JP2022525475A - 膜分離システムおよびその用途 - Google Patents

Abstract

ベータラクトン生成物ストリームからカルボニル化触媒を分離する際に使用するのに好適な膜分離システムおよび方法が本明細書で提供される。そのような膜分離システムは、クロスフロー分離技術を利用し、掃引ストリームを採用する。

Description

本開示は、一般に、膜分離システムおよび方法、より具体的には、エポキシドのカルボニル化から得られる生成物ストリーム中に存在するカルボニル化触媒からベータラクトンを分離する際に使用に好適な膜分離システムおよび方法に関する。

ベータラクトンは、カルボニル化触媒の存在下でエポキシドと一酸化炭素とを組み合わせることによって生成され得る。例えば、ＵＳ９，１５６，８０３、ＵＳ９，０９６，５１０、およびＵＳ９，４０３，７８８を参照されたい。例えば、ＵＳ２０１６／０２８８０５７またはＥＰ１９３１４７２に記載されているように、膜を使用して、ベータラクトン生成物ストリームからカルボニル化触媒を分離することができる。現在の膜技術は、一般的に分離をフィルターとして処理する。供給ストリームから小さな溶質および粒子が抽出される。透過液は、典型的には、供給物からの溶媒および膜を通過するのに十分に小さい溶質／粒子を含む。保持液は、典型的には、カルボニル化触媒を含む、膜を通過するには大きすぎる材料を含む。

しかしながら、一酸化炭素は、商業規模で使用される場合、そのような膜にいくつかの課題を提示する可能性がある。例えば、一酸化炭素は、経時的に膜の品質に影響を与える可能性がある。供給ストリームおよび保持ストリーム中のカルボニル化触媒も不安定になり、一酸化炭素の低い分圧で不活性化される可能性があり、これは一酸化炭素が膜を横切り透過ストリームに移行する場合に発生することがある。

したがって、当技術分野で望まれているのは、膜の寿命を維持しながら、ベータラクトン生成物ストリームからカルボニル化触媒を効果的に分離することができる代替の膜分離技術である。

いくつかの態様では、供給ストリームからの１つ以上の成分の膜を横切る流束を最小限に抑えるために掃引ストリームとして導入する膜分離システムおよび方法が本明細書で提供される。掃引ストリームは、膜を横切る流束を制御するために、そのような１つ以上の成分で飽和される。

いくつかの実施形態では、そのようなシステムおよび方法は、エポキシドのカルボニル化から得られるベータラクトン生成物ストリームからカルボニル化触媒を分離する際に使用するのに好適である。本明細書に記載の分離システムおよび方法は、膜の再利用性を最大化し、触媒および／または生成物を安定化し、かつ保持液が膜を通過するときに保持液の粘度を維持するような方法で、カルボニル化触媒の分離を可能にする。後者の利点は、商業生産において費用および時間がかかる可能性のある高率のポンプヘッド損失および膜ファウリングを低減または回避するのにさらに役立ち得る。

いくつかの態様では、供給ストリームの１つ以上の成分を分離するための膜分離システムが提供される。いくつかの変形例では、供給ストリームは、ベータラクトン、エポキシド、一酸化炭素、カルボニル化触媒、および溶媒を含む。一変形例では、供給ストリームは、カルボニル化反応容器から提供され、エポキシドは、カルボニル化触媒および反応溶媒の存在下でカルボニル化を受けて、ベータラクトンを生成する。カルボニル化反応の生成物ストリームは、膜分離システムと接触する供給ストリームである。

いくつかの実施形態では、膜分離システムは、透過側および保持側を有する膜を備える。いくつかの実施形態では、膜分離システムは、膜の保持側で供給ストリームを受け取り、膜の透過側で掃引ストリームを受け取る。

いくつかの変形例では、掃引ストリームは、供給ストリームの１つ以上の成分で飽和され、膜を横切る１つ以上の成分の流束を最小限に抑えるように機能する。一変形例では、１つ以上の成分は、一酸化炭素である。したがって、一変形例では、掃引ストリームは、一酸化炭素で飽和され、膜を横切る一酸化炭素の流速を最小限に抑えるように機能する。

膜分離システムはまた、膜の透過側に透過ストリームを出力する。透過ストリームは、供給ストリームの少なくとも一部が膜を横切り、掃引ストリームと合流するときに形成される。いくつかの変形例では、透過ストリームは、ベータラクトンを含む。

膜分離システムはまた、膜の保持側に保持ストリームを保持し、保持ストリームは、供給ストリームの少なくとも一部が膜を横切った後、残りの供給ストリームから形成され、保持ストリームは、カルボニル化触媒、一酸化炭素、またはその両方を含む。他の実施形態では、保持ストリームは、カルボニル化反応容器に向けられてもよく、または供給ストリームが提供されたカルボニル化反応容器に再循環されてもよい。

特定の態様では、カルボニル化システムと、本明細書に記載の膜分離システムのいずれかと、を備えるベータラクトン生成システムが提供される。いくつかの実施形態では、カルボニル化システムは、エポキシドを出力するように構成されたエポキシド源と、一酸化炭素を出力するように構成された一酸化炭素源と、（ｉ）エポキシド源からエポキシドを受け取り、一酸化炭素源から一酸化炭素を受け取り、（ｉｉ）ベータラクトン、残留エポキシド、残留一酸化炭素、カルボニル化触媒、および反応溶媒を含む生成物ストリームをカルボニル化触媒および反応溶媒の存在下で生成し、かつ（ｉｉｉ）生成物ストリームを出力する、カルボニル化反応容器と、を備える。

いくつかの態様では、本明細書に記載の膜分離システムのいずれかを使用して、供給ストリーム中の成分を分離するための方法が提供される。いくつかの実施形態では、この方法は、膜分離システムを、膜の保持側の供給ストリームと接触させることと、膜分離システムを、膜の透過側の掃引ストリームと接触させることであって、掃引ストリームが、供給ストリームの１つ以上の成分で飽和され、それによって掃引ストリームが、膜を横切る１つ以上の成分の流束を最小限に抑える、接触させることと、膜の透過側に透過ストリームを出力することであって、透過ストリームが、供給ストリームの少なくとも一部が膜を横切り、掃引ストリームと合流するときに形成され、透過ストリームが、ベータラクトンを含む、出力することと、膜の保持側に保持ストリームを保持することであって、保持ストリームが、供給ストリームの少なくとも一部が膜を横切った後、残りの供給ストリームから形成され、保持ストリームが、カルボニル化触媒、一酸化炭素、またはその両方を含む、保持することと、を含む。特定の態様では、エポキシドからベータラクトンを生成するためのカルボニル化法が提供され、この方法は、生成物ストリームの１つ以上の成分をカルボニル化反応から分離することも含む。一態様では、この方法は、カルボニル化反応からの生成物ストリーム中のカルボニル化触媒からベータラクトンを分離することも含む。

前述の方法およびシステムのいくつかの変形例では、膜分離システムは、プレートアンドフレーム膜システム、中空繊維膜システム、またはらせん膜システムである。

本出願は、本明細書に含まれる添付の図と併せて以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。

例示的な膜分離システムを示す図である。 例示的な膜分離システムを示す図である。 例示的な膜分離システムを示す図である。 例示的なプレートアンドフレーム膜分離システムを示す図である。 例示的な中空繊維膜分離システムを示す図である。 膜分離システムの使用を含む例示的なベータラクトン生成システムを示す図である。 供給ストリームからカルボニル化触媒を分離するために使用される例示的な膜分離システムを示す図である。 温度および圧力の関数としての一酸化炭素のテトラ供給物ロフラン（ＴＨＦ）への溶解度の変化を示す図である。

以下の説明は、例示的な方法、パラメータなどを説明する。しかしながら、そのような説明は、本開示の範囲を制限することを意図するものではなく、代わりに、例示的な実施形態の説明として提供されることを認識されたい。

触媒、原材料、および生成物を含む化合物の混合物から特定の１つまたは複数の溶質を分離するために使用することができる膜分離システムおよび方法が本明細書で提供される。そのような膜分離システムおよび方法は、供給ストリームの１つ以上の成分で飽和した掃引ストリームを導入し、そのような掃引ストリームは、膜を横切る１つ以上の成分の流束を最小限に抑える。

