JP4160555B2 - 連続的カルボニル化方法 - Google Patents
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Description
I.反応ゾーンに、一酸化炭素、カルボニル化可能反応剤並びに塩素、臭素、ヨウ素及びこれらの化合物から選択されたハライドを連続的に供給する工程(但し、前記一酸化炭素、カルボニル化可能反応剤及びハロゲン化物は気相状態にある)、
II.工程Iの前記一酸化炭素、カルボニル化可能反応剤及びハライドを、イオン性液体及び第VIII族金属からなる非揮発性触媒溶液と、カルボニル化温度及び圧力条件下で連続的に接触させる工程(但し、前記温度は前記カルボニル化生成物の露点よりも高い)並びに
III.前記反応ゾーンから前記カルボニル化生成物を含む気体状排出物を連続的に回収する工程
を含んでなる方法を見出した。
I.反応ゾーンに、一酸化炭素、メチルアルコール及びヨウ化メチルを連続的に供給する工程(但し、前記一酸化炭素、メチルアルコール及びヨウ化メチルは気相状態にある)、
II.工程Iの前記一酸化炭素、メチルアルコール及びヨウ化メチルを、触媒溶液の全重量基準で50〜100重量%の、第四級アンモニウム塩又は第四級ホスホニウム塩から選択されたイオン性液体及びロジウムを含む非揮発性触媒溶液と、前記反応ゾーンを150〜240℃の温度及び3bara〜50baraの圧力に維持しながら、連続的に接触させる工程並びに
III.酢酸、酢酸メチル又はこれらの混合物を含む気体状排出物を前記反応ゾーンから連続的に回収する工程
を含む。
を有するヨウ化物化合物が含まれる。イオン性液体として使用することができる第四級アンモニウムヨージドは、式:
を有する複素環式ヨウ化物である。
この例は、本発明プロセスを利用する、上昇した圧力で、ロジウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドイオン性液体及び水の存在下での、メタノールのカルボニル化を示す。反応器に、反応器の頂部を通して、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド(14.15g、10mL)、三塩化ロジウム水和物(83.7mg、40.01重量%のRhを含有する)及び水(2mL)を、反応器の底を通して50標準立方センチメートル/分(SCCM)で流れる一酸化炭素と共に装入した。一酸化炭素流は、ガス分散及び触媒支持デバイスとして作用する5ミクロン焼結ハステロイC合金フィルターの下からの、液体の漏出を防止するために、触媒を反応器から取り出すまで維持した。反応器の頂部から底部の5ミクロン焼結ハステロイC合金フィルターまで伸びているハステロイC合金サーモウェルを、垂直ローディング及びセンシングチューブの頂部に取り付け、圧力変換器を圧力変換器サイドアームに取り付けた。このシステムを、50SCCMのCOで、200psig(13.8バールゲージ、barg)まで加圧した。3個の反応器ヒーターを180℃に設定した。反応器溶融物が180℃に達した後、CO流を372SCCMにまで増加させた。重量比メタノール/ヨウ化メチル/水=67/29/4からなる溶液を、反応器システムに0.25mL/分で供給した。液体供給物システムの密度は1.0g/mLであった。反応器内の圧力は、200〜210psig(13.8〜14.5barg)の範囲内であった。液体供給を開始した後、溶融物温度は192〜194℃まで上昇し、この範囲内に留まった。その結果を表Iに報告する。表Iに於いて、メタノール(MeOH)転化%=100(メタノール供給モル数−メタノール残留モル数)/(メタノール供給モル数)である。リットル−時間当たり製造された酢酸(HOAc)のモル数及びリットル−時間当たり製造された酢酸メチル(MeOAc)のモル数を、触媒溶液の体積が10mLであったと仮定して計算した。
この例は、本発明の方法を利用する、上昇した圧力で種々の供給速度で、ロジウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドイオン性液体の存在下で、水の不存在下での、メタノールのカルボニル化を示す。例1で使用したロジウム触媒を含有するイオン性液体を、反応器の中に留めた。液体供給物は、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30からなり、密度=1.0g/mLを有していた。液体供給速度、一酸化炭素供給速度及びイオン性液体の温度(溶融物温度)を、表IIに示す。設定温度及び到達圧力は、例1と同じであった。
