JP4808401B2 - エチレン性不飽和化合物のカルボニル化の方法 - Google Patents

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Description

本発明は、触媒系の存在下における一酸化炭素との反応によるエチレン性不飽和化合物のカルボニル化に関する。
アルコール又は水と、VIII族の金属、例えばパラジウム、及びホスフィン配位子、例えばアルキルホスフィン、シクロアルキルホスフィン、アリールホスフィン、ピリジルホスフィン又は二座ホスフィンを含む触媒系との存在下での、一酸化炭素を使用するエチレン性不飽和化合物のカルボニル化は、数多くの欧州特許及び特許出願に記載されている。例えば、欧州特許出願第0055875号明細書、欧州特許出願第04489472号明細書、欧州特許出願第0106379号明細書、欧州特許出願第0235864号明細書、欧州特許出願第0274795号明細書、欧州特許出願第0499329号明細書、欧州特許出願第0386833号明細書、欧州特許出願第0441447号明細書、欧州特許出願第0489472号明細書、欧州特許出願第0282142号明細書、欧州特許出願第0227160号明細書、欧州特許出願第0495547号明細書、欧州特許出願第0495548号明細書である。特に、欧州特許出願第0227160号明細書、欧州特許出願第0495547号明細書及び欧州特許出願第0495548号明細書は、二座ホスフィン配位子が高い反応速度を達成可能とする触媒系を与えることを開示している。
すでに開示された触媒系の主な問題は、比較的高い反応速度が達成可能であるものの、パラジウム触媒の失活が速やかで工業的に魅力がない点である。
国際公開第96/19434号パンフレットには、特定の群の二座ホスフィン化合物が、補充がほとんど又は全く不要である著しく安定な触媒を提供することが可能であり、そのような二座触媒の使用により、すでに開示されているものより著しく高い反応速度が得られ、高転化率で不純物がほとんど又は全く形成されないことが開示されている。
さらに、国際公開第96/19434号パンフレットには、同じ触媒方法をプロペンに関して使用するのは困難であったことが開示されている。
国際公開第01/68583号パンフレットは、外部から加えられた非プロトン性溶媒が存在する場合に、C3以上の炭素原子を有する高級アルケンに対して利用された同じ方法の速度を開示している。国際公開第96/19434号パンフレットは、実施例において30×105N・m-2及び100℃の反応条件を利用している。同様に、国際公開第01/68583号パンフレットは、30及び60barの一酸化炭素及びやはり100℃を開示している。国際公開第96/19434号パンフレットにおける最も好ましい温度範囲は70〜120℃であり、最も好ましい圧力は5×105から50×105N・m-2である。同様に、国際公開第01/68583号パンフレットにおいて、最も好ましい温度範囲は80〜120℃であり、最も好ましい分圧は5から65barの範囲である。
驚くべきことに、向上した選択性及び最終生成物の向上した直鎖性が、従来技術により教示されるより低い温度及び低い一酸化炭素圧力の条件下で得られることが見いだされた。さらに驚くべきことに、国際公開第01/68583号パンフレットによる教示とは違い、これを達成するのに非プロトン性溶媒は必要でない。
本発明の第1の態様によれば、水酸基の供給源及び触媒系の存在下でエチレン性不飽和化合物と一酸化炭素とを反応させる工程を含むエチレン性不飽和化合物のカルボニル化の方法であって、前記触媒系が:
(a)VIII族の金属又はその化合物と、
(b)一般式(I)の二座ホスフィンと
Figure 0004808401
の組み合わせにより得られ、ここで、
Arは、リン原子が利用可能な隣接炭素原子に結合され、任意に置換されるアリール部分を含む架橋基であり、
A及びBは、それぞれ独立して低級アルキレンを表し、
K、D、E及びZはアリール部分(Ar)の置換基であり、それぞれ独立して水素、低級アルキル、アリール、Het、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、C(S)R2526、SR27、C(O)SR27又は−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18
を表し、Jは低級アルキレンを表し、又はK、Z、D及びEから選択される2つの隣接基が、それらが結合されたアリール環の炭素原子と共に、更なるフェニル環を形成し、該フェニル環は、水素、低級アルキル、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、C(S)R2526、SR27又はC(O)SR27から選択される一種以上の置換基で任意に置換され、
