JP3421405B2 - アルケンのオリゴマー化反応及びコオリゴマー化反応用の触媒組成物 - Google Patents

アルケンのオリゴマー化反応及びコオリゴマー化反応用の触媒組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な触媒組成物、並
びに該触媒組成物を用いた一つ又はそれ以上のアルケ
ン、特にα−アルケンのオリゴマー化及びコオリゴマー
化方法に係わる。更にいえば、エテンのオリゴマー化及
びコオリゴマー化方法に係わる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】エテン
の重合によるポリエチレン合成に代表される、チグラー
・ナッタ型の溶液触媒システムによるアルケンを含めた
オレフィンの重合方法は公知のものである。とりわけ、
低級オレフィンを高級オレフィンとするオリゴマー化方
法についても公知である。これらを開示する刊行物とし
ては、例えば、GB−A−1353873号公報があ
り、そこには炭素数4〜20個の直鎖α−オレフィンが
ニッケル含有触媒の存在下におけるエテンのオリゴマー
化から得られることが開示されている。これら直鎖α−
オレフィン、中でも炭素数6〜10個のものは洗剤、潤
滑性添加剤及びポリオレフィンの中間体として需要が大
きいものである。
【0003】しかしながら、このオリゴマー化反応では
無価値の生成物、例えば内部オレフィン、分岐状オレフ
ィン及び炭素数が6〜24個の範囲外であるオレフィン
なども生成するため、これら副生成物を更なる操作によ
って所望の直鎖α−オレフィンに変換しなければならな
い。
【0004】EP−A−0277003号及びEP−A
−0277004号公報は、共に、オレフィンの重合又
は共重合用の触媒組成物を開示する。これら触媒組成物
は、第一成分として、金属と結合し及びカチオンと反応
し得る置換基を含有するビス(シクロペンタジエニル)
チタニウム、ジルコニウム又はハフニウム化合物を含有
し、第二成分として触媒する反応の条件下で実質的に配
位結合能を有さないバルキーで不安定なアニオンと、プ
ロトン供与性のカチオンを有する化合物を含有してなる
組成物である。また、この二つのシクロペンタジエニル
基には置換基を有しているものもある。
【0005】ただし、ここで得られる生成物は、その分
子量が10万程度(実施例での測定による)の、いわゆ
るポリマーであり、前記公報では炭素数30以下のオレ
フィンに於て重要な物性となる直鎖性や二重結合の位置
等については何等、開示も教示もしていない。
【0006】本出願人らによるEP−A−044368
6号公報及び未公開の欧州特許出願第9220233
1.2号には、いずれも前述のような触媒組成物の存在
下で、エテンと少なくとも一つの他のα−オレフィンと
のコオリゴマー化方法を開示する、又は記載されてい
る。ただし、シクロペンタジエニル基はその一つ又は両
方に於て置換基を有するものも有る。好ましい実施態様
であり、唯一実施例にて支持されている配位子対はビス
−ペンタメチルシクロペンタジエニルである。ここで生
成するオリゴマーには、無価値の分岐状オレフィンや内
部オレフィンが、まだかなりの割合で含有されていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述のよ
うな触媒組成物であって、二つのシクロペンタジエニル
ラジカルが各々異なる1〜5個の炭化水素置換基で置換
され、そのいずれの置換基も金属と結合せず、且つ総置
換基数が2〜9個の範囲内である触媒組成物が、エテン
及び他の低級アルケンから高級アルケンのオリゴマー化
又はコオリゴマー化に特に有用な触媒であることを見出
だした。このような触媒組成物を用いた際には、炭素数
が4〜24の範囲内の、特に炭素数6〜10の直鎖α−
オレフィンが選択的に生成される。
【0008】即ち、本発明は、金属と結合し及びカチオ
ンと反応し得る置換基を更に含む置換ビス−シクロペン
タジエニルチタニウム、ジルコニウム又はハフニウム化
合物である第一成分と、触媒する反応の条件下で実質的
に配位結合能を有さないバルキーで不安定なアニオン、
及びカチオンを含有する化合物である第二成分とからな
る触媒組成物であって、二つのシクロペンタジエニルラ
ジカルが各々異なる1〜5個の炭化水素置換基で置換さ
れ、そのいずれの置換基も金属と結合せず、且つ総置換
基数が2〜9個の範囲内であることを特徴とする触媒組
成物である。
【0009】ここで、総置換基数は4〜8個であること
が好ましく、さらに、二つのシクロペンタジエニルラジ
カルのうちの一方が1個の置換基を有し、他方のシクロ
ペンタジエニルラジカルが5個の置換基を有しているこ
とがより好ましい。
【0010】また、二つのシクロペンタジエニルラジカ
ルのうちの少なくとも一方が、他方のシクロペンタジエ
ニルラジカル中に存在しない置換基を少なくとも一個有
していることが好ましい。
【0011】この触媒組成物は反応器中に導入する前に
