JP2016500123A - エチレンのヒドロホルミル化用二座配位子 - Google Patents
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Abstract
Description
はロジウム金属促進触媒を用いたエチレンのヒドロホルミル化に関し、他の態様においては、本発明はロジウム金属触媒を促進する二座配位子の用途に関する。
反対のことを述べられず、文脈から暗に示されず、または当技術分野において慣例的でない限り、全ての部およびパーセントは重量基準である。米国特許実施の目的で、特に規定の開示(本開示において特に提供されるいかなる規定にも相反しない範囲で)および当技術分野における一般的な知識に関して、参照したいかなる特許、特許出願または出版物の内容も、参照によりその全体が取り込まれる(またはその同等の米国版が参照によりそのように取り込まれる)。
水素および一酸化炭素は、適切な任意の供給源から得てもよく、この供給源には石油の分解および精製操作が含まれる。合成ガス混合物は、水素およびCOの好ましい供給源である。合成ガス(syngas)(合成ガス(synthesis gas)に由来)は、異なる量のCOおよびH2を含有するガス混合物に与えられた名前である。その製造方法は周知である。水素およびCOは通常、合成ガスの主成分であるが、合成ガスは二酸化炭素(CO2)ならびに窒素(N2)およびアルゴン(Ar)等の不活性ガスを含有してもよい。COに対するH2の比は大きく変化するが、通常1:100〜100:1、好ましくは1:10〜10:1の範囲である。合成ガスは市販されており、しばしば他の化学物質の生成で燃料源としてまたは中間体として使用される。化学物質生成用の最も好ましいH2:COの比は3:1〜1:3であり、大半のヒドロホルミル化用途では通常約1:2〜2:1になるよう目標とされる。
溶媒は、本発明のヒドロホルミル化プロセスにおいて、典型的にかつ有利に使用される。ヒドロホルミル化プロセスを不都合に妨害しない、適切な任意の溶媒を使用することができる。例としては、ロジウム触媒ヒドロホルミル化プロセス用の適切な溶媒には、例えば米国特許第3,527,809号、同第4,148,830号、同第5,312,996号および同第5,929,289号において開示される溶媒が含まれる。適切な溶媒の非限定例には、飽和炭化水素(アルカン)、芳香族炭化水素、水、エーテル、アルデヒド、ケトン、ニトリル、アルコール、エステルおよびアルデヒド縮合生成物が含まれる。溶媒の具体例には、テトラグライム、ペンタン、シクロヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、キシレン、トルエン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ブチルアルデヒドおよびベンゾニトリルが含まれる。有機溶媒は飽和限界以下の溶存水も含有してよい。好ましい溶媒の実例には、ケトン(例えばアセトンおよびメチルエチルケトン)、エステル(例えば酢酸エチル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート)、炭化水素(例えばトルエン)、ニトロ炭化水素(例えばニトロベンゼン)、エーテル(例えばテトラヒドロフラン(THF)およびスルホラン)が含まれる。
金属成分
本発明の実施において使用される触媒の金属成分には、ロジウム(Rh)、コバルト(Co)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、オスミウム(Os)およびそれらの混合物から選択される第8、9および10属金属が含まれる。好ましい金属はロジウム、コバルト、イリジウムおよびルテニウムであり、より好ましくはロジウム、コバルトおよびルテニウムであり、特にはロジウムである。これらの金属の混合物を使用することができる。
