化
後の有機相と水相の分離が改善されるからである。
本発明による方法にとって好適な水溶性ポリマーには、更に、主として一般式
4
[式中、Mはアンモニウム、1価の金属イオンの陽イオン又は多価金属の等価物
を表わし、水溶性ポリマーの平均分子量は500〜250000g/モルであり
、m対(n+m)の比は0.01〜1、有利には0.2〜0.7である]の単位
を含有するか又はこれらから成るホリアクリル酸又は部分的に又は完全に中和さ
れたポリアクリル酸、並びに水溶性アクリル酸−マレイン酸−コポリマー又は部
分的に又は完全に中和されたアクリル酸−マレイン酸−コポリマー、有利には、
一般式5[式中、Mはアンモニウム、1価の金属イオンの陽イオン又は多価金属の等価物
を表わし、水溶性ポリマー
の平均分子量は3000〜70000g/モルであり、m対(n+m)の比は0
.01〜1、有利には0.2〜0.7であり、0対(o+p)の比は0.01〜
1、有利には0.3〜0.7である]の単位を含有するか又はこれらから成るも
のが挙げられる。
前記したような水溶性ポリマーの水溶液の優れた特性は意外であった。それと
いうのも、カルボニル化で支配的な高い圧力及び温度に対する安定性及び有機相
へ移行しないことの両方が予期されなかったからである。
本発明によれば、詳細には、“裸”ロジウムを用いるヒドロホルミル化時に得
られるロジウム含有ヒドロホルミル化搬出物に、ロジウム触媒と錯体を形成する
水溶性ポリマーを加えるが、この錯体は親水性であり、その良好な水溶性に基づ
き、ヒドロホルミル化搬出物の有機媒体から水を用いて抽出することができる。
ヒドロホルミル化搬出物中に含有されるロジウム触媒を本発明により使用される
水溶性ポリマーとの水溶性錯体の形で、抽出により分離除去した後、ヒドロホル
ミル化生成物を自体公知の方法で後処理することができる、例えばヒドロホルミ
ル化生成物を有機抽出物から蒸留により単離するか又はヒドロホルミル化搬出物
の易揮発性有機成分を難揮発性成分又は場合により蒸留不可能なヒドロホルミル
化生成物から蒸留分離することによって、後処理することができる。水溶性ポリ
マーによって錯化されたロジウム触媒を含有するヒドロホルミル化搬出物の水性
抽出物を、WO95/25080に記載のように、前カルボニル化に導びき、そ
こで、錯化されたロジウム触媒を実質的に水に不溶性の有機液体の存在及び一酸
化炭素、合成ガス又は一酸化炭素含有ガス混合物の存在下で、一般に50〜10
00バール、有利には70〜500バール及び特に有利には100〜400バー
ルの圧力で及び50〜180℃、有利には70〜160℃、特に90〜140℃
の温度でカルボニル化する。カルボニル化により、ロジウムを水溶性ポリマーを
用いて親水性錯体から溶出させ、その際に生じる親油性ロジウムカルボニル化合
物は“裸”ロジウムとして水不溶性の有機液体中に移行する。この工程は、ロジ
ウムのカルボニル化がヒドロホルミル化反応器自体中ではなく、前に接続された
前カルボニル化工程で行われるので、“前カルボニル化”と称される。
この前カルボニル化工程からの搬出物は、簡単に、例えば相分離器中で、ロジ
ウムカルボニル化合物の形のロジウムの主要分を含有する有機相と水溶性ポリマ
ーの主要分を含有する水相とに分けることができる。有機相を引き続きヒドロホ
ルミル化工程に供給し、そこでこの触媒溶液中に含有される“裸”ロジウムがヒ
ドロホルミル化すべきオレフィンのヒドロホルミル化に触媒作用をする。水溶性
ポリマーの主要分を含有す
る水相を、その他の目的、例えば有利にはヒドロホルミル化搬出物からのロジウ
ム触媒の抽出のために使用することができる。
前カルボニル化は一酸化炭素、合成ガス又は一酸化炭素含有ガス混合物を用い
て実施することができる。“合成ガス”とは、一酸化炭素及び水素が一般にモル
比1:5〜5:1、有利には4:6〜6:4で存在する、CO/H2−ガス混合
物を意味する。“一酸化炭素−含有ガス混合物”とは、本明細書では、概念“合
成ガス”には属さないその他の一酸化炭素含有のガス混合物、例えば合成ガスと
は異なる組成を有するCO/H2−混合物又は一酸化炭素と反応条件下で不活性
のその他のガス、例えば窒素、貴ガス又は低級炭化水素、例えばメタン、エタン
、プロパン又はブタンとの混合物を意味する。
実質的に水不溶性の有機液体としては、本発明によれば、前カルボニル化工程