エポキシドのカルボニル化からのベータラクトン生成の文脈では、本明細書で提供される膜分離システムおよび方法は、膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑えながら、カルボニル化触媒からベータラクトンを分離するために使用され得る。例えば、一酸化炭素は、膜を横切ることを実質的に防止または最小限に抑え得る（例えば、約５重量パーセント以下、または約１重量パーセント以下が膜を横切り得る）。これを達成するために、いくつかの実施形態では、膜分離システムは、供給ストリームの圧力（例えば、一酸化炭素の分圧）とほぼ同じまたはわずかに低い圧力で一酸化炭素で飽和された掃引ストリームを導入する。これは、膜と接触する前に供給ストリームから一酸化炭素を除去するステップの必要性を否定し、保持ストリームの流束特徴を維持するのに役立ち得る。膜を透過する種には、ベータラクトン、ならびに溶媒およびカルボニル化反応からのエポキシドなどの他の小分子原料が含まれる。膜を横切る駆動力は、圧力／濃度駆動拡散である。

そのような膜分離システムは、膜と接触する前に、供給ストリームから一酸化炭素を除去するために使用されるフラッシュ膜システムの代わりに使用され得る。そのような膜分離システムは、触媒活性およびシステム温度を維持するだけでなく、フラッシュストリームから凝縮物を分離するために使用される関連するコンデンサーを備えたフラッシュステップを排除することによって資本支出を削減するという利点を有する。

一般に、本明細書に記載の膜分離システムは、クロスフロー分離技術を使用する。この技術は、膜の保持側で、膜の表面に沿って接線方向に供給ストリームを通過させることを伴う。掃引ストリームは、向流ストリームであり得、供給ストリームは、膜の表面に沿って接線方向に通過し得る。膜の透過側と保持側との間に濃度勾配が存在すると、供給ストリーム（保持側）から膜を通って膜の透過側に膜細孔よりも小さい特定の成分を駆動することができる。膜細孔よりも大きい特定の成分は、保持側に保持され、膜表面に沿って通過して保持ストリームを形成する。カルボニル化触媒、一酸化炭素、またはその両方は、膜の保持側に保持され得る。

膜を含む膜分離システムおよびその中の成分、ならびに膜と接触し、膜から出力されるストリームは、以下でさらに詳細に記載する。さらに、ベータラクトン生成システムにおけるそのような膜分離システムの使用もまた以下に記載されている。

膜分離システムは、膜または複数の膜シートを備える。いくつかの実施形態では、膜（複数可）は、膜ホルダーを使用して所定の位置に保持され得る。膜は、膜を通過する材料が進む膜の側である、透過側を有する。膜はまた、膜を通過しない材料が残る膜の側である、保持側を有する。

いくつかの実施形態では、膜分離システムは、膜の保持側で供給ストリームおよび膜の透過側で掃引ストリームを受け取る。掃引ストリームは、供給ストリームの１つ以上の成分で飽和され、膜を横切る１つ以上の成分の流束（例えば、移動）を最小限に抑えるのに役立つ。

膜分離システムは、膜の透過側に透過ストリームを出力する。透過ストリームは、供給ストリームの少なくとも一部が膜を横切り、掃引ストリームと合流するときに形成される。膜分離システムは、膜の保持側に保持ストリームを保持する。保持ストリームは、供給ストリームの少なくとも一部が膜を横切った後、残りの供給ストリームから形成される。

いくつかの変形例では、膜分離システムは、ベータラクトンをカルボニル化触媒から分離するために、ベータラクトン生成システムの文脈で使用される。したがって、そのような変形例では、供給ストリームは、ベータラクトン、エポキシド、一酸化炭素、カルボニル化触媒、および溶媒を含む。膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑えるために、いくつかの変形例では、掃引ストリームは、一酸化炭素で飽和される。そのような変形例では、透過ストリームは、少なくともベータラクトンを含み、保持ストリームは、少なくともカルボニル化触媒を含む。

図１を参照すると、システム１００は、例示的な膜分離システムである。膜１１０は、膜ホルダー１１８によって所定の位置に保持される。膜１１０は、透過側１１２および保持側１１４を有する。膜１１０は、保持側１１４で供給ストリーム１０２を受け取り、透過側１１２で掃引ストリーム１０４を受け取る。

システム１００は、一変形例では、カルボニル化生成物ストリームから成分を分離するために使用され得る。そのような変形例では、カルボニル化生成物ストリームは、膜分離システムと接触する供給ストリームになることを理解されたい。例えば、供給ストリームは、ベータラクトン、カルボニル化触媒、エポキシド、一酸化炭素、およびカルボニル化反応溶媒を含み得る。システム１００は、膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑えながら、ベータラクトンからカルボニル化触媒を分離するように構成され得る。

いくつかの変形例では、膜１１０は、掃引ストリーム圧力が供給ストリーム圧力以下であるように、供給ストリーム圧力で供給ストリーム１０２を受け取り、掃引ストリーム圧力で掃引ストリーム１０４を受け取る。好ましくは、供給側（例えば、保持側）の一酸化炭素の分圧は、一酸化炭素が保持側で保持され、かつ膜を通過しないように、掃引側（例えば、透過側）の一酸化炭素の分圧以下である。これにより、膜を横切る分子（膜細孔よりも小さい）を駆動する圧力勾配が生じることができる。膜貫通圧力は、保持ストリームの圧力（高）と透過ストリームの圧力（低）との圧力差である。一変形例では、膜貫通圧力は、３０バール～４０バールである。膜貫通圧力は、４５バール～６０バールであり得る。膜貫通圧力は、供給圧力または保持圧力から透過圧を引いたものに等しくなり得る（すなわち、ＰＴ＝Ｐ１－Ｐ２）。

他の変形例では、供給ストリーム１０２中のベータラクトンの濃度は、掃引ストリーム１０４中のベータラクトンの濃度よりも高い。掃引ストリームに対する供給ストリーム中のベータラクトンの濃度は、供給ストリームから透過ストリームへのベータラクトンの流束を駆動し得る。さらに他の変形例では、掃引ストリーム１０４中のベータラクトンの濃度は、ゼロである（例えば、始動時に、掃引ストリーム中にベータラクトンがない場合がある）。好ましくは、掃引ストリーム中のベータラクトンの濃度は、ゼロより大きい。いずれの場合も、保持側１１４と透過側１１２との間の濃度勾配は、供給ストリームから透過ストリームへのベータラクトンの流束を駆動する。

膜細孔よりも大きい供給ストリーム１０２の成分は、膜１１０を横切らない（例えば、分子量カットオフまたはＭＷＣＯ）。膜細孔よりも小さい供給ストリーム１０２の成分は、圧力／濃度駆動拡散によって膜１１０を横切り得る。例えば、カルボニル化触媒は、膜細孔よりも大きくてもよく、したがって、膜の保持側に残り、保持ストリームの一部となる。ベータラクトンは、膜細孔よりも小さくてもよく、圧力／濃度駆動拡散によって膜を横切り得、透過ストリームの一部となる。

透過ストリーム１０６は、供給ストリーム１０２の少なくとも一部が膜１１０を横切り、掃引ストリーム１０４と合流するときに形成される。透過ストリームは、透過側１１２で流出する。保持ストリーム１０８は、供給ストリーム１０２の少なくとも一部が膜１１０を横切った後、残りの供給ストリーム１０２から形成される。保持ストリーム１０８は、膜の保持側１１４から流出する。

特定の実施形態では、保持ストリーム１０８は、供給リザーバ１１６に戻る。特定の実施形態では、保持ストリーム１０８は、それが膜１１０を複数回通過するように（例えば、ナノ濾過システムにおいて）、膜を通して連続的にフィードバックされる。いくつかの変形例では、供給リザーバ１１６は、カルボニル化反応容器である。他の変形例では、供給リザーバ１１６は、保持ストリーム１０８が再び膜１１０に沿って通過するまで保持ストリーム１０８を保持するタンクである。

システム１００の他の変形例では、システムの１つ以上の構成要素が省略されてもよく、または追加の構成要素が追加されてもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの変形例では、供給リザーバは、膜分離システムに接続されておらず、膜分離システムは、バッチプロセスで使用される。

図２を参照すると、システム２００は、別の例示的な膜分離システムであり、上で論じたシステム１００の変形例である。システム２００は、膜１１０、膜ホルダー１１８、ならびに供給ストリーム１０２、掃引ストリーム１０４、透過ストリーム１０６、および保持ストリーム１０８を含む、システム１００と同じ基本的な特徴およびストリームのいくつかを共有する。システム１００と同様に、システム２００もまた、圧力／濃度駆動拡散によって供給ストリーム中の成分を分離する。