1からR18は、それぞれ独立して低級アルキル、アリール又はHetを表し、
19からR27は、それぞれ独立して水素、低級アルキル、アリール又はHetを表し、
1、Q2及びQ3(存在する場合)は、それぞれ独立してリン、ヒ素又はアンチモンを表し、後者2つの場合は、上記ホスフィン又はリンへの言及は適宜に修正され、
前記カルボニル化反応は、−30℃から49℃の間の温度、及び30×105N・m-2未満のCO分圧下で実施される方法が提供される。
より具体的には、水及び分岐又は直鎖のアルカノール(ここで、前記アルカノールはアリールアルカノールを含むとともに特にC〜C30アルカノールであり、C〜C10アルキル、アリール、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、C(S)R2526、SR27又はC(O)SR27から選択される一種以上の置換基によって任意に置換されてもよい)からなる水酸基含有化合物から選択される水酸基の供給源及び触媒系の存在下で、プロペン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、3−ペンテン及びそれらの分岐異性体、1−ヘキセン及びその異性体、1−ヘプテン及びその異性体、1−オクテン及びその異性体、1−ノネン及びその異性体、1−デセン及びその異性体、C11〜C20アルケン及びそれらの異性体、3−ペンテンニトリル、メチル−3−ペンテノエート、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、1,3−シクロヘキサジエン、2,4−プタジエン及び2−メチル1,3−ブタジエンから独立して選択されるC〜C20エチレン性不飽和化合物と一酸化炭素とを反応させる工程を含むC〜C20エチレン性不飽和化合物のカルボニル化の方法であって、前記触媒系が、
(c)パラジウム又はその化合物と、
(d)ビス(ジ−t−ブチルホスフィノ)−o−キシレン(1,2ビス(ジ−t−ブチルホスフィノメチル)ベンゼンとしても知られる)、1,2ビス(ジアダマンチルホスフィノメチル)ベンゼン、1,2ビス(ジアダマンチルホスフィノメチル)ナフタレン、1,2ビス(ジ−t−ペンチルホスフィノ)−o−キシレン(1,2ビス(ジ−t−ペンチル−ホスフィノメチル)ベンゼンとしても知られる)、及びビス1,2(ジ−t−ブチルホスフィノ)ナフタレンからなる群から選択される二座ホスフィン
の組み合わせにより得られ、ここで
19からR27は、それぞれ独立して水素、C〜C10アルキル又はアリールを表し
前記カルボニル化は、−30℃から49℃の間の温度、及び30×10N・m−2未満のCO分圧下で実施される方法が提供される。
そのような方法を、以下では「本発明の方法」と称する。
好ましくは、K、D、E又はZが−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を示す場合、それぞれのK、D、E又はZは、A若しくはBが結合しているアリール炭素に隣接しているアリール炭素上にあり、あるいは、もしそのように隣接していなければ、それ自体が−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を示す残りのK、D、E又はZの基に隣接している。
好適には、本発明の方法は、一酸化炭素及び水酸基含有化合物の存在下、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化を触媒するために使用可能である。すなわち、本発明の方法は、使用する水酸基含有化合物の選択に応じて、エチレン性不飽和化合物のそれぞれ対応するカルボン酸又はエステルへの転化を触媒することが可能である。好都合なことに、本発明の方法は、典型的なカルボニル化反応条件の下で非常に安定した化合物を使用し、その化合物はほとんど又は全く補充を必要としない。好都合なことに、本発明の方法は、既知の方法と比較して、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化反応速度が向上する。好都合なことに、本発明の方法は、エチレン性不飽和化合物の転化率の向上を促進し、これによって高収率で不純物をほとんど又は全く含まない好ましい生成物が得られる。従って、本発明の方法を使用することにより、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化等のカルボニル化法の商業的実行可能性が高められる。