調製するか又はその場で調製する。また、本発明は触媒
組成物のオリゴマー化又はコオリゴマー化工程への使用
方法も提供する。特に、エテン及び/又は炭素数3〜1
0個のα−アルケンのオリゴマー化又はコオリゴマー化
による炭素数4〜24個の直鎖α−アルケンの製造方法
を提供する。
【0012】本発明の触媒組成物の第一成分は、好まし
くは、一般式(Cp )(Cp MR[こ
こで、(Cp )(Cp はビス−シクロペンタ
ジエニル配位子対であり、各々異なる前述のような様々
な置換基で置換されている。Mはチタニウム、ジルコニ
ウム及びハフニウムからなる群から選択される金属であ
る。R及びRは互いに同一であるか又は異なってお
り無置換又は置換された炭化水素基、水素、又はハロゲ
ンの中から選択される。]で示される化合物である。
【0013】好ましくは、R1 及びR2 はアルキル基で
あり、通常、例えばメチルのような炭素数1〜5個のア
ルキル基である。
【0014】シクロペンタジエニルラジカル中の炭化水
素置換基は、好ましくは、無置換又は置換された炭素数
1〜10個のアルキルの中から選択され、より好ましく
は、メチル、エチル、イソプロピル、 tert-ブチル、シ
クロヘキシル、アダマンチル、フェニル、o-トルイル、
p-トルイル、2,5-ジメチルフェニル、 2-tert-ブチルフ
ェニル、2,5-ジ-tert-ブチルフェニル又はメシチルの中
から選択される。
【0015】置換ビス−シクロペンタジエニル配位子対
の好適な例は、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
(メチルシクロペンタジエニル)、(ペンタメチルシク
ロペンタジエニル)(エチルシクロペンタジエニル)、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(イソプロピル
シクロペンタジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタ
ジエニル)(tert- ブチルシクロペンタジエニル)、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(シクロヘキシ
ルシクロペンタジエニル)、(ペンタメチルシクロペン
タジエニル)(アダマンチルシクロペンタジエニル)、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(フェニルシク
ロペンタジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジエ
ニル)(o-トルイルシクロペンタジエニル)、(ペンタ
メチルシクロペンタジエニル)(p-トルイルシクロペン
タジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
(2,5-ジメチルフェニルシクロペンタジエニル)、(ペ
ンタメチルシクロペンタジエニル)(2-tert- ブチルフ
ェニルシクロペンタジエニル)、(ペンタメチルシクロ
ペンタジエニル)(2,5-ジ-tert-ブチルフェニルシクロ
ペンタジエニル)及び(ペンタメチルシクロペンタジエ
ニル)(メシチルシクロペンタジエニル)である。
【0016】金属の好適な例はジルコニウム及びハフニ
ウムである。
【0017】この様な錯体は、例えば、『Lappert et a
l, Chemistry of Organo-Zirconiumand Hafnium Compou
nds, John Wiley and Sons, Chichester, England, 198
6』記載の経路で製造することができる。
【0018】本発明の触媒組成物の第二成分は、多数の
ホウ素原子及びプロトン供与性カチオンを含有するバル
キーなアニオンのイオン結合体であることが好ましく、
該アニオンは、触媒する反応の条件下において実質的に
配位結合能の無いものである。
【0019】この様に、前記アニオンは第一成分のビス
−シクロペンタジエニル金属とは配位結合しないか、又
はしたとしても弱いものでなければならない。ホウ素を
含有する非配位結合アニオンは、好ましくは、カルボラ
ンアニオンである。好適な例としては、式B11CH12 -
のカルボランアニオンである。このようなカルボランは
公知であり、例えば、『Shelly et al, J. Am. Chem. S
oc. 107, 5955-5959,1985』記載の方法で調製すること
ができる。その他の、アニオンを含有するバルキーなボ
ロンとしては、例えば、テトラ(パーフルオロフェニ
ル)ボロンアニオンも使用可能である。プロトン供与性
カチオンとしては、好ましくは、トリアルキルアンモニ
ウムカチオンのような4級アンモニウムカチオンであ
り、例えばトリ−n−ブチルアンモニウムカチオンであ
る。
【0020】また、金属イオン(例えば、銀イオン)又
はトリフェニルカルベニウムイオンの様なプロトンを供
与しないカチオンも使用可能である。