及びヒドロホルミル化工程の反応条件下で不活性の多数の液体を使用することが
でき、その際、“不活性”とは、この液体が前カルボニル化又はヒドロホルミル
化の進行に関与しないことを意味する。
このような有機液体としては、例えば炭化水素を使用することができる。しか
し、アルデヒド又はアルコール又はアルデヒドとアルコールとから成る混合物を
使用するのが有利である。例えばこの目的のために、
ヒドロホルミル化工程からの粗製搬出物の一部を使用することができるが、ヒド
ロホルミル化工程で形成され、引き続き単離されたアルデヒド又はアルコール又
はその混合物を使用することもできる。一般にこのような水に不溶性の有機液体
として前カルボニル化工程で使用されるアルデヒドの種類に関して、実際に制限
は何もない。しかしヒドロホルミル化すべきオレフィンのヒドロホルミル化時に
生じるようなアルデヒド又はアルコールを使用するのが有利である。
実質的に水に不溶性の有機液体としては、前カルボニル化工程で前記高沸点物
を使用することもできる。これは、ヒドロホルミル化の進行中に副生成物として
生じるアルデヒドの高沸点の縮合生成物である。その際、当然一般に多成分混合
物もこれに該当する。米国特許(US−A)第4148830号明細書には、こ
のような高沸点混合物の化学特性が例として記載されている。この様な高沸点混
合物は市販もされている;例えばイーストマン社(Firma Eastman
)の商標名TexanolRとして市販されている。
オレフィンを実質的に水に不溶性の有機液体として前カルボニル化工程で使用
するのが特に有利である。前カルボニル化時に使用されるオレフィンの種類に関
しては、原則として制限は何もないが、出発オレフィンの次のヒドロホルミル化
工程で使用されるようなオレフィンを使用するのが有利である。
ヒドロホルミル化工程のための全オレフィン供給を先ず前カルボニル工程に送
ることも有利であると実証できる。前カルボニル化工程で合成ガスをカルボニル
化ガスとして使用する場合には、供給されるオレフィンを選択した条件に応じて
前カルボニル化で既に僅かな量でヒドロホルミル化することができる。一酸化炭
素又は一酸化炭素含有ガス混合物をカルボニル化剤として使用する場合には、オ
レフィンとのカルボニル化ロジウムのアシル−錯体が形成され、それによって均
一に溶解されたロジウムを付加的に安定化することができる。
α−オレフィンを前カルボニル化工程で使用する場合に、α−オレフィンが内
部オレフィンに異性体化されうるので、α−オレフィンを異性体化して内部オレ
フィンに、これを次のヒドロホルミル化工程でヒドロホルミル化して内部、従っ
て分枝したアルデヒドにすることができる。このことは、α−オレフィンが内部
オレフィンと比べて、市場で内部オレフィンよりも多量に供給され、更にα−オ
レフィンは内部オレフィンよりも低廉に入手することができ、分枝アルデヒド及
び分枝アルコールは分枝カルボン酸、アルコール及びアミン(これは広い範囲で
、例えば洗剤及び清浄剤の添加物として及び生物学的に分解可能な界面活性剤を
製造するために使用することができる)を製造するために好適な中間生成物であ
るので、特に有利である。
分枝アルコール及び/又はアルデヒドをα−オレフィンから製造するためには
、有利にはα−オレフィン供給を前カルボニル化工程を通して装入する。前カル
ボニル化工程及びこれと同時のα−オレフィンの内部オレフィンへの異性体化は
、一般に100〜180℃、有利には120〜160℃の温度、特に有利には1
30〜150℃及び50〜1000バール、有利には70〜500バールの圧力
及び特に有利には100〜400バールで行われる。α−オレフィンを安全に異
性体化するために必要なα−オレフィンの前カルボニル化工程における所要滞留
時間は、一般にそこで使用される反応条件に左右され、予備試験で決めるのが有
利である。
もちろん本発明の方法により、例えばα−オレフインを前カルボニル工程へ巡
回させてヒドロホルミル化反応器中に導入することによって又は供給されたα−
オレフィンが記載に値するほど異性体化されないような反応条件を前カルボニル
化工程に適用することによって、α−オレフィンをヒドロホルミル化して、n−
アルデヒドにすることもできる。
前カルボニル化工程は、並列又は前後に接続された1個以上の反応器から構成