ここに使用する用語「Ar」又は「アリール」は、フェニル及びナフチル等の6から10員の炭素環式の芳香族基を含み、これらの基は、K、D、E又はZに加えて、アリール、低級アルキル(以下に定義されているように、アルキル基はそれ自体、任意に置換されるか、又は末端処理されてもよい)、Het、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、SR27、C(O)SR27又はC(S)NR2526から選択される一種以上の置換基により任意に置換されている。ここで、R19からR27は、それぞれ独立して水素、アリール又は低級アルキル(以下に定義されているように、アルキル基はそれ自体、任意に置換されるか、又は末端処理されてもよい)を表す。
ここに使用する用語「Het」は、4から12員の、好ましくは4から10員の環構造を含み、該環は、窒素、酸素、硫黄及びこれらの混合から選択される一種以上のヘテロ原子を含み、一つ以上の2重結合を含んでいてもよく、又は特性として非芳香性、部分的に芳香性、若しくは全芳香性であってもよい。前記環構造は単環型でも二環型でもよく、又はこれらが融合していてもよい。ここで特定される「Het」基は、ハロ、シアノ、ニトロ、オキソ、低級アルキル(以下に定義されているように、アルキル基はそれ自体、任意に置換されるか、又は末端処理されてもよい)、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、SR27、C(O)SR27又はC(S)NR2526から選択される一種以上の置換基によって任意に置換される。ここで、R19からR27は、それぞれ独立して水素、アリール又は低級アルキル(以下に定義されているように、アルキル基はそれ自体、任意に置換されるか、又は末端処理されてもよい)を表す。従って、用語「Het」は、任意に置換されるアゼチジニル、ピロリジニル、イミダゾリル、インドリル、フラニル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、オキサジアゾリル、チアゾリル、チアジアゾリル、トリアゾリル、オキサトリアゾリル、チアトリアゾリル、ピリダジニル、モルホリニル、ピリミジニル、ピラジニル、キノリニル、イソキノリニル、ピペリジニル、ピラゾリル及びピペラジニル等の基を含む。Hetの置換は、Het環の炭素原子で行われてもよく、必要に応じて一つ以上のヘテロ原子で行われてもよい。
「Het」基は、さらにN酸化物の形をしていてもよい。
ここに使用する用語「低級アルキル基」は、C1からC10アルキル基を意味し、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル及びヘプチル基を含む。別段の定めがない限り、十分な数の炭素原子がある場合には、アルキル基は直鎖でも分岐でもよく、飽和でも不飽和でもよく、環式、非環式、又は部分的に環式及び非環式でもよく、及び/又はハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、SR27、C(O)SR27、C(S)NR2526、アリール又はHetから選択される一種以上の置換基によって置換されてもよいし末端処理されてもよい。ここで、R19からR27は、それぞれ独立して水素、アリール若しくは低級アルキルを表し、及び/又は一つ以上の酸素若しくは硫黄原子、又はシラノ若しくはジアルキルシリコン基に割り込まれてもよい。
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、K、D、E及びZで表され、アリール及びHetの置換基となり得る低級アルキル基は、十分な数の炭素原子がある場合、直鎖でも分岐でもよく、飽和でも不飽和でもよく、環式、非環式、又は部分的に環式及び非環式でもよく、及び/又は一つ以上の酸素若しくは硫黄原子、又はシラノ若しくはジアルキルシリコン基に割り込まれてもよく、及び/又は、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、SR27、C(O)SR27、C(S)NR2526、アリール又はHetから選択される一種以上の置換基によって置換されてもよい。ここで、R19からR27は、それぞれ独立して水素、アリール又は低級アルキルを表す。
同様に、A、B及びJ(存在する場合)により式Iの化合物中で表される用語「低級アルキレン」は、ここで使用する場合にはC1からC10基を含み、C1からC10基は該基上の2箇所で結合可能であり、その他の点は「低級アルキル」と同じ定義である。
前述の基を置換又は末端処理するハロ基は、フルオロ、クロロ、ブロモ及びヨードを含む。