【0021】この触媒組成物は、二つの成分を混合する
ことで調製しても良いが、好ましくは、トルエン、クロ
ロベンゼン、アルカン又はアルケンのような適当な溶媒
の溶液中で溶液触媒システムとして調製する。
【0022】これら二つの成分は、一般には実質的に等
モル量で使用するが、第一成分と第二成分のモル比が
0.1〜5.0の範囲内であれば使用可能である。この
様な触媒システムは、量的には反応混合物中に於いて、
反応するオレフィン1モル当たりに10-1〜10-7グラ
ム原子、特に10-3〜10-5グラム原子の金属が含有さ
れるように添加されるのが通常である。
【0023】本発明によるオリゴマー化反応はバッチ式
でも連続式でも行える。
【0024】オリゴマー化反応は、一般に(必須ではな
いが)、触媒成分の好適な溶媒でもある不活性な液体中
で行う。この反応は加熱下で行い、好ましくは、温度が
20〜175℃の範囲内、より好ましくは、50〜15
0℃の範囲内で行う。また、この反応は、適度な加圧の
もとで行い、好ましくは、圧力が100〜10000k
Paの範囲内、より好ましくは、500〜6000kP
aの範囲内で行う。
【0025】特別な反応系において所望の直鎖α−アル
ケンの収率を最大とするための温度及び圧力の最適な条
件は、当業者によって容易に設定され得るが、70〜9
0℃間の温度及び4000〜6000kPa間の圧力
が、本発明の触媒システムにとって特に有効であること
を付言しておく。
【0026】反応物が気体の場合は、窒素又はヘリウム
等の不活性な希釈媒と共に反応器中に供給し、反応物が
液状の場合は液体溶媒、例えば触媒成分の溶媒と同一の
ものと共に反応器中に供給する。
【0027】反応は空気や水分を除去した状態で行うこ
とが好ましい。
【0028】反応時間は1分〜5時間の範囲が好適であ
り、これらは触媒システムの活性化度や反応条件によっ
て変わる。設定した反応時間が過ぎたならば、水、メタ
ノール又は他のアルコールのような通常の触媒失活剤を
反応混合物中に(必要ならば)加えて反応を停止させ
る。また、単純に空気を導入することで停止する場合も
ある。
【0029】アルケンの混合物である生成物は、炭素数
5〜24個の鎖長を有する直鎖α−アルケンがほとんど
であり、炭素数6〜10個の鎖長を有するものが特に優
先的に生成している。これらを従来公知の蒸留法及び分
離法で回収し、必要ならば、未反応物やその分子量が所
望の分子量範囲から外れるオリゴマー化物を回収し、続
くオリゴマー化反応の原料として再利用する。
【0030】続く実施例によって本発明より詳細に説明
する。
【0031】
【実施例】実施例1〜7 実験操作は厳密な非酸素及び非水系のもとで行った。
【0032】触媒溶液をトルエンを溶媒として用い、3
0ml中に第一成分として0.25mmolの(Cp
)(Cp MRが含有されるように調製した。
ここでMはジルコニウムであり、Rはジメチル、そし
(Cp )(Cp は、 実施例1(比較実験)ではビス−ペンタメチルシクロペ
ンタジエニルであり、 実施例2(比較実験)ではビス−メチルシクロペンタジ
エニルであり、 実施例3(比較実験)ではビス−イソプロピルシクロペ
ンタジエニルであり、 実施例4(比較実験)ではビス−tert−ブチルシク
ロペンタジエニルであり、 実施例5では(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
(メチルシクロペンタジエニル)であり、 実施例6では(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
(イソプロピルシクロペンタジエニル)であり、 実施例7では(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
(tert−ブチルシクロペンタジエニル)である。
【0033】第二成分としては、いずれの場合も70m
l中に0.05mmolのBu3 NHB11CH12(トリ
−n−ブチルアンモニウム 1−カルバドデカルボレイ
ト)が含有されるように調製した。
【0034】本触媒組成物の第二成分は、先ず、500
mlのオートクレーブ中に入れ、続いてエテンにより1
000kPaまで加圧し、温度を90℃とした。
【0035】続いて、本触媒組成物の第一成分を添加し
反応を開始させた。反応中、消費されるエテンを新たに
チャージし続け、圧力を1000kPaに維持した。
【0036】(予め決めた)反応時間が経過した所で水
を注入して反応を止めた。生成物の分画は気液クロマト
グラフィーにより確認した。
【0037】反応中、消費されたエテンの総量、生成し
たC4 、C6 〜C10、及びC12+ のオレフィンの総量、
並びにα−、β−及び分岐状ヘキセンの比率(重量%)
を表1に示した。
【0038】
【表1】
【0039】実施例8〜10 第一成分としては、1mmol(実施例8及び9)、又
は0.25mmol(実施例10)の(Cp )(C
を使用した。ここでMはハフニウムであり、R