されていてよい。不連続的操業方法では、このために慣用の攪拌オートクレーブ
を使用することができ、連続的操業では、反応物の十分な混合に好適な装置を有
するカスケード−攪拌オー
トクレーブ又は管状反応器を使用することができる。
前カルボニル化工程からの搬出物は好適な装置の一つ、例えば相分離器中で水
相と有機相に分離される。この相分離は圧力、例えば前カルボニル化工程の操業
圧力又は大気圧で、前カルボニル化からの搬出物を前もって放圧した後に行うこ
とができる。前カルボニル化もヒドロホルミル化も高めた圧力下で行われるので
、相分離も有利には同様に圧力下で行なわれる。
ヒドロホルミル化の触媒作用に必要な“裸”ロジウム及び前カルボニル化工程
で使用される水に不溶性な有機液体が、ヒドロホルミル化されるオレフィン又は
その他の好適な有機液体を含有する、こうして前カルボニル化工程からの搬出物
から分離された有機相を、ヒドロホルミル化工程に供給することができる。前カ
ルボニル化搬出物の放圧又は脱ガスを行わない場合には、有機相は更に前カルボ
ニル化工程で使用されたガス状のカルボニル化剤を、実質的に溶解された形で含
有する。
ヒドロホルミル化は、前カルボニル化工程で製造した“裸”ロジウム触媒を用
いて合成ガスの存在下で実施する。所望により、ヒドロホルミル化すべきオレフ
ィンがヒドロホルミル化工程にまだ前カルボニル化搬出物からの有機相と一緒に
供給されていない場合には、ヒドロホルミル化工程になおヒドロホルミル化すべ
きオレフィンを供給する。
ヒドロホルミル化は、一般に60〜180℃、有利には80〜140℃の温度
、特に有利には90〜130℃及び一般に50〜1000バール、有利には70
〜500バールの圧力及び特に有利には100〜400バールで行われる。この
ヒドロホルミル化は、その他は、一般に“裸”ロジウムを用いるヒドロホルミル
化で適用されるような条件下で、例えば最初に記載した文献中で“裸”ロジウム
を用いるヒドロホルミル化で記載されているような条件下で実施する。
ヒドロホルミル化工程で適用された圧力−及び温度条件及び合成ガス組成に応
じて、ヒドロホルミル化搬出物中の生成物アルコール/アルデヒドの比は影響さ
れうる。例えば、トリマープロピレンを各々同じ合成ガス組成で−50:50、
40:60又は60:40のCO/H2−モル比で−130℃及び280バール
の圧力でヒドロホルミル化する場合に、各々93:7のアルデヒド/アルコール
−モル比が得られる。温度を130℃から150℃に高める際に、ヒドロホルミ
ル化搬出物中のアルデヒド/アルコールのモル比は、合成ガス組成に応じて−
50:50、40:60は60:40のCO/H2−モル比で−76:24、6
7:33又は82:18に変化する。
ヒドロホルミル化は、有機溶剤の存在で実施することも、有機溶剤なしに実施
することもできる。長鎖又はポリマーオレフィンをヒドロホルミル化する場合に
は、有機溶剤の使用が特に有利である。溶剤としてはヒドロホルミル化法で常用
の溶剤、例えば、ヒドロホルミル化反応の途中で副生成物として生成物アルデヒ
ドの縮合の結果として生じる、高沸点アルデヒド−縮合生成物を使用することが
できる。
ヒドロホルミル化工程からの搬出物は、それを窒素含有錯化剤の水溶液を用い
て抽出する前に、有利には放圧させる。ヒドロホルミル化搬出物の抽出は、一般
に50〜140℃、有利には70〜130℃、特に90〜120℃の温度及び一
般に1〜20バール、有利には1〜10バール及び特に有利には1〜5バールの
圧力で実施する。抽出は空気中又は不活性ガス雰囲気、例えば窒素−、水素−又
はアルゴン雰囲気下で実施することができるが、使用不活性ガスに付加的に一酸
化炭素又は合成ガスを混合するか又は抽出を一酸化炭素の存在で実施することも
有利である。
ヒドロホルミル化搬出物からのロジウム触媒の抽出のため、錯化剤の新鮮な水
溶液を使用することができるが、しかしこのために前カルボニル化搬出物の相分
離時に得られた、溶けた錯化剤を含有する水相(これはこの目的のために抽出工
程に戻される)を使用するのが有利である。
抽出時には一般に0.2〜2、有利には0.3〜1の水相/有機相の容量比に
調整する。水溶性ポリマー抽出剤の水相の含量は、一般に0.1〜50%、有利
には1〜30%及び特に有利には3〜10%である。
ヒドロホルミル化搬出物を水溶性ポリマーの水溶液を用いて抽出するためには