式(I)の化合物がアルケニル基を含んでいる場合、シス(E)及びトランス(Z)異性をさらに生じてもよい。本発明は、式(I)の化合物の個々の立体異性体を含み、適切である場合は、その個々の互変異性体、その混合物をも含む。ジアステレオ異性体、又はシス及びトランス異性体の分離は、従来の技術、すなわち式(I)の化合物又はその適切な塩若しくは誘導体の立体異性の混合物の分別結晶化、クロマトグラフィ又はH.P.L.C.等によって行ってもよい。式(I)の化合物の個々の鏡像異性体は、対応する光学的に純粋な中間物から調製してもよく、適切なキラル担体を用いて、対応するラセミ化合物からH.P.L.C.等の分割によって調製してもよく、又は光学活性を有する適切な酸若しくは塩基と対応するラセミ化合物の反応によって生成されたジアステレオマーの塩類の分別結晶化によって調製してもよい。
全ての立体異性体は、本発明の方法の範囲内に含まれる。
式I(b)の化合物は、VIIIB族の金属又はその化合物(a)に配位する配位子として機能して、本発明で使用される化合物を生成してもよいことは当業者には理解されよう。一般的に、VIIIB族の金属又はその化合物(a)は、式Iの化合物の一つ以上のリン、ヒ素及び/又はアンチモン原子に配位する。
好ましくは、R1からR18は、それぞれ独立して低級アルキル又はアリールを表す。より好ましくは、R1からR18は、それぞれ独立してC1からC6アルキル、C1〜C6アルキルフェニル(ここで定義されているように、前記フェニル基は任意に置換される)、又はフェニル(ここで定義されているように、前記フェニル基は任意に置換される)を表す。さらに好ましくは、R1からR18は、それぞれ独立してC1からC6アルキルを表し、該C1からC6アルキルは、任意に置換される。最も好ましくは、R1からR18は、それぞれ、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロヘキシル等の非置換のC1からC6のアルキルを表す。
あるいは、又はさらに、R1からR3、R4からR6、R7からR9、R10からR12、R13からR15又はR16からR18の各基がともに、独立して1−ノルボルニル又は1−ノルボルナジエニル等の環状構造を形成してもよい。あるいは、前記基の一つ以上は、配位子が結合している固相を表してもよい。
本発明の特に好ましい実施形態では、R1、R4、R7、R10、R13及びR16は、ここで定義されているように、それぞれ同じ低級アルキル、アリール又はHet部分を表し、R2、R5、R8、R11、R14及びR17は、ここで定義されているように、それぞれ同じ低級アルキル、アリール又はHet部分を表し、R3、R6、R9、R12、R15及びR18は、ここで定義されているように、それぞれ同じ低級アルキル、アリール又はHet部分を表す。より好ましくは、R1、R4、R7、R10、R13及びR16は、それぞれメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル又はシクロヘキシル等の同一のC1〜C6アルキル、特に非置換のC1〜C6アルキルを表し、R2、R5、R8、R11、R14及びR17はそれぞれ独立して、上記に定義されているように、同じC1〜C6アルキルを表し、R3、R6、R9、R12、R15及びR18はそれぞれ独立して、上記に定義されているように、同じC1〜C6アルキルを表す。例えば、R1、R4、R7、R10、R13及びR16はそれぞれメチルを表し、R2、R5、R8、R11、R14及びR17はそれぞれエチルを表し、R3、R6、R9、R12、R15及びR18はそれぞれn−ブチル又はn−ペンチルを表す。
本発明の特に好ましい実施形態では、R1からR18の基は、ここで定義されているように、それぞれ同じ低級アルキル、アリール、又はHet部分を表す。好ましくは、R1からR18は、それぞれメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル及びシクロヘキシル等の同一のC1〜C6アルキル基、特に非置換のC1〜C6アルキル基を表す。最も好ましくは、R1からR18はそれぞれメチルを表す。
式Iの化合物では、好ましくはQ1、Q2及びQ3(存在する場合には)がそれぞれ同一である。最も好ましくは、Q1、Q2及びQ3(存在する場合には)はそれぞれリンを表す。
好ましくは、式Iの化合物中で、A、B及びJ(存在する場合には)はそれぞれ独立してC1からC6アルキレンを表し、該C1からC6アルキレンは、ここで定義されているように、例えば低級アルキル基によって任意に置換される。好ましくは、A、B及びJ(存在する場合には)が表す低級アルキレン基は非置換である。A、B及びJが独立して表す特に好ましい低級アルキレンは、−CH2−又は−C24−である。最も好ましくは、A、B及びJ(存在する場合には)のそれぞれは、ここで定義されているように、同一の低級アルキレン、特に−CH2を表す。