例3は、水の存在下で、上昇した圧力で、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド及びヨウ化亜鉛を含むイオン性液体中に溶解させたイリジウム触媒を使用する、メタノールのカルボニル化を示す。ヨウ化亜鉛(8.53g)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド(7.23g)、三塩化イリジウム水和物(106.1mg、54.36重量%Ir)及び水(3mL)を、例1に記載した反応器に添加した。ヨウ化亜鉛/1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド混合物の体積は、7mLであった。反応器を、例1と同じ反応圧力及び温度にした。反応器溶融物が180℃に達した後、CO流を300SCCMにまで増加させた。重量比メタノール/ヨウ化メチル/水=67/29/4からなる溶液を、反応器システムに0.25mL/分で供給した。液体供給物システムの密度は1.0g/mLであった。反応器内の圧力は、200〜210psig(13.8〜14.5barg)の範囲内であった。液体供給を開始した後、溶融物温度は186〜188℃まで上昇し、この範囲内に留まった。その結果を表IVに報告する。
例4は、水の不存在下で、三つの異なった流量で、上昇した圧力で、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド及びヨウ化亜鉛からなるイオン性液体中に溶解させたイリジウム触媒を使用する、メタノールのカルボニル化を示す。例3で使用したイリジウム触媒を含有するイオン性液体を、反応器の中に留めた。液体供給物は、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30からなり、密度=1.0g/mLを有していた。液体供給速度、一酸化炭素供給速度及びイオン性液体の温度(溶融物温度)を、表Vに示す。設定温度及び到達圧力は、例3と同じであった。
この例は、水素及び水の存在下でのメタノールのカルボニル化のための、上昇した圧力で、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド及びメチルトリフェニルホスホニウムヨージドの混合物からなる溶融物中に溶解させたニッケルの使用を示す。1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド(11.67g)、メチルトリフェニルホスホニウムヨージド(2.46g)、ヨウ化ニッケル六水和物(0.883g)及び水(4mL)を、例1に記載した反応器の中に装入した。水(1.3g)、メタノール(1.3g)及び酢酸(0.7g)からなる溶液を使用して、反応器の中に残留固体を洗浄した。1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド/メチルトリフェニルホスホニウムヨージド/ヨウ化ニッケル混合物の体積は10mLであった。この反応器を、例1と同じ反応圧力及び温度にした。反応器溶融物が180℃に達した後、CO流を300SCCMにまで増加させ、43SCCMの水素をガス混合物に添加した。重量比メタノール/ヨウ化メチル/水=67/29/4からなる溶液を、反応器システムに0.25mL/分で供給した。液体供給物システムの密度は1.0g/mLであった。反応器内の圧力は、200〜210psig(13.8〜14.5barg)の範囲内であった。液体供給を開始した後、溶融物温度は約184℃まで上昇し、この値で留まった。その結果を表VIIに要約する。
この例は、1,3−ジメチルイミダゾリウムヨージド中のロジウムを使用する、メタノールのカルボニル化を示す。例1に記載した反応器に、1,3−ジメチルイミダゾリウムヨージド(19.94g、10mL)、三塩化ロジウム水和物(83.7mg、40.01重量%のRhを含有)、水(6.3g)、メタノール(1.0g)及び酢酸(1.5g)を、反応器の頂部を通して、反応器の底を通過する20標準立方センチメートル/分(SCCM)で流れる一酸化炭素と共に装入した。反応器の中への他の成分の装入を容易にするために、水、メタノール及び酢酸を使用した。反応器を200psig(13.8barg)まで加圧し、180℃に加熱した。一酸化炭素供給速度を300SCCMにまで増加させ、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30からなる液体供給物を、0.25mL/分で供給した。対応するメタノール転化率、製造されたHOAcモル数/L−時及び製造されたMeOAcモル数/L−時を表VIIIに示す。