、実質的に全ての液体−液体−抽出装置、例えばミキサーセトラー装置、バブル
キャップ塔又は向流−又は並流抽出塔が好適であり、その際、これらは水相及び
有機相を良好に混合するために付加的な構造物、例えば篩板、充填体又はスタテ
ィックミキサーを具備していてよい。ヒドロホルミル化搬出物からのロジウム触
媒の抽出は、一工程で実施することができ、有利には多工程抽出、例えば2−又
は3工程抽出を使用するが、その際、錯化剤を含有する水性相を有機相に関して
並流で又は特に有利には向流で誘導することができる。
抽出終了後に、ロジウム−触媒不含のヒドロホルミル化搬出物を、その中に含
有される有価生成物−アルコール及び/又はアルデヒドを単離するために自体慣
用の方法で、例えば蒸留により後処理することができる。
次に本発明による方法の有利な実施態様を、第1図で図示し、詳説する。本発
明による方法の図解説明に必要でない自体明白な装置の詳細は、簡略化のために
第1図では割愛した。第1図に記載の本発明による実施態様には、ヒドロホルミ
ル化工程、ヒドロホルミル化搬出物のミキサー−セトラー−装置を用いる2工程
向流抽出及び前カルボニル化工程が包含される。勿論
、ミキサー−セトラー−装置の代わりにその他の前記抽出装置を使用することも
できる。
第1図による本発明の方法の実施態様では、ヒドロホルミル化反応器1からの
ヒドロホルミル化搬出物を導管2を通して、過剰の合成ガス(排ガス)を液相か
ら導管21を通して放圧し、分離し、場合により不活性ガスの供給(図示してな
い)の後に、ミキサー−セトラー装置3/4を有する抽出工程Aに供給し、そこ
で導管19を通して供給された抽出工程C(ミキサーセトラー装置6/7)から
の水溶性ポリマーの水溶液を用いて抽出する。装置の始動時又は水性ポリマー溶
液の補充の目的で、新鮮なポリマー溶液を第1図には図示されてない入口を通し
て、例えばミキサー3に供給することができる。ミキサー3中に含有される抽出
混合物をセトラー4中で第1有機相と第2水相とに分離する。第1水相を導管8
を通して前カルボニル化反応器11に導びき、一方、第1有機相は導管5を通し
て抽出6(抽出工程C)へ供給する。前カルボニル化反応器11中へ導入する前
に、第1水相をなお適当な混合装置中へ導管9及び10を通して、実質的に水に
不溶の有機液体、例えば粗製ヒドロホルミル化搬出物、TexanolR又は有
利にはヒドロホルミル化すべきオレフィン及びカルボニル化剤、従って一酸化炭
素、合成ガス又は好適な一酸化炭素含有ガス混合物、有利には一酸化炭素、合成
ガスと混合する。基本的に
は導管9及び10を通して供給される装入物質を直接前カルボニル化反応器11
中へ導入することもできる。前カルボニル化反応器11中で、水溶性ポリマーと
結合した、水相中に存在するロジウムを記載条件下でカルボニル化し、その際に
生じる親油性の“裸”ロジウム触媒が有機相中へ移行する。前カルボニル化反応
器11からの搬出物を導管12を通して、有利には前もって放圧せずに、相分離
器13中へ導入し、そこで第2の有機相と第2の水相とに分ける(相分離B)。
水溶性有機液体の他になおヒドロホルミル化の触媒作用に必要な“裸”ロジウ
ム及び場合により過剰のカルボニル化剤を溶解含有する第2有機相を、導管14
を通してヒドロホルミル化反応器1に導入する。導管15を通してヒドロホルミ
ル化反応器に合成ガスを導入するが、この代わりに直接ヒドロホルミル化反応器
1中へ導入することもできる。前カルボニル化反応器中で水に不溶の有機液体と
してオレフィンを全く使用しなかった場合には、ヒドロホルミル化すべきオレフ
ィンを直接導管16を通してヒドロホルミル化反応器1中へ導入することもでき
るし、又は前もって第1図に記載されてない入口を通して導管14中の流れに混
入することもできる。ヒドロホルミル化反応器中でオレフィンを記載条件下でヒ
ドロホルミル化して相応するアルコール及び/又はアルデヒドにする。
水溶性ポリマーのロジウム富化溶液を含有する、相
分離器13(相分離B)からの第2の水相を、導管17を通して前もって放圧し
た後、ミキサー6に供給する。ミキサー6及びセトラー7を有する抽出工程Cで
、抽出工程Aからの第1の有機相を相分離Bからの第2の水相を用いて抽出し、
第1の有機相からのロジウム残量を除去する。ミキサー6中に含有される抽出混