好ましくは、式Iの化合物中で、K、D、E又はZが−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を表さない場合には、K、D、E又はZは、水素、低級アルキル、フェニル又は低級アルキルフェニルを表す。より好ましくは、K、D、E又はZは、水素、フェニル、C1〜C6アルキルフェニル、又はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル及びヘキシル等のC1〜C6アルキルを表す。最も好ましくは、K、D、E又はZは水素を表す。
好ましくは、式Iの化合物中で、K、D、E及びZが、それらが結合しているアリール環の炭素原子と共にフェニル環を形成しない場合には、K、D、E及びZは、それぞれ独立して水素、低級アルキル、フェニル又は低級アルキルフェニルを表す。より好ましくは、K、D、E及びZは、それぞれ独立して水素、フェニル、C1〜C6アルキルフェニル、又はメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル及びヘキシル等のC1〜C6アルキルを表す。さらに好ましくは、K、D、E及びZは同一の置換基を表し、最も好ましくは水素を表す。
好ましくは、式Iの化合物中で、K、D、E又はZが−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を表さず、かつK、D、E及びZが、それらが結合しているアリール環の炭素原子と共にフェニル環を形成しない場合には、K、D、E及びZのぞれぞれは、ここで定義されているように、水素、低級アルキル、アリール又はHetから選択される同一の基を表し、特に水素又はC1〜C6アルキル(特に非置換のC1〜C6アルキル)、特に水素を表す。
好ましくは、式Iの化合物中で、K、D、E及びZのうちの2つが、それらが結合しているアリール環の炭素原子と共にフェニル環を形成する場合、そのフェニル環は、アリール、低級アルキル(以下に定義されているように、アルキル基はそれ自体、任意に置換されるか、又は末端処理されてもよい)、Het、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、SR27、C(O)SR27又はC(S)NR25SR26から選択される一種以上の置換基で任意に置換される。ここで、R19からR27は、それぞれ独立して水素又は低級アルキル(ここに定義されているように、アルキル基はそれ自体、任意に置換されるか、又は末端処理されてもよい)を表す。より好ましくは、フェニル環は置換基によってまったく置換されていない、すなわちフェニル環は水素原子だけを有する。
式Iの好ましい化合物としては、以下のものを含む。
A及びBは、それぞれ独立して非置換のC1からC6アルキレンを表し、K、D、Z及びEは、それぞれ独立して水素、C1〜C6アルキル、フェニル、C1〜C6アルキルフェニル又は−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を表し、ここで、Jは非置換のC1からC6アルキレンを表し、又はK、D、Z及びEのうちの2つが、それらが結合しているアリール環の炭素原子と共にフェニル環を形成し、該フェニル環は、低級アルキル、フェニル又は低級アルキルフェニルから選択された一種以上の置換基によって任意に置換されている。
1からR18は、それぞれ独立してC1からC6アルキル、フェニル又はC1からC6アルキルフェニルを表す。
式Iのさらに好ましい化合物としては、以下のものを含む。
A及びBは双方とも−CH2−又はC24を表し、特にCH2を表し、K、D、Z及びEは、それぞれ独立して水素、C1〜C6アルキルフェニル、C1〜C6アルキル又は−J−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を表し、ここでJはAと同一であり、又はK、D、E及びZのうちの2つが、それらが結合しているアリール環の炭素原子と共に非置換のフェニル環を形成し、R1からR18は、それぞれ独立してC1からC6アルキルを表す。
式Iのさらに一層好ましい化合物としては、以下のものを含む。
1からR18はそれぞれ同一であり、かつC1からC6アルキル、特にメチルを表す。
式Iのさらに一層好ましい化合物としては、以下のものを含む。
K、D、Z及びEは、それぞれ独立して水素又はC1からC6アルキルからなる群から選択され、特にK、D、Z及びEがそれぞれ同一の基を表し、殊にK、D、Z及びEがそれぞれ水素を表し、又は、Kは−CH2−Q3(CR13(R14)(R15))CR16(R17)(R18)を表し、D、Z及びEは、それぞれ独立して水素又はC1からC6アルキルからなる群から選択され、特にD及びEの双方が同一の基を表し、殊にD、Z及びEが水素を表す。
式Iの特に好ましい特定の化合物としては、以下のものを含む。
1からR12はそれぞれ同一であり、かつメチル基を表し、A及びBは同一であり、かつ−CH2−を表し、K、D、Z及びEは同一であり、かつ水素を表す。