この例は、ロジウム及び1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドの存在下での、プロピオン酸エチル及びプロピオン酸へのエタノールのカルボニル化を示す。例1で使用した反応器に、2mLの水の代わりに4mLの水を使用して、例1と同じように装入した。200psig(13.8barg)まで加圧し、180℃まで加熱した後、例2−2で使用した条件下で、次いで例2−5で使用した条件下で、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30からなる液体供給物を使用して、最初にメタノールをカルボニル化することによって、触媒活性を確立させた。メタノールカルボニル化を47.17時間実施し、その後、エタノール含有供給物に切り替えた。例2のものと同様の速度及び転化率が観察された。次いで、液体供給物を、0.13mL/分で供給される重量比エタノール/ヨウ化エチル=65.7/34.3からなる混合物に変更した。この供給物は、密度=1.0g/mLを有していた。一酸化炭素を150SCCMで供給した。サンプル7−1、7−2及び7−3を、これらの条件下で採った。サンプル7−4は、190℃に設定した炉、0.06mL/分での液体供給物及び75SCCMでのCOで採った。生成物を分析するために使用したガスクロマトグラフィー条件は、前の例で使用したものと同じであった。その結果を表IXに要約する。
この例は、ロジウム及び1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドの存在下での酢酸メチルのカルボニル化による、無水酢酸(Ac2O)の製造を示す。この例は、また、触媒系が、エタノール及び酢酸メチルカルボニル化の両方のために使用した後に、良好な活性を維持していることを示す。例7の触媒系を含有する反応器を、この例で使用した。例7−4の実験が完結した後に、炉温度を180℃まで低下させ、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30を、0.13mL/分で、150SCCMのCOと共に5.33時間供給した。圧力を200psig(13.8barg)で維持した。次いで、ガス供給物を、150SCCMのCO及び8SCCMの水素に変更し、重量比酢酸メチル/酢酸/ヨウ化メチル=65/21/14からなり、密度=1.0g/mLを有する液体供給物を、0.13mL/分で供給した。これらの条件を、18.83時間の一部分の間維持し、その後、表Xに示す生成物サンプルを集めた。これは、18.83時間の全期間の間CO−水素流は200psig(13.8barg)で維持されたけれども、液体供給物ポンプの機械的故障のためである。液体供給物ポンプを取り替えて、その後表Xのサンプルを集めた。
この例は、パラジウム及び1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドの存在下での、酢酸メチルのカルボニル化による無水酢酸(Ac2O)の製造を示す。例1の反応器に、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド(14.45g、10mL)及び酢酸メチル(3mL)中に溶解させた酢酸パラジウム(73.1mg、0.325ミリモル)の混合物を装入した。この反応器をCO(20SCCM)で200psig(13.8barg)まで加圧し、180℃まで加熱した。次いで、ガス供給物を、150SCCMのCO及び8SCCMの水素に変更し、重量比酢酸メチル/酢酸/ヨウ化メチル=65/21/14からなり、密度=1.0を有する液体供給物を、0.13mL/分で供給した。例9−1、9−2、9−3及び9−4を、これらの条件下で実施した。例9−5は、同じガス及び液体供給速度を使用し、190℃の炉温度で実施した。例9−6は、一酸化炭素及び液体供給速度を変化させないで、水素の不存在下で190℃で実施した。結果を表XIに要約する。
この例は、パラジウム及び1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドの存在下でのメタノールのカルボニル化を示す。例9の触媒系を含有する反応器を、この実施例で使用した。例9−6の実験が完結した後、炉温度を190℃で維持し、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30を、0.13mL/分で、150SCCMのCOと共に4時間供給した。圧力を、200psig(13.8barg)で維持した。生成物を生成物捕集タンクから取り出し、そして反応を続けた。例10−1、10−2、10−3、10−4及び10−5を、これらの条件下で実施した。例10−6及び10−7は、300SCCMのCOと共に、0.25mL/分での重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30で実施した。結果を表XIIに要約する。