合物をセトラー7中で第3有機相及び第3水相に分離する。そこでロジウム不含
の第3有機相を導管18を通して、更に後処理して有価生成物であるアルコール
及び/又はアルデヒドを単離するするために、搬出する。抽出Cからの第3水相
を導管19を通して抽出工程Aに導びき、こうして循環は閉じられる。
反応器のロジウムでの最初の装入は、ロジウム触媒の溶液又は懸濁液の導入又
はロジウム触媒の製造に好適な最初に記載した前駆化合物の中の一つを例えば前
カルボニル化反応器11又はヒドロホルミル化反応器1中に導入することにより
で行うことができる。同じことが場合により必要な使用済み触媒の補充にも当て
はまる。ロジウムを導管20又はその他の、図には記載されてない入口を通して
、例えば導管8の入口を通して、装置に導入することもできる。
本発明による方法は、3個より多い炭素原子、有利には7個より多い炭素原子
を有するオレフィンをヒドロホルミル化するために、特に直鎖の又は分枝してい
てよく、α−オレフィン及び/又は内部二重結合を含
有していてよいC7〜C20−オレフィン、例えばオクテン−1、ドデセン−1、
トリマー−及びテトラマープロピレン又はダイマー−、トリマー−及びテトラマ
ーブチレンをヒドロホルミル化するために特に好適である。同様に、その他のオ
レフィンの不飽和オリゴマーをヒドロホルミル化することもできる。同じく異な
るオレフィンのコオリゴマー。これらのオレフィンから形成されるアルデヒドは
、例えば、自体公知の方法でこれから水素添加により製造することができる柔軟
剤アルコール及び界面活性剤を製造するための前駆物質として役立つ。ヒドロホ
ルミル化するために使用されるオレフィンは、例えば相応する脂肪族アルコール
から酸触媒作用水脱離によってか又は例えばweissermel,Arpe:
Industrielle Organische Chemie、67〜86
頁、Verlag Chemie、Weinheim、1978に記載されてい
るような、その他の多数の工業的方法により製造することができる。本発明によ
る方法でα−オレフインを使用する場合には、これをヒドロホルミル化工程に直
接装入することによってヒドロホルミル化して相応するn−アルデヒドにするか
又は内部オレフィンに異性体化した後に前カルボニル化工程に装入することによ
って、ヒドロホルミル化してイソアルデヒドにすることができ、その適用に関し
ては既に前記してある。
本発明による方法は、ポリマーのオレフィン、例えば低分子ポリイソブテン、
低分子ポリブタジエン又は低分子1,3−ブタジエン−イソブテン−又はブテン
−コポリマーをヒドロホルミル化するために特に好適である。“低分子ポリマー
”とは、特に分子量280〜5000ダルトンを有するポリマーである。しかし
、5000より大きい分子量を有する高分子不飽和ポリマーをヒドロホルミル化
することもできる。このための唯一の前提条件は、これらがヒドロホルミル化媒
体中に可溶性であるということである。
従って、本発明は、オレフィンのヒドロホルミル化の方法で製造される全ての
アルデヒドの製造のために実際に好適である。特に例えば、一般に1〜2個、有
利には1個の置換基を有していてよい置換されたオレフィンを、本発明の方法に
よりヒドロホルミル化することもできることを強調したい。例えば本発明の方法
により不飽和脂肪族カルボン酸エステル、アセタール、アルコール、エーテル、
アルデヒド、ケトン、アミン及びアミドをヒドロホルミル化することができる。
このような置換された出発オレフィンは、例えばメタクリル酸エステル、ジシク
ロペンタジエン、ビニル−及びアリルエーテル、特に不飽和脂肪酸の相応する置
換された誘導体が重要であり、例えばオレインー、リノール−、リノレン−、リ
シノール−又はエルカ酸のエステルが有利である。これらのオレフィン性原料か
らヒドロホルミル化により得られるアルデヒドは、同様に生物学的に容易に分解
可能な洗浄活性物質を製造するための出発物質である。
更に、分枝カルボン酸、アルコール又はアミンをα−オレフィンから製造する
方法が得られ、その際、α−オレフィンを本方法により前カルボニル化工程で異
性体化して内部オレフィンにし、引き続きヒドロホルミル化してイソアルデヒド
にし、こうして得られたイソアルデヒドを自体慣用の方法で酸化して分枝カルボ
ン酸にし、還元して分枝アルコールにするか又は還元アミン化して分枝アミンに