システム２００は、バッチプロセスで使用され得る。システム２００のいくつかの実施形態では、透過ストリーム１０６および保持ストリーム１０８は、貯蔵され、かつ／または次の処理ユニットに向けられ得る。例えば、一変形例では、ベータラクトン生成の文脈では、透過ストリーム１０６は、少なくともベータラクトンを含み、ポリプロピオラクトン生成システムまたはアクリル酸生成システムに向けられ得る。別の変形例では、透過ストリーム１０６は、ベータラクトン、ならびにエポキシドおよびカルボニル化反応溶媒を含み得、かつエポキシドおよび／またはカルボニル化反応溶媒を除去するためのさらなる処理ユニットに向けられ得る。透過ストリームは、反応溶媒、一酸化炭素、エポキシド、またはそれらの組み合わせを含み得る。保持ストリームは、反応溶媒、一酸化炭素、エポキシド、ベータラクトン、またはそれらの組み合わせを含み得る。システム２００の他の実施形態では、保持ストリーム１０８は、少なくともカルボニル化触媒を含み、かつ貯蔵されるか、またはさらなる処理システムに向けられ得る。一変形例では、保持ストリーム１０８は、カルボニル化触媒、一酸化炭素、またはその両方、ならびにカルボニル化反応溶媒を含み得、かつカルボニル化反応溶媒を除去するためのさらなる処理ユニットに向けられ得る。

図３を参照して、さらに別の例示的な膜分離システムが示され、供給および掃引ストリームが膜と接触する方法、ならびに透過および保持ストリームが膜から出力される方法の相対位置の変形例を示す。

いくつかの実施形態では、掃引ストリームは、向流ストリームである。向流ストリームは、（ｉ）保持ストリームが流出するのと同じ端で膜分離システムに入り、（ｉｉ）供給ストリームが入るのと同じ端から膜分離システムを出る。図１、２、および３は、例示的なシステムにおける向流ストリームの使用を示している。しかしながら、他の実施形態では、掃引ストリームは、並流ストリームであり得ることを理解されたい。並流ストリームは、（ｉ）供給ストリームが入るのと同じ端で膜分離システムに入り、（ｉｉ）保持ストリームが出るのと同じ端から膜分離システムを出る。

いくつかの変形例では、向流および並流は、ストリームが質量を交換する方法を指す。一変形例では、向流システムにおいて、透過ストリームは、供給／保持ストリームがより低いベータラクトン濃度で出る場所の近くで、より低いベータラクトン濃度（またはベータラクトンなし）で入る。別の実施形態では、並流システムにおいて、透過ストリームは、供給／保持ストリームがより高いベータラクトン濃度で出る場所の近くで、より低いベータラクトン濃度（またはベータラクトンなし）で入る。前述のいくつかの変形例では、向流システムは、並流システムよりも質量を交換するのにより効率的である。

膜を横切る流束を制御するために、掃引ストリームは、供給ストリームからの１つ以上の成分で飽和される。いくつかの実施形態では、掃引ストリームは、そのような１つ以上の成分で飽和された溶媒を含む。

膜分離システムを使用して、膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑えながら、ベータラクトンからカルボニル化触媒を分離する場合、一実施形態では、掃引ストリームは、一酸化炭素で飽和した溶媒を含む。特定の温度および圧力で所与の量の溶媒に溶解することができる一酸化炭素の可能な最大量に達すると、溶媒は飽和される。図８は、テトラヒドロフラン中の一酸化炭素の溶解度が、いくつかの異なる圧力で温度の関数としてどのように変化するかを示している。一般に、図８を参照すると、テトラヒドロフラン中の一酸化炭素の溶解度は、より高い温度およびより高い圧力で増加し、これは、より多くの一酸化炭素を、それが飽和する前に、溶媒に溶解することができることを意味する。

特定の変形例では、プロセスが最大１００バールの圧力および一定の平均温度で作動する場合、掃引ストリームは、最大約３．５重量％の一酸化炭素含有量を有する。

ベータラクトン生成物ストリームからカルボニル化触媒を分離するために、本明細書に記載のシステムおよび方法において、任意の好適な膜が使用され得る。例えば、ＷＯ２０１５／０８５２９５を参照されたい。

いくつかの変形例では、膜は、膜上または膜内で成長するポリエステル、ポリエーテル、または混合ポリエーテル／ポリエステル鎖を含む。他の変形例では、膜は、ポリマーおよび１つ以上のコポリマーを含む。

特定の実施形態では、膜は、ポリアミドベースの膜である。他の実施形態では、膜は、ポリシロキサンベースの膜である。さらに他の実施形態では、膜は、ポリイミドベースの膜である。他の変形例では、膜は、酢酸セルロース、三酢酸セルロース、硝酸セルロース、再生セルロース、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズイミダゾロン、ポリアクリロニトリル、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリル／グリシジルメタクリレート（ＰＡＮＧＭＡ）、シラン疎水化セラミック膜、および固有の微多孔性を有するポリマー（ＰＩＭ）を含む。特定の変形例では、膜は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、アクリロニトリル／グリシジルメタクリレート（ＰＡＮＧＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、または固有の微多孔性を有するポリマー（ＰＩＭ）を含む。いくつかの変形例では、膜は、分離活性層が適用される支持体または担体材料を有することができる（以下のプレートアンドフレームシステムに関する詳細を参照のこと）。そのような複合膜の場合、実際の膜に加えて支持材料が存在する。さらに、無機酸化物または無機繊維の粒子（例えば、特に圧力変動または高い圧力差に対して膜の安定性を高めるセラミックまたはガラス繊維）などの補強材料が、膜分離システム中に存在することができる。膜分離システムは、一定の平均温度で作動し得る。

いくつかの膜構成が、本明細書に記載のシステムであり得る。例えば、プレートアンドフレーム膜、中空繊維膜、らせん巻き膜、またはそれらの組み合わせが使用され得る。

一実施形態では、プレートアンドフレーム膜が、本明細書に記載の分離システムで使用される。図４を参照すると、システム４００は、例示的なプレートアンドフレーム膜システムである。支持スクリーン４１４は、すべて膜ホルダー４１２内に配置された膜４１０のいくつかのシートを分離する。供給ストリーム４０２は、保持側４１８で膜４１０のシートと接触し、膜４１０のシートの表面に沿って循環する。掃引ストリーム４０４は、膜の透過側でシステム４００に入る。透過ストリーム４０６は、供給ストリーム４０２の少なくとも一部が膜４１０のシートを横切り、掃引ストリーム４０４と合流するときに形成される。保持ストリーム４０８は、供給ストリーム４０２の少なくとも一部が膜４１０のシートを横切った後、残りの供給ストリーム４０２から形成される。透過ストリーム４０６は、透過側４１６で流出し、保持ストリーム４０８は、保持側４１８で流出する。

別の実施形態では、中空繊維膜が、本明細書に記載の分離システムで使用される。図５を参照すると、システム５００は、例示的な中空繊維膜分離システムである。膜５１０は、膜ホルダー５１２によって所定の位置に保持される中空繊維または管の形態をとる。膜５１０は、透過側５１４および保持側５１６を有する。供給ストリーム５０２は、保持側５１６で膜５１０に入り、膜５１０の表面に沿って循環する。掃引ストリーム５０４は、膜の透過側でシステム５００に入る。透過ストリーム５０６は、供給ストリーム５０２の少なくとも一部が繊維の外側に膜５１０を横切り、掃引ストリーム５０４と合流するときに形成される。保持ストリーム５０８は、供給ストリーム５０２の少なくとも一部が膜５１０を横切った後、残りの供給ストリーム５０２から形成される。透過ストリーム５０６は、透過側５１４で流出し、保持ストリーム５０８は、保持側５１６で流出する。

図１のシステム１００と同様に、システム４００および５００は、特定の変形例では、カルボニル化生成物ストリームから成分を分離するために使用され得る。例えば、システム４００および５００は、膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑えながら、圧力／濃度駆動拡散によって、ベータラクトンからカルボニル化触媒を分離するように構成され得る。