この例は、コバルト及び1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドの存在下でのメタノールのカルボニル化を示す。例1の反応器に、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド(14.45g、10mL)及び水(3mL)中に溶解させた酢酸コバルト四水和物(498.2mg、2ミリモル)の混合物を装入した。この反応器をCO(20SCCM)で200psig(13.8barg)まで加圧し、190℃まで加熱した。次いで、ガス供給物を、150SCCMのCO及び8SCCMの水素に変更し、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30からなる液体供給物を、0.13mL/分で供給した。反応をこれらの条件下で3.7時間実施し、次いで生成物を生成物捕集タンクから取り出した。例11−1及び11−2を、これらの同じ条件下で実施した。例11−3は、水素の不存在下で、同じ一酸化炭素及び液体供給速度で実施した。結果を表XIIIに示す。
この例は、ロジウム及び1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージドの存在下で、1大気圧(1バール絶対)での、メタノールのカルボニル化を示す。この反応はガラス反応器内で実施した。この反応器には、ガスをガラスフリットの下に入れる15mmID(18mmOD)ガラスチューブ内に、粗いガラスフリットが含まれていた。このフリットは、ガス分散デバイスとして作用し、ガスが流れたときフリットの上にイオン性液体を含んでいた。15mmIDガラスチューブは、フリットを越えて更に5.5インチ(14cm)上方に伸び、次いで、25mmの内径を有する球に膨張していた。この球状領域は、触媒/イオン性液体混合物から、同伴された物質を捕獲し、戻すための膨張ゾーンとして作用した。球状領域の頂部は開いており、上方に更に5インチ(12.7cm)伸び続け、頂部で開いている10mmID(12mmOD)チューブに連結されていた。約2mmID(3mmOD)の生成物取り出しチューブが、球状領域の頂部の0.4インチ(1cm)上で、反応器の底に向かって下向きの角度で、10mmIDチューブの側に存在していた。反応器排出物は、最初に環境温度で、次いで−78℃で凝縮した。
この例は、ロジウム及びブチルトリドデシルホスホニウムヨージドの存在下でのメタノールのカルボニル化を示す。この例は、また、このカルボニル化が、CO/メタノールモル比=1で、速度及び転化率に悪影響を与えることなく実施できることを示す。例1の反応器に、ブチルトリドデシルホスホニウムヨージド(9.44g、59〜61℃のその融点よりも高い溶融状態で10mL)、三塩化ロジウム水和物(83.7mg、40.01重量%のRhを含有する)及びメタノール(11mL)を装入した。他の試薬の移送を容易にするために、メタノールを使用した。この反応器をCO(20SCCM)で200psig(13.8barg)まで加圧し、180℃まで加熱した。次いで、一酸化炭素供給速度を、150SCCMまで増加し、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30液体供給物を、0.13mL/分で供給した。液体供給速度を、反応の全過程を通して維持したが、溶融物温度及びガス供給速度は、表XIVに示すように変化させた。
この例は、ロジウム及びメチルトリブチルホスホニウムヨージドの存在下でのメタノールのカルボニル化を示す。この例は、また、本発明の方法を、100%のメタノール転化率で運転し、酢酸に富み、水及び酢酸メチルが低い生成物を製造できることを示す。例1の反応器に、メタノール(2.5g)中のメチルトリブチルホスホニウムヨージド(12.1g)の溶液、三塩化ロジウム水和物(171.4mg、40.01重量%のRhを含有する)及び水(3mL)を装入した。メタノール及び水を含有しない基準のメチルトリブチルホスホニウムヨージドの体積は10mLであった。反応器の中への他の反応剤の装入を容易にするために、メタノール及び水を使用した。この反応器をCO(20SCCM)で200psig(13.8barg)まで加圧し、209℃まで加熱した。次いで、一酸化炭素供給物を、150SCCMまで増加し、重量比メタノール/ヨウ化メチル=70/30液体供給物を、0.13mL/分で供給した。溶融反応媒体の温度を約220℃まで上昇させ、反応器の上部分を220℃で維持して、酢酸が反応器内で凝縮しないことを確実にした。この反応を、これらの条件下で3.5時間運転して、反応が定常状態になるようにした。次いで、捕集容器を排液し、例14−1、14−2及び14−3のサンプルを採った。次いで、液体供給速度0.06mL/分にまで低下させ、CO流を75SCCMにまで低下させた。ヒーター温度を、約220℃の溶融物温度を維持するように調節し、反応をこれらの条件下で3.58時間運転して、反応が定常状態になるようにした。次いで、捕集容器を排液し、例14−4のサンプルを採った。例14の全ての場合に、メタノール転化率は100%であった。表XVIに例14の結果を要約し、凝縮した生成物中に見出される水の重量%を含める。