する。
α−オレフィンから得られたイソアルデヒド又はイソアルデヒド/n−アルデ
ヒド−混合物の酸化は、自体公知の方法で、例えばアルデヒドを空気酸素又は酸
素を用いて、例えば“ウルマンズ エンサイクロピディー オブ インダストリ
アル ケミストリー(Ullmann’s Encyclopedia of
Industrial Chemistry)”第5版、第A5巻、239頁(
VCH Verlagsgesellschaft、Weinheim、198
6)に記載されているような方法により行うことができる。
本発明の方法によりα−オレフィンから得られるイソアルデヒド又はイソアル
デヒド/n−アルデヒド混合物の分枝アルコールへの接触水素添加は、自体公知
の方法で、例えば“ウルマンズ エンサイクロピディー オブ インダストリア
ル ケミストリー”第5版、第A1巻、279頁(VCH Verlagsge
sellschaft、Weinheim、1985)又はG.H.ルードヴィ
ッヒ(Ludwig)、“ヒドロカーボン プロセッシング(Hydrocar
bon Processing)”Maerz1993、67頁に記載の方法で
行うことができる。
本発明の方法によりα−オレフィンから得られるイソアルデヒド又はイソアル
デヒド/n−アルデヒド混合物の還元性アミン化は、自体公知の方法で、例えば
“ウルマンズ エンサイクロピディー オブ インダストリアル ケミストリー
”第5版、第A2巻、1頁(VCH Verlagsgesellschaft
、Weinheim) 1985)に記載の方法で行うことができる。アミンを
製造するための出発物質としては、アンモニア、第一C1〜C20−アミン又は第
二C2〜C20−アミンを使用することもできる。
例1(ホスホノメチル化されたポリエチレンイミン、平均分子量6500g/モ
ル、比m:(n+m)=0.9)
抽出:
オクテン−Nのヒドロホルミル化からの搬出物(ブテンジマーから成る異性体
混合物)125mlをホスホノメチル化されたポリエチレンイミンの水溶液12
5mlを用いて抽出した。最初の71重量ppmのロジウムから、抽出後に有機
相中になお4重量ppmが存在した。
前カルボニル化:
ホスホノメチル化ポリエチレンイミンを有するロジウム含有水性抽出物溶液7
5mlを共にオクテン−N75mlとオートクレーブ中で一酸化炭素圧280バ
ール及び温度130℃で3時間攪拌した。その際、水溶性ポリマーに結合したロ
ジウムがカルボニル化され、水相中に抽出された。有機相はロジウム40重量p
pm、水相はロジウム9重量ppmを含有し、一方、水溶性ポリマーは水相中に
残留していた。
ヒドロホルミル化:
前カルボニル化反応器からの搬出物を水相と有機相とに分離した。引き続き有
機相をヒドロホルミル化反応器中で130℃で合成ガス圧(CO/H2比1:1
)280バールでヒドロホルミル化した。ヒドロホルミル化時の変換率は93%
であった。
例2(部分的に中和されたポリアクリル酸、平均分子量1000g/モル、比m
:(n+m)=0.5)
抽出:
オクテン−Nのヒドロホルミル化からの搬出物(ブテンジマーから成る異性体
混合物)125mlを部分的に中和されたポリアクリル酸の水溶液125mlを
用いて抽出した。最初の100重量ppmのロジウム
から抽出後に有機相中になお6重量ppmが残っていた。
前カルボニル化:
部分的に中和されたポリアクリル酸を有する、ロジウム含有水性抽出物溶液7
5mlをオクテン−N75mlと共にオートクレーブ中で一酸化炭素圧280バ
ール及び温度130℃で3時間攪拌した。その際、水溶性ポリマーに結合したロ
ジウムがカルボニル化され、水相中に7重量ppmのロジウムが残留し、一方、
水溶性ポリマーは水相に残留していた。
ヒドロホルミル化:
前カルボニル化反応器からの搬出物を水相と有機相とに分けた。引き続き有機
相をヒドロホルミル化反応器中で130℃で合成ガス圧(CO/H2比1:1)
280バールでヒドロホルミル化した。ヒドロホルミル化時の変換率は97%で
あった。
例3
第1図及びその説明に記載されているように、連続的実験を水溶性ホスホノメ
チル化ポリエチレンイミン、平均分子量6500g/モル、比m:(n+M)=
0.9を使用して、実施した。
供給/時間10:イソオクテン200g
9:CO 20N−リッター