はジメチル、そして(Cp )(Cp は、 実施例8(比較実験)ではビス−ペンタメチルシクロペ
ンタジエニルであり、 実施例9(比較実験)ではビス−tert−ブチルシク
ロペンタジエニルであり、 実施例10では(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
(tert−ブチルシクロペンタジエニル)である。
【0040】第二成分としては、1mmol(実施例8
及び9)、又は0.1mmol(実施例10)のBu3
NHB11CH12(トリ−n−ブチルアンモニウム 1−
カルバドデカカルボレイト)を使用し、オートクレーブ
中のトルエン溶媒の総量を270ml(実施例8及び
9)、又は70ml(実施例10)とした。上記以外は
実施例1〜7の時と同じ手順で行った。
【0041】反応中、消費されたエテンの総量、生成し
たC4 、C6 〜C10、及びC12+ のオレフィンの総量、
並びにα−、β−及び分岐状ヘキセンの比率(重量%)
を表2に示した。
【0042】
【表2】
【0043】実施例11〜13 実施例11〜13は、触媒組成物中の第一及び第二成分
をそれぞれ15及び60mlのトルエン中に溶解するこ
とと、第二成分と共に210mmolの1−ペンテン
(エテンと反応するコモノマー)をオートクレーブ中に
注入すること以外は、それぞれ実施例1及び2(比較実
験)並びに実施例5と同じ手順で、実施例11、12及
び13を行った。
【0044】反応中、消費されたエテンの総量、生成し
たC4 、C6+8+10、C7+9+11及びC12+ のオレフィンの
総量、並びにα−、β−及び分岐状ヘキセン及びヘプテ
ンの比率(重量%)を表3に示した。
【0045】
【表3】
【0046】これら実施例より、本発明の触媒組成物は
エテンのオリゴマー化反応(実施例5〜7及び10)、
並びにエテン及びヘプテンのコオリゴマー化反応(実施
例13)に使用した際、比較実験での触媒組成物に対し
て直鎖α−オレフィンの生成反応を選択的に促進してい
る点で優れていることが分かる。
【0047】
【発明の効果】 エテンのオリゴマー化反応、並びにエ
テン及びα−アルケンのコオリゴマー化反応に於て、直
鎖α−オレフィンの生成反応を選択的に促進する触媒組
成物が得られた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C10G 50/00 C10G 50/00 (56)参考文献 特開 平6−65110(JP,A) 特開 平5−202138(JP,A) 特開 平5−25215(JP,A) 特開 平4−211616(JP,A) 特開 平2−169526(JP,A) 特開 平4−25514(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 4/60 - 4/70 C07C 2/00 - 2/88 C10G 50/00 - 50/02 B01J 21/00 - 38/74

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属と結合し及びカチオンと反応し得る
    置換基を更に含む置換ビス−シクロペンタジエニルチタ
    ニウム、ジルコニウム又はハフニウム化合物を第一成分
    とし、触媒する反応の条件下で実質的に配位結合能のな
    いバルキーで不安定なアニオン及びカチオンを含有する
    化合物を第二成分として含有する、エテン及び/又は炭
    素3〜10個のα−アルケンのオリゴマー化あるいはコ
    オリゴマー化用触媒組成物であって、二つのシクロペン
    タジエニルラジカルの各々が1〜5個の炭化水素置換基
    で置換され、該二つの置換シクロペンタジエニルラジカ
    ルが互いに異なっていて、且つ該置換基が金属と結合せ
    ず、該置換基の総数が2〜9個であることを特徴とする
    前記触媒組成物。
  2. 【請求項2】 二つのシクロペンタジエニルラジカルの
    うち一方が1個の置換基を有し、他方のシクロペンタジ
    エニルラジカルが5個の置換基を有することを特徴とす
    る請求項1記載の触媒組成物。
  3. 【請求項3】 二つのシクロペンタジエニルラジカルの
    うちの少なくとも一方が、他方のシクロペンタジエニル
    ラジカルに存在しない置換基を少なくとも一つ有してい
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の触媒組成物。
  4. 【請求項4】 触媒の第一成分が、一般式(Cp
    (Cp MRの化合物[ここで、(C
    )(Cp はビス−シクロペンタジエニル配
    位子対であり、請求項1に記載された置換基を有し、M
    はチタニウム、ジルコニウム及びハフニウムからなる群
    から選択される金属であり、R及びRは互いに同一
    であるか又は異なっており、無置換又は置換された炭化
    水素基、アルコキシ基、水素、ハロゲンの中から選択さ