図４および図５に示されるように、掃引ストリーム４０４および５０４は、それぞれ、向流ストリームである。しかしながら、システム４００および５００の他の実施形態では、掃引ストリーム４０４および５０４は、それぞれ、並流ストリームであり得ることを理解されたい。

流路の長さ、チャネルの高さ／ルーメンの直径、および膜細孔径は、膜の性能に影響を与える場合がある。例えば、いくつかの変形例では、流路の長さが増加するにつれて、膜を横切る分子の移動を増加することができる。他の変形例では、チャネルの高さ／ルーメンの直径が小さいと、拡散経路が減少し、膜を横切る分子の移動を向上させ得る。しかしながら、デバイス全体（供給入口から保持出口／掃引入口から透過出口）の圧力降下が増加する場合がある。そのような圧力降下は、膜貫通圧力と同じではないことに留意されたい。さらに他の変形例では、膜細孔径が大きくなるにつれて、より多くの材料が所与の圧力で膜を横切り得る。一変形例では、本明細書のシステムで使用するために選択された膜は、より大きな分子（カルボニル化触媒など）を高効率で拒絶するのに十分な大きさの細孔を有するが、所望の生成物（ベータラクトンなど）を容易に通過させる。

本明細書に記載の膜分離システムは、エポキシドのカルボニル化から生成されるカルボニル化生成物ストリームなどの生成物ストリーム中の１つ以上の成分を分離するために使用され得る。そのようなカルボニル化生成物ストリームは、本明細書に記載の膜分離システムの供給ストリームになり、例えば、ベータラクトン、エポキシド、一酸化炭素、カルボニル化触媒、およびカルボニル化反応溶媒を含み得る。

図６を参照して、システム６００は、本明細書に記載されるような膜分離システムに接続されたカルボニル化システムを含む、例示的なベータラクトン生成システムを示す。カルボニル化システムは、エポキシドストリーム６０２を出力するエポキシド源、および一酸化炭素ストリーム６０４を出力する一酸化炭素源を含む。エポキシドおよび一酸化炭素は、カルボニル化反応容器６０６に向けられる。エポキシドは、カルボニル化反応容器６０６において、カルボニル化触媒および反応溶媒の存在下でカルボニル化を受けて、ベータラクトン、エポキシド、一酸化炭素、カルボニル化触媒、および反応溶媒を含むカルボニル化生成物ストリーム６０８を生成する。次いで、カルボニル化生成物ストリーム６０８は、膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑えながら、ベータラクトンをカルボニル化触媒から分離する膜分離システム６１０と接触するように向けられる。

１つ以上の構成要素を省略したり、システム６００に追加したりできることを理解されたい。カルボニル化触媒が均質な触媒であるいくつかの変形例では、カルボニル化システムは、カルボニル化触媒を反応容器６０６に供給するカルボニル化触媒源をさらに含み得る。他の変形例では、カルボニル化触媒は、不均質であり、反応容器６０６の内部の固定床として提供され得る。さらに他の変形例では、カルボニル化システムは、カルボニル化反応溶媒を反応容器６０６に供給する溶媒源をさらに含み得る。

本明細書に記載の膜分離システムは、ベータラクトンを含む供給ストリームを受け取り、ベータラクトンも含有する透過ストリームを出力する。ベータラクトンは、エポキシドのカルボニル化から得られ得る。任意の好適なエポキシドが使用され得る。例えば、表Ａに示されるように、列Ｂのベータラクトンは、表の列Ａからの対応するエポキシドから生成され得る。

前述のいくつかの変形例では、本明細書に記載の膜分離システムは、０％より大きく１００％未満のバイオベース含有量を有する供給ストリームを受け取る。前述の特定の変形例では、供給ストリーム中に存在する化合物は、１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％以上、または９９％以上のバイオベース含有量を有する。

いくつかの変形例では、バイオベース含有量は、以下に基づいて決定することができる：ＡＳＴＭ Ｄ６８６６（放射性炭素分析を使用した固体、液体、および気体サンプルのバイオベース含有量を決定するための標準試験方法）によって決定した際の、％バイオベース含有量＝［バイオ（有機）炭素］／［全（有機）炭素］＊１００％。

特定の実施形態では、供給ストリーム中のベータラクトンのバイオベース含有量は、例えば、カルボニル化反応容器中でベータラクトンを作製するために使用されるエポキシドおよび一酸化炭素のバイオベース含有量に依存し得る。いくつかの変形例では、エポキシドおよび一酸化炭素の両方が再生可能な資源に由来する。

本明細書に記載の膜分離システムは、溶媒を含む供給ストリームと接触する。いくつかの実施形態では、溶媒は、膜分離システムのための供給ストリームを提供するカルボニル化反応からの反応溶媒である。いくつかの変形例では、透過ストリーム、向流ストリーム、および／または保持ストリームはまた、溶媒を含む。

特定の変形例では、供給ストリームは、単一の溶媒を含む。他の変形例では、供給ストリームは、溶媒の混合物を含む。好適な溶媒は、例えば、テトラヒドロフラン、スルホラン、Ｎ－メチルピロリドン、１，３ジメチル－２－イミダゾリジノン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ジエチレングリコールジブチルエーテル、イソソルビドエーテル、メチルｔｅｒｔブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジフェニルエーテル、１，４－ジオキサン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、二塩基性エステル、ジエチルエーテル、アセトニトリル、酢酸エチル、ジメトキシエタン、アセトン、およびメチルエチルケトンを含む、エーテル、炭化水素、および非プロトン性極性溶媒である。一変形例では、溶媒は、テトラヒドロフランを含む。別の変形例では、ベータラクトンは、共溶媒として使用され得る。

本明細書に記載の膜分離システムは、触媒を含む供給ストリームと接触する。いくつかの実施形態では、触媒は、カルボニル化反応からのカルボニル化触媒である。

特定の変形例では、触媒は、金属カルボニル化合物を含む。一変形例では、単一の金属カルボニル化合物は、供給ストリーム中に存在する。別の変形例では、２つ以上の金属カルボニル化合物の混合物が存在する。したがって、金属カルボニル化合物が、例えば、中性金属カルボニル化合物を「含む」場合、存在する金属カルボニル化合物が、単一の中性金属カルボニル化合物、または１つ以上の金属カルボニル化合物と組み合わせた中性金属カルボニル化合物であり得ることが理解される。

いくつかの実施形態では、金属カルボニルは、アニオン性金属カルボニル部分を含む。他の実施形態では、金属カルボニル化合物は、中性金属カルボニル化合物を含む。いくつかの実施形態では、金属カルボニル化合物は、金属カルボニル水素化物または水素化物金属カルボニル化合物を含む。特定の実施形態では、水素化物金属カルボニルは、ＨＣｏ（ＣＯ）４、ＨＣｏＱ（ＣＯ）３、ＨＭｎ（ＣＯ）５、ＨＭｎ（ＣＯ）４Ｑ、ＨＷ（ＣＯ）３Ｑ、ＨＲｅ（ＣＯ）５、ＨＭｏ（ＣＯ）３Ｑ、ＨＯｓ（ＣＯ）２Ｑ、ＨＭｏ（ＣＯ）２Ｑ２、ＨＦｅ（ＣＯ２）Ｑ、ＨＷ（ＣＯ）２Ｑ２、ＨＲｕＣＯＱ２、Ｈ２Ｆｅ（ＣＯ）４、またはＨ２Ｒｕ（ＣＯ）４のうちの１つ以上を含み、各Ｑは、上記ならびに本明細書におけるクラスおよびサブクラスで定義されているように独立している。特定の実施形態では、金属カルボニル水素化物は、ＨＣｏ（ＣＯ）４、ＨＣｏ（ＣＯ）３ＰＲ３（式中、各Ｒは、独立して、任意選択で置換されたアリール基、任意選択で置換されたＣ１－２０脂肪族基、任意選択で置換されたＣ１－１０アルコキシ基、もしくは任意選択で置換されたフェノキシ基である）、ＨＣｏ（ＣＯ）３ｃｐ（式中、ｃｐは、任意選択で置換されたペンタジエニル配位子を表す）、ＨＭｎ（ＣＯ）５、またはＨ２Ｆｅ（ＣＯ）４を含む。