8:ロジウム20ppmを有する触媒溶
液200g
15:合成ガス100N−リッター
温度 前カルボニル化(11)100℃
温度 反応器(1) 120℃
搬出物/時間:18:ロジウム0.4ppmを有する
搬出物228g。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
// C07B 61/00 300 C07B 61/00 300
(72)発明者 ミヒャエル レーパー
ドイツ連邦共和国 D―67157 ヴァッヘ
ンハイム ペーガウアー シュトラーセ
10
(72)発明者 ロッコ パシエロ
ドイツ連邦共和国 D―67098 バート
デュルクハイム ローベルト―シュトルツ
―シュトラーセ 8
(72)発明者 クヌート オッペンレンダー
ドイツ連邦共和国 D―67061 ルートヴ
ィッヒスハーフェン オットー―ディル―
シュトラーセ 23
(72)発明者 ヴォルフガング ギュンター
ドイツ連邦共和国 D―67582 メッテン
ハイム ハウプトシュトラーセ 9
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 均一な反応媒体中に溶解させたロジウム触媒を用いてオレフィンを50〜1 000バール及び50〜180℃の温度でヒドロホルミル化するヒドロホルミル 化工程及び錯化剤の水溶液を用いてロジウム触媒を抽出し、抽出したヒドロホル ミル化搬出物からアルコール及び/又はアルデヒドを単離し、ロジウム含有水性 抽出物を一酸化炭素、合成ガス又は一酸化炭素含有ガス混合物の存在下に、50 〜1000バールの圧力及び50〜180℃の温度で前カルボニル化し、前カル ボニル化の搬出物を主要分のロジウムを含有する有機相と錯化剤を含有する水相 とに分け、有機相をヒドロホルミル化工程に戻すことによる触媒回収工程を包含 する、3個より多い炭素原子を有するオレフィンをヒドロホルミル化することに よってアルデヒド又はアルデヒドとアルコールを製造するに当たり、ヒドロホル ミル化工程の搬出物からのロジウム触媒を、ロジウム触媒と水溶性錯体を形成す るスルホン酸基不含の水溶性ポリマーの水溶液を用いて抽出し、生じた水溶性錯 体からロジウムを前カルボニル化で親油性ロジウムカルボニル化合物として溶出 させることを特徴とする、3個より多い炭素原子を有するオレフィンのヒドロホ ルミル化によるアルデヒド又はアルデヒドとアルコールを 製造する方法。 2. 均一な反応媒体中に溶解させたロジウム触媒を用いてオレフィンを50〜1 000バール及び50〜180℃の温度でヒドロホルミル化するヒドロホルミル 化工程及びロジウム触媒を錯化剤の水性溶液を用いて抽出し、抽出したヒドロホ ルミル化搬出物からアルコール及び/又はアルデヒドを単離し、ロジウム含有水 性抽出物を一酸化炭素、合成ガス又は一酸化炭素含有ガス混合物の存在下に、5 0〜1000バールの圧力及び50〜180℃の温度で前カルボニル化し、前カ ルボニル化の搬出物を主要分のロジウムを含有する有機相と錯化剤を含有する水 相とに分け、有機相をヒドロホルミル化工程に戻すことによる触媒回収工程を包 含する、3個より多い炭素原子を有するオレフィンをヒドロホルミル化すること によってアルデヒド又はアルデヒドとアルコールを製造する請求項1に記載の方 法において、ロジウム触媒をヒドロホルミル化工程の搬出物から、 (a)部分的又は完全に中和されていてよい、500g/モルより大きい平均 分子量を有するポリアクリル酸、 (b)3000g/モルより大きい平均分子量を有するマレイン酸コポリマー 、 (c)800g/モルより大きい平均分子量を有する、1個以上ホスホノメチ ル化されたポリビニルア ミン、 (d)200g/モルより大きい平均分子量を有する、1個以上ホスホノメチ ル化されたポリエチレンイミン及び/又は (e)800g/モルより大きい平均分子量を有する、1個以上ホスホノメチ ル化されたポリアクリルアミド から成る群から選択された、スルホン酸基不含の水溶性ポリマーの水溶液を用 いて抽出することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 3. 