    れる。]であることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    かに記載の触媒組成物。
  5. 【請求項5】 R及びRが、炭素数1〜5個の、無
    置換のアルキル基であることを特徴とする請求項4記載
    の触媒組成物。
  6. 【請求項6】 シクロペンタジエニルラジカル中の炭化
    水素置換基が、炭素数1〜10個の、無置換又は置換さ
    れたアルキル及びアリールの中から選択されることを特
    徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の触媒組成物。
  7. 【請求項7】 シクロペンタジエニルラジカル中の炭化
    水素置換基が、メチル、エチル、イソプロピル、ter
    t−ブチル、シクロヘキシル、アダマンチル、フェニ
    ル、o−トルイル、p−トルイル、2,5−ジメチルフ
    ェニル、2−tert−ブチルフェニル、2,5−ジ−
    tert−ブチルフェニル及びメシチルの中から選択さ
    れることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の
    触媒組成物。
  8. 【請求項8】 置換ビス−シクロペンタジエニル配位子
    対が(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(メチルシ
    クロペンタジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジ
    エニル)(エチルシクロペンタジエニル)、(ペンタメ
    チルシクロペンタジエニル)(イソプロピルシクロペン
    タジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
    (tert−ブチルシクロペンタジエニル)、(ペンタ
    メチルシクロペンタジエニル)(シクロヘキシルシクロ
    ペンタジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジエニ
    ル)(アダマンチルシクロペンタジエニル)、(ペンタ
    メチルシクロペンタジエニル)(フェニルシクロペンタ
    ジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
    (o−トルイルシクロペンタジエニル)、(ペンタメチ
    ルシクロペンタジエニル)(p−トルイルシクロペンタ
    ジエニル)、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)
    (2,5−ジメチルフェニルシクロペンタジエニル)、
    (ペンタメチルシクロペンタジエニル)(2−tert
    −ブチルフェニルシクロペンタジエニル)、(ペンタメ
    チルシクロペンタジエニル)(2,5−ジ−tert−
    ブチルフェニルシクロペンタジエニル)及び(ペンタメ
    チルシクロペンタジエニル)(メシチルシクロペンタジ
    エニル)の中から選択されることを特徴とする請求項1
    〜7のいずれかに記載の触媒組成物。
  9. 【請求項9】 触媒の第二成分が多数のホウ素原子を含
    有し、触媒する反応の条件下で実質的に配位結合能を有
    さないバルキーなアニオン、及びカチオンのイオン結合
    体であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記
    載の触媒組成物。
  10. 【請求項10】 ホウ素原子を含有し配位結合能を有さ
    ないアニオンがカルボランアニオンであることを特徴と
    する請求項9記載の触媒組成物。
  11. 【請求項11】 カルボランアニオンが式B11CH
    12 で表されることを特徴とする請求項10記載の触
    媒組成物。
  12. 【請求項12】 カチオンがプロトン供与性カチオンで
    あることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載
    の触媒組成物。
  13. 【請求項13】 プロトン供与性カチオンが4級アンモ
    ニウムカチオンであることを特徴とする請求項12に記
    載の触媒組成物。
  14. 【請求項14】 カチオンが銀イオンであることを特徴
    とする請求項9〜11のいずれかに記載の触媒組成物。
  15. 【請求項15】 請求項1〜14のいずれかに記載の触
    媒組成物を用いるエテン及び/又は炭素数3〜10個の
    α−アルケンのオリゴマー化あるいはコオリゴマー化に
    よる炭素数4〜24個の直鎖α−アルケンの製造方法。
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