本発明の実施において使用される触媒の配位子として役割を果たしてもよい有機リン化合物は、以下の式I、IIおよびIIIの二座配位子である。下記の式中、R1−R24はそれぞれ独立して水素、ヒドロカルビル基、芳香環、芳香族複素環もしくはハロゲン原子であるか、またはNR2、ORおよびSRからなる群より選択されるヘテロカルビル基であって、RはC1−C20のヒドロカルビル基であるか、またはCもしくはヘテロ原子からそれぞれ独立して選択される1〜20個の原子を有するヘテロヒドロカルビル基であって、ヘテロ原子はそれぞれ独立してO、S、Si、Ge、PまたはNであり、ヘテロ原子の原子価の必要に応じ、それら自身がそれぞれ置換されていてもいなくてもよい。
金属−配位子錯体を形成する二座配位子および遊離の二座配位子は同じであるかまたは異なってもよい。これらの触媒は、当業者に公知の、一般的に有機リン化合物調製する方法により調製し、この方法には上述の特許において開示される方法が含まれる。一般的に、これらの触媒はあらかじめ形成するかまたはその場で形成してもよく、二座配位子、一酸化炭素および任意に水素との錯体の組合せで金属を含む。配位子錯体種は単核、二核および/またはより多核の形態で存在してもよい。しかしながら、触媒の正確な構造はわかっていない。
ヒドロホルミル化プロセスおよびその実施条件は周知である。それは成分として遷移金属および有機リン配位子を含む触媒の存在下、1つ以上のアルデヒド生成物を形成するのに十分なヒドロホルミル化条件下で、一酸化炭素(CO)、水素(H2)および1つ以上のオレフィン化合物を接触させることを含む。任意のプロセス成分には、アミンおよび/または水が含まれる。ヒドロホルミル化プロセスは、任意のバッチ様式、連続様式または準連続様式で実施してもよく、所望の任意の触媒液体および/またはガス再循環操作を含んでもよい。エチレンからプロピオンアルデヒドを生成する特定のヒドロホルミル化プロセス、ならびにこのヒドロホルミル化プロセスの反応条件および成分は好都合に変化することができる。
エチレンヒドロホルミル化のアルデヒド生成物はプロピオンアルデヒドである。
装置および方法
以下の実施例は説明目的のみのものである。他に指定されない限り、全ての部およびパーセントは重量基準である。合成方法は、乾燥溶媒を使用し、窒素でパージしたグローブボックス内またはシュレンク技術を使用して窒素もしくはアルゴン下において行う。市販の試薬はAldrich、StremまたはAcrosから購入し、受け取ったまま使用する。Varian MR−400またはBruker 400 MHz分光器において、多核NMRスペクトル(1H、13C、31P)を収集した。プロトンおよび13C NMR化学シフトは、残留溶媒ピークと比較した百万分率基準であり;リン−31化学シフトは85% H3PO4(0ppm)の外部的な基準であった。
配位子1について記載した手順と同様の手順を使用して、配位子2を調製した。回収した全質量:0.250g(0.199mmol、7%収率)。1H NMR(400MHz、CDCl3)δ 7.34(s、4H、CH−ピロール)、7.12(s、4H、CH−ピロール)、7.08(s、2H、Ar−H)、4.23−4.32(m、16H、O−CH2)、1.98(s、6H、Ar−CH3)、1.58(s、6H、Ar−CH3)、1.29−1.35(m、24H、CH2CH3)、1.15(s、18H、C(CH3)3);13C{1H} NMR(100.6MHz、CDCl3)δ 162.9(d、JPC=4.6Hz、C=O)、150.0(t、JPC=4.3Hz、C−O−P)、137.7(s、Ar)、136.6(s、Ar)、134.4(s、Ar)、131.1(s、Ar)、127.3(t、JPC=9.9Hz、CH−ピロール)、126.9(t、JPC=9.1Hz、CH−ピロール)、120.3(s、Ar)、119.3(s、C−ピロール)、60.8(d、JPC=5.5Hz、O−CH2)、34.3(s、Ar−CH3)、30.2(s、C(CH3)3)、20.2(s、Ar−CH3)、17.3(t、JPC=2.6Hz、C(CH3)3)、14.4(d、JPC=5.6Hz、CH2CH3);31P{1H} NMR(162MHz、CDCl3)δ 100.3(s)ppm。
Ahlers, W.; Paciello, R.; Vogt, D.; Hofmann, P. WO02083695 (A1), US2004110960 (A1), 2002において記載される手順に従って、配位子11を調製した。