いくつかの実施形態では、金属カルボニル化合物は、アニオン性金属カルボニル種を含む。いくつかの実施形態では、そのようなアニオン性金属カルボニル種は、一般式［ＱｄＭ’ｅ（ＣＯ）ｗ］ｙ－を有し、式中、Ｑは、任意の配位子であり、かつ存在する必要はなく、Ｍ’は、金属原子であり、ｄは、包括的に０～８の整数であり、ｅは、包括的に１～６の整数であり、ｗは、安定なアニオン性金属カルボニル錯体を提供するような数であり、ｙは、アニオン性金属カルボニル種の電荷である。いくつかの実施形態では、アニオン性金属カルボニルは、一般式［ＱＭ’（ＣＯ）ｗ］ｙ－を有し、式中、Ｑは、任意の配位子であり、かつ存在する必要はなく、Ｍ’は、金属原子であり、ｗは、安定なアニオン性金属カルボニルを提供するような数であり、ｙは、アニオン性金属カルボニルの電荷である。

いくつかの実施形態では、アニオン性金属カルボニル種は、周期表の５族、７族、もしくは９族からの金属のモノアニオン性カルボニル錯体、または周期表の４族もしくは８族からの金属のジアニオン性カルボニル錯体を含む。いくつかの実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物は、コバルトまたはマンガンを含有する。いくつかの実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物は、ロジウムを含有する。好適なアニオン性金属カルボニル化合物には、例えば、［Ｃｏ（ＣＯ）４］－、［Ｔｉ（ＣＯ）６］２－、［Ｖ（ＣＯ）６］－、［Ｒｈ（ＣＯ）４］－、［Ｆｅ（ＣＯ）４］２－、［Ｒｕ（ＣＯ）４］２－、［Ｏｓ（ＣＯ）４］２－、［Ｃｒ２（ＣＯ）１０］２－、［Ｆｅ２（ＣＯ）８］２－、［Ｔｃ（ＣＯ）５］－、［Ｒｅ（ＣＯ）５］－、および［Ｍｎ（ＣＯ）５］－が含まれる。いくつかの実施形態では、アニオン性金属カルボニルは、［Ｃｏ（ＣＯ）４］－を含む。いくつかの実施形態では、２つ以上のアニオン性金属カルボニル錯体の混合物が、本方法で使用されるカルボニル化触媒中に存在し得る。

金属カルボニル化合物がアニオン種である実施形態では、１つ以上のカチオンも必然的に存在しなければならない。いくつかの実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物に関連するカチオンは、本明細書に記載の別のカテゴリーの反応成分を含む。例えば、いくつかの実施形態では、金属カルボニルアニオンは、カチオン性ルイス酸と関連している。他の実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物に関連するカチオンは、周期表の１族または２族からのものなどの単純な金属カチオン（例えば、Ｎａ＋、Ｌｉ＋、Ｋ＋、およびＭｇ２＋）である。他の実施形態では、アニオン性金属カルボニル化合物に関連するカチオンは、「オニウム塩」（例えば、Ｂｕ４Ｎ＋、ＰＰＮ＋、Ｐｈ４Ｐ＋、およびＰｈ４Ａｓ＋）などのかさ高い非求電子性カチオンである。他の実施形態では、金属カルボニルアニオンは、プロトン化された窒素化合物と関連している（例えば、カチオンは、ＭｅＴＢＤ－Ｈ＋、ＤＭＡＰ－Ｈ＋、ＤＡＢＣＯ－Ｈ＋、およびＤＢＵ－Ｈ＋などの化合物を含み得る）。

いくつかの実施形態では、触媒は、中性金属カルボニル化合物を含む。いくつかの実施形態では、そのような中性金属カルボニル化合物は、一般式ＱｄＭ’ｅ（ＣＯ）ｗ’を有し、式中、Ｑは、任意の配位子であり、かつ存在する必要はなく、Ｍ’は、金属原子であり、ｄは、包括的に０～８の整数であり、ｅは、包括的に１～６の整数であり、ｗ’は安定な中性金属カルボニル錯体を提供するような数である。いくつかの実施形態では、中性金属カルボニルは、一般式ＱＭ’（ＣＯ）ｗ’を有する。いくつかの実施形態では、中性金属カルボニルは、一般式Ｍ’（ＣＯ）ｗ’を有する。いくつかの実施形態では、中性金属カルボニルは、一般式ＱＭ’２（ＣＯ）ｗ’を有する。いくつかの実施形態では、中性金属カルボニルは、一般式Ｍ’２（ＣＯ）ｗ’を有する。金属カルボニル化合物には、例えば、Ｔｉ（ＣＯ）７、Ｖ２（ＣＯ）１２、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｎ２（ＣＯ）１０、Ｔｃ２（ＣＯ）１０、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｆｅ（ＣＯ）５、Ｒｕ（ＣＯ）５、Ｏｓ（ＣＯ）５、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、Ｏｓ３（ＣＯ）１２Ｆｅ３（ＣＯ）１２、Ｆｅ２（ＣＯ）９、Ｃｏ４（ＣＯ）１２、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｈ６（ＣＯ）１６、Ｉｒ４（ＣＯ）１２、Ｃｏ２（ＣＯ）８、およびＮｉ（ＣＯ）４が含まれ得る。

いくつかの実施形態では、金属カルボニル化合物は、配位子Ｑを有さない。他の実施形態では、１つ以上の配位子Ｑは、金属カルボニル化合物上に存在する。Ｑが存在するいくつかの実施形態では、Ｑの各出現は、ホスフィン配位子、アミン配位子、シクロペンタジエニル配位子、複素環配位子、ニトリル、フェノール、およびこれらの２つ以上の組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、上記の金属カルボニル化合物のいずれかのＣＯ配位子のうちの１つ以上は、配位子Ｑで置き換えられる。いくつかの実施形態では、Ｑは、ホスフィン配位子、トリアリールホスフィン配位子、トリアルキルホスフィン配位子、ホスファイト配位子、任意選択で置換されたシクロペンタジエニル配位子、ｃｐ、ｃｐ＊、アミン、または複素環である。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、ルイス酸性成分をさらに含む。いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、アニオン性金属カルボニル錯体およびカチオン性ルイス酸性成分を含む。いくつかの実施形態では、金属カルボニル錯体は、カルボニルコバルト酸塩を含み、ルイス酸性助触媒は、金属中心のカチオン性ルイス酸を含む。いくつかの実施形態では、含まれるルイス酸は、ホウ素化合物を含む。

特定の実施形態では、上記の金属カルボニル化合物のいずれかについて、Ｍ’は、遷移金属を含む。特定の実施形態では、上記の金属カルボニル化合物のいずれかについて、Ｍ’は、周期表の５族（Ｔｉ）～１０族（Ｎｉ）から選択される。特定の実施形態では、Ｍ’は、９族金属である。特定の実施形態では、Ｍ’は、Ｃｏである。特定の実施形態では、Ｍ’は、Ｒｈである。特定の実施形態では、Ｍ’は、Ｉｒである。特定の実施形態では、Ｍ’は、Ｆｅである。特定の実施形態では、Ｍ’は、Ｍｎである。

カルボニル化触媒中のルイス酸がホウ素化合物を含むいくつかの実施形態では、ホウ素化合物は、トリアルキルホウ素化合物またはトリアリールホウ素化合物を含む。いくつかの実施形態では、含まれるホウ素化合物は、１つ以上のホウ素－ハロゲン結合を含む。含まれるホウ素化合物が１つ以上のホウ素－ハロゲン結合を含むいくつかの実施形態では、化合物は、ジアルキルハロホウ素化合物（例えば、Ｒ２ＢＸ）、ジハロモノアルキル化合物（例えば、ＲＢＸ２）、アリールハロホウ素化合物（例えば、Ａｒ２ＢＸもしくはＡｒＢＸ２）、またはトリハロホウ素化合物（例えば、ＢＣｌ３もしくはＢＢｒ３）であり、各Ｒはアルキル基であり、各Ｘはハロゲンであり、各Ａｒは芳香族基である。