この例は、2個のCO転化率レベルで、定常状態運転条件下でイオン性液体媒体中に存在する反応剤及び生成物の量を示す。この例で使用した反応器システムは、元の非攪拌ハステロイC反応器の代わりに、ディップチューブ、オーバーヘッド攪拌機及びバッフルを取り付けた300mLのハステロイCオートクレーブを使用した以外は、例1で使用したものと同様である。バンドヒーターによってオートクレーブヘッドを加熱し、加熱した移送ラインによって、オートクレーブを例1の縮合装置に連結した。反応剤混合物は、オートクレーブ中の触媒溶液と接触する前に、蒸気状態であった。
Claims (16)
- I.反応ゾーンに、気相状態にある、一酸化炭素、カルボニル化可能反応剤並びに塩素、臭素、ヨウ素及びこれらの化合物から選択されたハライドを連続的に供給する工程、
II.工程Iの前記一酸化炭素、カルボニル化可能反応剤及びハライドを、イオン性液体及び第VIII族金属を含む非揮発性触媒溶液と、カルボニル化温度及び圧力条件下で連続的に接触させる工程(但し、前記温度は前記カルボニル化生成物の露点よりも高い)並びに
III.前記反応ゾーンから前記カルボニル化生成物を含む気体状排出物を連続的に回収する工程
を含んでなるカルボニル化生成物の連続的製造方法。 - 前記触媒溶液が、該前記触媒溶液の全重量基準で、25〜100重量%の前記イオン性液体を含む請求項1に記載の方法。
- 前記触媒溶液が、前記触媒溶液の全重量基準で、50〜100重量%の前記イオン性液体を含む請求項2に記載の方法。
- 前記ハライドがヨウ化水素、分子状ヨウ素又は炭素数12以下のヨウ化アルキル若しくはヨウ化芳香族化合物である請求項3に記載の方法。
- 前記カルボニル化可能反応剤が炭素数10以下の、アルコール、エーテル及びカルボン酸エステルからなる群から選択される請求項4に記載の方法。
- 前記反応ゾーンの中に、前記一酸化炭素に対するモル比1:99〜1:2で、水素を供給することを更に含む請求項5に記載の方法。
- 更前記反応ゾーンの中に、前記カルボニル化可能反応剤に対するモル比0.01:1〜3:1で、水を供給することを更に含む請求項6に記載の方法。
- 前記カルボニル化生成物がカルボン酸、カルボン酸エステル、カルボン酸無水物及びこれらの混合物からなる群から選択され、前記カルボニル化可能反応剤がアルキルアルコール、ジアルキルエーテル、カルボン酸アルキルエステル及び8個以下の炭素原子を有しかつ、カルボニル化方法条件下で、水、アルコール又はカルボン酸と反応して、アルコール、エーテル又はカルボン酸エステルを生成するオレフィンからなる群から選択され、そして前記触媒溶液が、前記触媒溶液の全重量基準で50〜100重量%の、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩及び第三級スルホニウム塩から選択されたイオン性液体を含む請求項7に記載の方法。
- 前記イオン性液体が式:
を有する複素環式ヨウ化物からなる群から選択される請求項8に記載の方法。 - 前記第VIII族金属がRh、Ir、Ni、Co、Pd又はこれらの組合せを含む請求項8に記載の方法。
- 前記第VIII族金属がIrであり、そして前記触媒溶液がRe、Ru、Os、Pd及びPtからなる群から選択された少なくとも1種の金属促進剤を更に含み、前記金属促進剤の前記Irに対するモル比が0.1〜15である請求項11に記載の方法。
- 前記触媒溶液がZn、Ga、In、Cd、Hg、W及びMoの化合物からなる群から選択された少なくとも1種のルイス酸を更に含み、前記ルイス酸の前記イオン性液体に対するモル比が少なくとも1:1である請求項12に記載の方法。
- 前記第VIII族金属がIrであり、そして前記触媒溶液がZn、Ga、In、Cd、Hg、Re、W及びMoの化合物からなる群から選ばれた少なくとも1種のルイス酸を更に含み、前記ルイス酸の前記イオン性液体に対するモル比が少なくとも1:1である請求項11に記載の方法。
- 前記カルボニル化生成物が酢酸であり、前記カルボニル化可能反応剤がメチルアルコールであり、前記ハロゲン化物がヨウ化メチルであり、前記イオン性液体がメチルトリブチルホスホニウムヨージド、ブチルトリドデシルホスホニウムヨージド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヨージド又は1,3−ジメチルイミダゾリウムヨージドであり、前記第VIII族金属がロジウムであり、前記温度が150〜240℃であり、前記圧力が3bara〜50baraであり、そして前記気体状排出物が酢酸、酢酸メチル又はこれらの混合物を含む請求項11に記載の方法。
- 前記触媒溶液が、前記触媒溶液の全重量基準で、60〜100重量%の前記イオン性液体を含む請求項15に記載の方法。
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