表1の結果は、同様の条件下で、ロジウムおよび本発明の配位子からなる触媒がロジウム−TPPよりもずっと高い活性であることを明らかに示している。例えば、配位子4により促進された触媒を特徴とする反応は、比較例のわずか3分の1の量のロジウム濃度を使用しているのみでありながら、ロジウム−TPP(比較例配位子1)の約50倍高い活性である。同様に、ロジウム−配位子5触媒は、わずか3分の1の量のロジウム濃度を使用し、かつ反応温度が10℃低いにもかかわらず、ロジウム−TPPの約40倍高い活性である。したがって本発明により、ロジウム−TPP触媒と比較してずっと少ないロジウムとより低い温度で実施していながら、工業プロセスが生産目標を満たすことができるであろう。
Claims (14)
- 式I、IIまたはIII:
X1はCH2またはOであり、X2はOまたはC(R25)2であり、R25はそれぞれ同じであるかまたは異なってもよく、R25は水素、脂環式基、芳香環、芳香族複素環もしくはハロゲン原子であるか、またはNR2、ORおよびSRからなる群より選択されるヘテロカルビル基であって、RはC1−C20のヒドロカルビル基であるか、またはCもしくはヘテロ原子からそれぞれ独立して選択される1〜20個の原子を有するヘテロヒドロカルビル基であって、ヘテロ原子はそれぞれ独立してO、S、Si、Ge、PまたはNであり、該ヘテロ原子の原子価の必要に応じ、それら自身がそれぞれ置換されていてもいなくてもよく、2つのR25基が結合して縮合環となってもよく、
Yは窒素原子でリンに結合したピロール基であり、ピロール基はそれぞれ、アルキル、アルコキシ、アシル、カルボキシル、カルボキシレート、シアノ、−SO3H、スルホネート、アミノ、トリフルオロメチルおよびハロゲンからなる群より選択される複数の置換基を有してもよい方法。 - 前記遷移金属がロジウムである請求項1記載の方法。
- R1−R4のアルキル基が1〜20個の炭素原子のアルキル基である請求項2記載の方法。
- R1−R4がそれぞれ独立して水素、メチル、エチル、イソプロピルまたはtert‐ブチルである請求項3記載の方法。
- ピロール基(Y)置換基が1〜6個の炭素原子のカルボキシレートである請求項2記載の方法。
- 前記カルボキシレート基がメトキシレートまたはエトキシレートである請求項5記載の方法。
- 前記二座配位子が、
- 式I、IIまたはIII:
X1はCH2またはOであり、X2はOまたはC(R25)2であり、R25はそれぞれ同じであるかまたは異なってもよく、R25は水素、脂環式基、芳香環、芳香族複素環もしくはハロゲン原子であるか、またはNR2、ORおよびSRからなる群より選択されるヘテロカルビル基であって、RはC1−C20のヒドロカルビル基であるか、またはCもしくはヘテロ原子からそれぞれ独立して選択される1〜20個の原子を有するヘテロヒドロカルビル基であって、ヘテロ原子はそれぞれ独立してO、S、Si、Ge、PまたはNであり、該ヘテロ原子の原子価の必要に応じ、それら自身がそれぞれ置換されていてもいなくてもよく、2つのR25基が結合して縮合環となってもよく、
Yは窒素原子でリンに結合したピロール基であり、ピロール基はそれぞれ、アルキル、アルコキシ、アシル、カルボキシル、カルボキシレート、シアノ、−SO3H、スルホネート、アミノ、トリフルオロメチルおよびハロゲンからなる群より選択される複数の置換基を有してもよい組成物。 - 前記遷移金属がロジウムである請求項8記載の組成物。
- R1−R4のアルキル基が1〜20個の炭素原子のアルキル基である請求項9記載の組成物。
- R1−R4がそれぞれ独立して水素、メチル、エチル、イソプロピルまたはtert‐ブチルである請求項10記載の組成物。
- ピロール基(Y)置換基が1〜6個の炭素原子のカルボキシレートである請求項9記載の組成物。
- 前記カルボキシレート基がメトキシレートまたはエトキシレートである請求項12記載の組成物。
- 前記二座配位子が、
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