水溶性抽出剤として、式 [式中、各々のMは無関係にH、アンモニウム、1価の金属又は多価金属の等 価物を表わし、その際、水溶性ポリマーの平均分子量は200〜2000000 g/モルであり、m対(n+m)の比は0.01〜1、有利には0.5〜1であ り、各々の基Rは無関係にH、アルキル、アリール、ヒドロキシアル キル又はカルボキシアルキルであってよい]の単位を有するホスホノメチル化ポ リエチレンイミンの水溶性塩を使用することを特徴とする、請求項1に記載の方 法。 4. 水溶性抽出剤として、式 [式中、各々のMは無関係に水素、アンモニウム、金属の陽イオン又は多価金 属の等価物を表わし、その際、水溶性ポリマーの平均分子量は800〜5000 000g/モルであり、m対(n+m)の比は0.01〜1、有利には0.5〜 1であり、R1はR又はCH2PO3M2を表わし、各々のRは無関係に水素、アル キル、アリール、ヒドロキシアルキル又はカルボキシアルキルであってよい]の 単位を有する、ホスホノメチル化ポリビニルアミンの水溶性塩を使用することを 特徴とする、請求項1に記載の方法。 5. 水溶性抽出剤として、式 [式中、各々のMは無関係に水素、アンモニウム、1価の金属イオンの陽イオ ン又は多価金属の等価物を表わし、水溶性ポリマーの平均分子量は800〜50 00000g/モルであり、m対(n+m)の比は0.01〜1、有利には0. 5〜1であり、R1はR又はCH2PO3M2を表わし、R2は水素又はアルキルを 表わし、各々のRは無関係に水素、アルキル、アリール、ヒドロキシアルキル又 はカルボキシアルキルであってよい]の単位を有する、ホスホノメチル化ポリア クリルアミドの塩を使用することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 6. 水溶性抽出剤として、式 [式中、Mはアンモニウム、1価の金属の陽イオン又は多価金属の等価物を表 わし、水溶性ポリマーの平均分子量は500〜250000g/モルであり、m 対(n+m)の比は0.01〜1、有利には0.2〜0.7である]の単位を有 するポリアクリル酸又は部分的に又は完全に中和されたポリアクリル酸の塩を使 用することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 7. 水溶性抽出剤として、式 [式中、Mはアンモニウム、1価の金属の陽イオン又は多価金属の等価物を表 わし、その際、水溶性ポリマーの平均分子量は3000〜70000g/モルで あり、m対(n+m)の比は0.01〜1、有利には0.2〜0.7であり、0 対(o+p)の比は0.01〜1、有利には0.3〜0.7である]の単位を有 する、アクリル酸−マレイン酸−コポリマー又はアクリル酸−マレイン酸−コポ リマーの部分的に又は完全に中和された塩を使用することを特徴とする、請求項 1に記載の方法。 8. 前カルボニル化工程で、実質的に水に不溶の有機 液体として、ヒドロホルミル化工程からの粗製搬出物を使用することを特徴とす る、請求項1に記載の方法。 9. 前カルボニル化工程で、実質的に水に不溶性の液体として、ヒドロホルミル 化すべきα−オレフィンを使用し、前カルボニル化を100バールより大きい圧 力及び110℃より下の温度で実施することを特徴とする、請求項1に記載の方 法。 10.ヒドロホルミル化工程からの搬出物を抽出工程Aで、第2抽出工程Cからの ポリマー抽出剤の水溶液で抽出し、抽出工程Aのこの抽出混合物を、第1水相と 第1有機相とに分け、第1水相を前カルボニル化工程に、第1有機相を抽出工程 Cに戻し、前カルボニル化工程で、第1水相中に含有する錯化されたロジウムを 、実質的に水に不溶の有機液体の存在下に、一酸化炭素、合成ガス又は一酸化炭 素−含有ガス混合物を用いてカルボニル化し、前カルボニル化工程からの搬出物 を相分離Bで第2有機相と第2水相とに分け、第2有機相をヒドロホルミル化反 応器に、第2水相を抽出工程Cに戻し、ヒドロホルミル化工程で、オレフィンを 合成ガスの存在下にヒドロホルミル化し、第2水相を抽出工程Cで第1有機相か らの残りのロジウム触媒の抽出のために使用し、抽出工程Cからの抽出混合物を 第3有機相と第3水相とに分け、第3有機相からアルデヒド及び/又は アルコールを単離し、第3水相をヒドロホルミル化搬出物からのロジウム触媒の 抽出のために抽出工程Aに戻すことを特徴とする、請求項1に記載の連続的方法 。
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