含まれるルイス酸が金属中心のカチオン性ルイス酸を含むいくつかの実施形態では、ルイス酸は、カチオン性金属錯体である。いくつかの実施形態では、カチオン性金属錯体は、その電荷が、部分的、または全体的のいずれかで、１つ以上のアニオン性金属カルボニル部分によってバランスがとられている。好適なアニオン性金属カルボニル化合物には、上記のものが含まれる。いくつかの実施形態では、金属錯体の電荷のバランスをとる１～１７個のそのようなアニオン性金属カルボニルが存在する。いくつかの実施形態では、金属錯体の電荷のバランスをとる１～９個のそのようなアニオン性金属カルボニルが存在する。いくつかの実施形態では、金属錯体の電荷のバランスをとる１～５個のそのようなアニオン性金属カルボニルが存在する。いくつかの実施形態では、金属錯体の電荷のバランスをとる１～３個のそのようなアニオン性金属カルボニルが存在する。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、カチオン性金属錯体を含む。特定の変形例では、金属錯体は、式［（Ｌｃ）ｖＭｂ］ｚ＋を有し、式中：
Ｌｃは、２つ以上のＬｃが存在する場合、それぞれが同じでも異なっていてもよい配位子である。
Ｍは、２つのＭが存在する場合、それぞれが同じでも異なっていてもよい金属原子である。
ｖは、包括的に１～４の整数である。
ｂは、包括的に１～２の整数である。
ｚは、金属錯体上のカチオン電荷を表す０より大きい整数である。

いくつかの実施形態では、ルイス酸は、構造Ｉに適合する：

式中：

は、多座配位子であり、
Ｍは、多座配位子に配位した金属原子であり、
ａは、金属原子の電荷であり、０～２の範囲である。

いくつかの実施形態では、金属錯体は、構造ＩＩに適合する：

式中、ａは、上記で定義されたとおりであり（各ａは、同じでも異なっていてもよい）、
Ｍ１は、第１の金属原子であり、
Ｍ２は、第２の金属原子であり、

は、両方の金属原子を配位することができる多座配位子システムを含む。

明確にするため、ならびに錯体ＩおよびＩＩの金属原子の正味電荷および総電荷と本明細書の他の構造との混同を回避するために、上記の錯体ＩおよびＩＩの金属原子に示される電荷（ａ＋）は、多座配位子の任意のアニオン部位を満たした後の金属原子上の正味電荷を表す。例えば、式Ｉの錯体の金属原子がＣｒ（ＩＩＩ）であり、配位子がポルフィリン（－２の電荷を持つ四座配位子）である場合、クロム原子は＋１の正味電荷を有し、ａは１になる。

好適な多座配位子には、例えば、ポルフィリン誘導体１、サレン配位子２、ジベンゾテトラメチルテトラアザ［１４］アヌレン（ｔｍｔａａ）配位子３、フタロシアニネート配位子４、トロスト配位子５、テトラフェニルポルフィリン配位子６、およびコロール配位子７が含まれる。いくつかの実施形態では、多座配位子は、サレン配位子である。他の実施形態では、多座配位子は、ポルフィリン配位子である。他の実施形態では、多座配位子は、テトラフェニルポルフィリン配位子である。他の実施形態では、多座配位子は、コロール配位子である。前述の配位子のいずれも、非置換であり得るか、または置換され得る。これらの配位子の多くの様々に置換された類似体が当技術分野で知られており、当業者には明らかであろう。

式中、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａ、Ｒ４ａ、Ｒ１ａ’、Ｒ２ａ’、Ｒ３ａ’、およびＭのそれぞれは、本明細書のクラスおよびサブクラスで定義および説明されているとおりである。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、金属－ポルフィナト錯体を含む。いくつかの実施形態では、部分

は、以下の構造を有する：

式中：
Ｍおよびａのそれぞれは、上記で定義され、本明細書のクラスおよびサブクラスで説明されているとおりであり、
各発生時のＲｄは、独立して水素、ハロゲン、－ＯＲ４、－ＮＲｙ２、－ＳＲｙ、－ＣＮ、－ＮＯ２、－ＳＯ２Ｒｙ、－ＳＯＲｙ、－ＳＯ２ＮＲｙ２、－ＣＮＯ、－ＮＲｙＳＯ２Ｒｙ、－ＮＣＯ、－Ｎ３、－ＳｉＲｙ３であるか、またはＣ１－２０脂肪族；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有するＣ１－２０ヘテロ脂肪族；６～１０員のアリール；窒素、酸素、および硫黄から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有する５～１０員のヘテロアリール；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～２個のヘテロ原子を有する４～７員の複素環式化合物からなる群から選択される任意選択で置換された基であり、２つ以上のＲｄ基が一緒になって、１つ以上の任意選択で置換された環を形成し得、
各Ｒｙは、独立して水素、アシル、カルバモイル、アリールアルキル、６～１０員のアリール、Ｃ１－１２脂肪族；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～２個のヘテロ原子を有するＣ１－１２ヘテロ脂肪族；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有する５～１０員のヘテロアリール；窒素、酸素、硫黄からなる群から独立して選択された１～２個のヘテロ原子を有する４～７員の複素環式化合物；酸素保護基；および窒素保護基からなる群から選択された任意選択で置換された基であり、同じ窒素原子上の２つのＲｙが窒素原子と一緒になって、窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された０～２個の追加のヘテロ原子を有する任意選択で置換された４～７員の複素環を形成し、
各Ｒ４は、独立してヒドロキシル保護基またはＲｙである。

いくつかの実施形態では、部分

は、以下の構造を有する：

式中、Ｍ、ａ、およびＲｄは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されているとおりである。

いくつかの実施形態では、部分

は、以下の構造を有する：

式中、Ｍ、ａ、およびＲｄは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されているとおりである。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、メタロサレネート錯体を含むルイス酸を含む。いくつかの実施形態では、部分

は、以下の構造を有する：

式中：
Ｍおよびａは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されているとおりである。
Ｒ１ａ、Ｒ１ａ’、Ｒ２ａ、Ｒ２ａ’、Ｒ３ａ、およびＲ３ａ’は、独立して水素、ハロゲン、－ＯＲ４、－ＮＲｙ２、－ＳＲｙ、－ＣＮ、－ＮＯ２、－ＳＯ２Ｒｙ、－ＳＯＲｙ、－ＳＯ２ＮＲｙ２、－ＣＮＯ、－ＮＲｙＳＯ２Ｒｙ、－ＮＣＯ、－Ｎ３、－ＳｉＲｙ３であるか、またはＣ１－２０脂肪族；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有するＣ１－２０ヘテロ脂肪族；６～１０員のアリール；窒素、酸素、および硫黄から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有する５～１０員のヘテロアリール；窒素、酸素、硫黄からなる群から独立して選択された１～２個のヘテロ原子を有する４～７員の複素環式化合物からなる群から選択される任意選択で置換された基であり、各Ｒ４およびＲｙは、独立して、上記で定義され、本明細書のクラスおよびサブクラスで説明されているとおりであり、
（Ｒ２ａ’およびＲ３ａ’）、（Ｒ２ａおよびＲ３ａ）、（Ｒ１ａおよびＲ２ａ）、ならびに（Ｒ１ａ’およびＲ２ａ’）のいずれかは、任意選択で、それらが結合している炭素原子と一緒になって１つ以上のリングを形成し得、リングは、１つ以上のＲｙ基で置換されてもよく、
Ｒ４ａは、以下からなる群から選択され、

各発生時のＲｃは、独立して水素、ハロゲン、－ＯＲ４、－ＮＲｙ２、－ＳＲｙ、－ＣＮ、－ＮＯ２、－ＳＯ２Ｒｙ、－ＳＯＲｙ、－ＳＯ２ＮＲｙ２、－ＣＮＯ、－ＮＲｙＳＯ２Ｒｙ、－ＮＣＯ、－Ｎ３、－ＳｉＲｙ３であるか、またはＣ１－２０脂肪族；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有するＣ１－２０ヘテロ脂肪族；６～１０員のアリール；窒素、酸素、および硫黄から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有する５～１０員のヘテロアリール；窒素、酸素、硫黄からなる群から独立して選択された１～２個のヘテロ原子を有する４～７員の複素環式化合物からなる群から選択される任意選択で置換された基であり、
式中：
２つ以上のＲｃ基は、それらが結合している炭素原子および任意の介在原子と一緒になって、１つ以上の環を形成し得、
２つのＲｃ基が同じ炭素原子に結合している場合、それらは、結合している炭素原子と一緒になって、３～８員のスピロ環、カルボニル、オキシム、ヒドラゾン、イミン、および任意選択で置換されたアルケンからなる基から選択される部分を形成され得、
Ｒ４およびＲｙは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されているとおりであり、
Ｙは、－ＮＲｙ－、－Ｎ（Ｒｙ）Ｃ（Ｏ）－、－Ｃ（Ｏ）ＮＲｙ－、－Ｏ－、－Ｃ（Ｏ）－、－ＯＣ（Ｏ）－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－、－Ｓ－、－ＳＯ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（＝Ｓ）－、－Ｃ（＝ＮＲｙ）－、－Ｎ＝Ｎ－、ポリエーテル、Ｃ３～Ｃ８の置換または非置換炭素環、およびＣ１～Ｃ８の置換または非置換複素環からなる群から選択される二価リンカーであり、
ｍ’は、０または包括的に１～４の整数であり、
ｑは、０または包括的に１～４の整数であり、
Ｘは、０、１、または２である。

いくつかの実施形態では、ルイス酸は、式Ｉａに示されるように、メタロサレン化合物を含む：

式中、Ｍ、Ｒｄ、およびａのそれぞれは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されたとおりであり、

は、サレン配位子のジアミン部分の２つの窒素原子を連結する任意選択で置換された部分であり、

は、Ｃ３－Ｃ１４炭素環、Ｃ６－Ｃ１０アリール基、Ｃ３－Ｃ１４複素環、およびＣ５－Ｃ１０ヘテロアリール基からなる群から選択されるか、または任意選択で置換されたＣ２－２０脂肪族基であり、１つ以上のメチレン単位は、－ＮＲｙ－、－Ｎ（Ｒｙ）Ｃ（Ｏ）－、－Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒｙ）－、－ＯＣ（Ｏ）Ｎ（Ｒｙ）－、－Ｎ（Ｒｙ）Ｃ（Ｏ）Ｏ－、－ＯＣ（Ｏ）Ｏ－、－Ｏ－、－Ｃ（Ｏ）－、－ＯＣ（Ｏ）－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－、－Ｓ－、－ＳＯ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（＝Ｓ）－、－Ｃ（＝ＮＲｙ）－、－Ｃ（＝ＮＯＲｙ）－または－Ｎ＝Ｎ－で任意選択でかつ独立して置き換えられる。

上記の式Ｉａを有する金属錯体のいくつかの実施形態では、金属錯体のサリチルアルデ供給物由来部分を含むフェニル環のうちの少なくとも１つは、以下からなる群から独立して選択される：

いくつかの実施形態では、ルイス酸は、式ＶａまたはＶｂのうちの１つに適合するメタロサレン化合物を含む：

式中、Ｍ、ａ、Ｒｄ、Ｒ１ａ、Ｒ３ａ、Ｒ１ａ’、Ｒ３ａ’、および

は、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されているとおりである。

いくつかの実施形態では、金属錯体は、式ＶａまたはＶｂを有し、各Ｒ１ａおよびＲ３ａは、独立して、任意選択で置換されたＣ１－Ｃ２０脂肪族である。

いくつかの実施形態では、部分

は、任意選択で置換された１，２－フェニル部分を含む。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載のカルボニル化触媒に含まれるルイス酸は、金属（ｔｍｔａａ）錯体を含む。いくつかの実施形態では、部分

は、以下の構造を有する：

式中、Ｍ、ａ、およびＲｄは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されているとおりである。
各発生時のＲｅは、独立して水素、ハロゲン、－ＯＲ、－ＮＲｙ２、－ＳＲｙ、－ＣＮ、－ＮＯ２、－ＳＯ２Ｒｙ、－ＳＯＲｙ、－ＳＯ２ＮＲｙ２、－ＣＮＯ、－ＮＲｙＳＯ２Ｒｙ、－ＮＣＯ、－Ｎ３、－ＳｉＲｙ３であるか、またはＣ１－２０脂肪族；窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有するＣ１－２０ヘテロ脂肪族；６～１０員のアリール；窒素、酸素、および硫黄から独立して選択された１～４個のヘテロ原子を有する５～１０員のヘテロアリール；ならびに窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択された１～２個のヘテロ原子を有する４～７員の複素環式化合物からなる群から選択される任意選択で置換された基である。

いくつかの実施形態では、部分

は、以下の構造を有する：

式中、Ｍ、ａ、Ｒｃ、およびＲｄのそれぞれは、上記ならびに本明細書のクラスおよびサブクラスで定義されたとおりである。

カルボニル化触媒がルイス酸性金属錯体を含むいくつかの実施形態では、金属原子は、包括的に周期表の２族～１３族から選択される。いくつかの実施形態では、Ｍは、周期表の４族、６族、１１族、１２族、および１３族から選択される遷移金属である。いくつかの実施形態では、Ｍは、アルミニウム、クロム、チタン、インジウム、ガリウム、亜鉛コバルト、または銅である。いくつかの実施形態では、Ｍは、アルミニウムである。他の実施形態では、Ｍは、クロムである。

いくつかの実施形態では、Ｍは、＋２の酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｐｄ（ＩＩ）、またはＭｇ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ｚｎ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ｃｕ（ＩＩ）である。

いくつかの実施形態では、Ｍは、＋３の酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｇａ（ＩＩＩ）、またはＭｎ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ａｌ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ｃｒ（ＩＩＩ）である。

いくつかの実施形態では、Ｍは、＋４の酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍは、Ｔｉ（ＩＶ）またはＣｒ（ＩＶ）である。

いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２は、それぞれ独立して、包括的に周期表の２族～１３族から選択される金属原子である。いくつかの実施形態では、Ｍは、周期表の４族、６族、１１族、１２族、および１３族から選択される遷移金属である。いくつかの実施形態では、Ｍは、アルミニウム、クロム、チタン、インジウム、ガリウム、亜鉛コバルト、または銅である。いくつかの実施形態では、Ｍは、アルミニウムである。他の実施形態では、Ｍは、クロムである。いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２は、同じである。いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２は、同じ金属であるが、異なる酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２は、異なる金属である。

いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２のうちの１つ以上は、＋２の酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｐｄ（ＩＩ）、またはＭｇ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ｚｎ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ｃｕ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｐｄ（ＩＩ）、またはＭｇ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ｚｎ（ＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ｃｕ（ＩＩ）である。

いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２のうちの１つ以上は、＋３の酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｇａ（ＩＩＩ）、またはＭｎ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ａｌ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ｃｒ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ａｌ（ＩＩＩ）、Ｃｒ（ＩＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩＩ）、Ｔｉ（ＩＩＩ）、Ｉｎ（ＩＩＩ）、Ｇａ（ＩＩＩ）、またはＭｎ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ａｌ（ＩＩＩ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ｃｒ（ＩＩＩ）である。

いくつかの実施形態では、Ｍ１およびＭ２のうちの１つ以上は、＋４の酸化状態を有する。いくつかの実施形態では、Ｍ１は、Ｔｉ（ＩＶ）またはＣｒ（ＩＶ）である。いくつかの実施形態では、Ｍ２は、Ｔｉ（ＩＶ）またはＣｒ（ＩＶ）である。

いくつかの実施形態では、触媒の金属中心のルイス酸性成分は、ジアニオン性四座配位子を含む。いくつかの実施形態では、ジアニオン性四座配位子は、ポルフィリン配位子、サレン配位子、ジベンゾテトラメチルテトラアザ［１４］アヌレン（ｔｍｔａａ）配位子、フタロシアニネート配位子、およびトロスト配位子からなる群から選択される。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、アルミニウムポルフィリン化合物と組み合わせたカルボニルコバルト酸塩を含む。いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］であり、ＴＰＰは、テトラフェニルポルフィリンを表し、ＴＨＦは、テトラヒドロフランを表す。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、クロムポルフィリン化合物と組み合わせたカルボニルコバルト酸塩を含む。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、クロムサレン化合物と組み合わせたカルボニルコバルト酸塩を含む。いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、クロムサロフェン化合物と組み合わせたカルボニルコバルト酸塩を含む。

いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、アルミニウムサレン化合物と組み合わせたカルボニルコバルト酸塩を含む。いくつかの実施形態では、カルボニル化触媒は、アルミニウムサロフェン化合物と組み合わせたカルボニルコバルト酸塩を含む。

いくつかの実施形態では、１つ以上の中性の２つの電子供与体は、Ｍ、Ｍ１、またはＭ２に配位し、金属原子の配位原子価を満たす。いくつかの実施形態では、中性の２電子供与体は、溶媒分子である。いくつかの実施形態では、中性の２電子供与体は、エーテルである。いくつかの実施形態では、中性の２電子供与体は、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、アセトニトリル、二硫化炭素、またはピリジンである。いくつかの実施形態では、中性の２電子供与体は、テトラヒドロフランである。いくつかの実施形態では、中性の２電子供与体は、エポキシドである。いくつかの実施形態では、中性の２電子供与体は、エステルまたはラクトンである。

以下の実施例は、単に例示的なものであり、本開示のいかなる側面も決して限定することを意味するものではない。

実施例１
膜プロセスフロー
この実施例では、溶媒（Ｓ、小分子）、生成物（Ｐ、小分子）、副生成物（Ｂ、小分子）、触媒（Ｃ、大分子）、および飽和溶存ガス（Ｇ、小分子）で構成される供給ストリーム（Ｆ）の成分を分離するための一般的な膜プロセスフローについて説明する。

供給ストリーム（Ｆ）は、圧力（Ｐ１）下で膜セルの保持側に導入される。同時に、溶媒（Ｓ）および飽和溶存ガス（Ｇ）からなる抽出流体（Ｅ）は、圧力下（Ｐ２）で並流または向流のいずれかで膜セルの透過側に導入される。この実施例のセットアップの例を図７に示す。この実施例の小分子は、１５０Ｄａ以下の式重量を有し、大分子は、５００Ｄａを超える式重量を有する。

膜の組成および構造は、Ｓ、Ｐ、Ｂ、およびＧが膜を横断することができるように選択され、Ｃは、その分子サイズのために膜を横断することができない。セルの保持側を出る流体は、ＰおよびＢが枯渇し、供給流体と実質的に同じ量のＳ、Ｃ、およびＧが、追加の処理のために反応器または保持タンクに戻される。セルの透過側を出る流体は、ＰおよびＢに富んでおり、抽出流体中の実質的に同じ量のＳおよびＧが、さらなる処理または透過タンクに送られる。別の言い方をすれば、透過側および保持側の濃度は、膜の保持側に集中している高分子量種（Ｃ）を除いて、すべての成分（Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｇ）でほぼ等しい。

一般的に、Ｐ１≧Ｐ２。供給流体と抽出流体との間の分圧勾配により、ＰおよびＢの両方が膜を介して移動する。この実施例では、Ｐ１およびＰ２の両方が０～７０ｂａｒｇ（０～１０２９ｐｓｉｇ）の範囲であり得、膜への損傷を回避または最小限に抑えるために、Ｐ１とＰ２との絶対差は、１５ｂａｒｇ（２２０ｐｓｉｇ）を超えない。少量のＳおよび／またはＧは、圧力勾配により、膜を通って保持側から透過側に移動し得る。

この実施例では、抽出流体（ＦＥ）の流量は、供給物（ＦＦ）の流量よりも大きいか、またはＦＥ≧ＦＦ、好ましくはＦＥ／ＦＦ≧１．５である。

反応器への保持液の戻りは、保持タンクに置き換えられ得、下流処理への透過供給は、透過タンクに置き換えられ得る。

Claims (17)

1. 膜分離システムであって、透過側および保持側を有する膜を備え、前記膜分離システムが、
   （ｉ）ベータラクトン、エポキシド、一酸化炭素、カルボニル化触媒、および溶媒を含む、供給ストリームを前記膜の前記保持側で受け取る、
   （ｉｉ）前記供給ストリームの１つ以上の成分で飽和した溶媒を含み、前記膜を横切る前記１つ以上の成分の流束を最小限に抑える、掃引ストリームを前記膜の前記透過側で受け取る、
   （ｉｉｉ）前記供給ストリームの少なくとも一部が前記膜を横切り、前記掃引ストリームと合流するときに形成され、ベータラクトンを含む、透過ストリームを前記膜の前記透過側で出力する、かつ
   （ｉｖ）前記供給ストリームの少なくとも一部が前記膜を横切った後、残りの供給ストリームから形成され、カルボニル化触媒および一酸化炭素を含む、保持ストリームを前記膜の前記保持側で保持する、ように構成される、膜分離システム。
2. 前記掃引ストリームが、向流である、前記供給ストリームが、前記膜の表面に沿って接線方向に通過する、またはその両方である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記掃引ストリーム中の前記１つ以上の成分が、一酸化炭素であり、前記掃引ストリームが、前記膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑える、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記膜分離システムが、供給ストリーム圧力で前記供給ストリームを受け取るように構成され、
   前記膜分離システムが、掃引ストリーム圧力で前記掃引ストリームを受け取るように構成され、
   前記掃引ストリーム圧力が、前記供給ストリーム圧力以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記膜分離システムが、プレートアンドフレーム膜システム、中空繊維膜システム、またはらせん膜システムである、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム。
6. ベータラクトン生成システムであって、
   カルボニル化システムであって、
   エポキシドを出力するように構成されたエポキシド源、
   一酸化炭素を出力するように構成された一酸化炭素源、
   （ｉ）前記エポキシド源からエポキシドおよび前記一酸化炭素源から一酸化炭素を受け取る、
   （ｉｉ）ベータラクトン、残留エポキシド、残留一酸化炭素、カルボニル化触媒、および反応溶媒を含む、生成物ストリームをカルボニル化触媒および反応溶媒の存在下で生成する、かつ
   （ｉｉｉ）前記生成物ストリームを出力する、ように構成されたカルボニル化反応容器、を備える、カルボニル化システムと、
   請求項１に記載の膜分離システムと、を備える、ベータラクトン生成システム。
7. 前記保持ストリームが、前記カルボニル化システムに再循環される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記カルボニル化システムが、
   前記カルボニル化反応容器に反応溶媒を出力するように構成された溶媒源をさらに備える、請求項６または７に記載のシステム。
9. 前記カルボニル化システムが、
   前記カルボニル化反応容器にカルボニル化触媒を出力するように構成された触媒源をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
10. カルボニル化法であって、
    エポキシド、一酸化炭素、カルボニル化触媒、および反応溶媒を組み合わせて、ベータラクトン、残留エポキシド、残留一酸化炭素、カルボニル化触媒、および反応溶媒を含む生成物ストリームを生成することと、
    前記生成物ストリームを膜分離システムと接触させることであって、前記膜分離システムが、透過側および保持側を有する膜を備え、前記生成物ストリームが、前記膜の保持側で前記膜分離システムと接触する、接触させることと、
    前記膜分離システムを前記膜の前記透過側の掃引ストリームと接触させることであって、前記掃引ストリームが、前記供給ストリームの１つ以上の成分で飽和した溶媒を含み、それにより、前記掃引ストリームが、前記膜を横切る前記１つ以上の成分の流束を最小限に抑える、接触させることと、
    前記膜の透過側に透過ストリームを出力することであって、前記透過ストリームが、前記供給ストリームの少なくとも一部が前記膜を横切り、前記掃引ストリームと合流するときに形成され、前記透過ストリームが、ベータラクトンを含む、出力することと、
    前記膜の前記保持側に保持ストリームを保持することであって、前記保持ストリームが、前記供給ストリームの少なくとも一部が前記膜を横切った後、残りの供給ストリームから形成され、前記保持ストリームが、カルボニル化触媒および一酸化炭素を含む、保持することと、を含む、カルボニル化法。
11. 前記掃引ストリームが、向流である、前記供給ストリームが、前記膜の表面に沿って接線方向に通過する、またはその両方である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記掃引ストリーム中の前記１つ以上の成分が、一酸化炭素であり、前記掃引ストリームが、前記膜を横切る一酸化炭素の流束を最小限に抑える、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記供給ストリームが、供給ストリーム圧力で前記膜分離システムに接触し、
    前記掃引ストリームが、掃引ストリーム圧力で前記膜分離システムに接触し、
    前記掃引ストリーム圧力が、前記供給ストリーム圧力以下である、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記膜分離システムが、３０バール～４０バールの膜貫通圧力を有し、前記膜分離システムが、一定の平均温度で作動する、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記掃引ストリーム中のベータラクトンの濃度よりも高い濃度のベータラクトンを前記供給ストリームに導入することによって、前記供給ストリームから前記透過ストリームへの前記ベータラクトンの流束を駆動することを含む、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記保持ストリームが、反応溶媒、一酸化炭素、エポキシドもしくはベータラクトン、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項１０～１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記膜分離システムが、プレートアンドフレーム膜システム、中空繊維膜システム、またはらせん膜システムである、請求項１０～１６のいずれか一項に記載の方法。

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