本発明は、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化法を提供し、この方法は、本発明で定義されているように、触媒化合物の存在下、一酸化炭素及び水酸基含有化合物とエチレン性不飽和化合物とを接触させる工程を含む。
好適には、前記水酸基含有化合物は、水又は水酸官能基を有する有機分子を含む。好ましくは、水酸官能基を有する有機分子は、分岐でも直鎖でもよく、且つアルカノールを含み、該アルカノールは、アリールアルカノールを含むとともに特にC1〜C30アルカノールであり、ここに定義されているように、低級アルキル、アリール、Het、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、C(S)R2526、SR27又はC(O)SR27から選択される一種以上の置換基で任意に置換されてもよい。非常に好ましいアルカノールは、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、イソブタノール、t−ブチルアルコール、n−ブタノール、フェノール及びクロロカプリルアルコール等のC1〜C8アルカノールである。モノアルカノールが最も好ましいが、ジオール類、トリオール類、テトラオール類等のジオールないしオクタオール類及び糖類から選択されるポリアルカノールも利用可能である。一般的に、前記ポリアルカノールは、1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、グリセリン、1,2,4ブタントリオール、2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオール、1,2,6トリヒドロキシヘキサン、ペンタエリトリトール、1,1,1トリ(ヒドロキシメチル)エタン、ナンノース(nannose)、ソルベース(sorbase)、ガラクトース及び他の糖類から選択される。好ましい糖類は、スクロース、フルクトース及びグルコースを含む。特に好ましいアルカノール類は、メタノール及びエタノールである。
アルコールの量は重要ではない。一般に、その量はカルボニル化されるエチレン性不飽和化合物の量より多く使用される。従って、アルコールは、反応溶媒としても働き得るが、必要であれば、別の溶媒を使用してもよい。
使用される水酸基含有化合物の供給源によって、反応の最終生成物は、少なくとも一部が決定されることが判るであろう。水を水酸基含有化合物として使用した場合、最終生成物は対応するカルボン酸になり、アルカノールを使用すると対応するエステルが生成される。
好適には、エチレン性不飽和化合物は2つ以上の炭素−炭素2重結合を含んでおり、この2重結合は共役していても非共役であってもよい。
好ましくは、エチレン性不飽和化合物は1分子当たり1つから3つの炭素−炭素2重結合、特に1分子当たり1つ又は2つのみの炭素−炭素2重結合を有し、一般には、1分子当たり1つのみの炭素−炭素2重結合を有する。
本発明に係る方法では、一酸化炭素は、純粋な形で使用されるか、又は窒素、二酸化炭素又はアルゴン等の希ガスのような不活性ガスで希釈して使用されてもよい。一般的に5容量%未満の少量の水素が存在してもよい。
エチレン性不飽和化合物の水酸基含有化合物に対する比率(容量/容量)は、広い範囲間で可変であり、1:0.1から1:10の範囲が適切であり、好ましくは2:1から1:2の範囲で、後者はまた反応溶媒である場合には、水酸基含有化合物を大過剰まで変化させ得る。
エチレン性不飽和化合物のカルボニル化法の中で使用する、本発明の触媒の量は重要ではない。好ましくは、VIII族の金属の量が、エチレン性不飽和化合物の1モル当たり10-7から10-1モル、より好ましくは10-6から10-2モル、最も好ましくは、エチレン性不飽和化合物の1モル当たり10-5から10-2モルの範囲にある場合、良好な結果が得られる。好ましくは、式Iの二座化合物の不飽和化合物に対する量は、エチレン性不飽和化合物1モル当たり10-7から10-1、より好ましくは10-6から10-2、最も好ましくは10-5から10-2モルの範囲である。
好適には、本発明にとって不可欠ではないが、ここに定義されているように、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化は、一種以上の非プロトン性溶媒中で行われる。適切な溶媒は、例えばメチルブチルケトン等のケトン類;例えばアニソール(メチルフェニルエーテル)、2,5,8−トリオキサノナン(ダイグライム)、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジフェニルエーテル、ジイソプロピルエーテル及びジエチレングリコールのジメチルエーテル等のエーテル類、例えば酢酸メチル、ジメチルアジペート安息香酸メチル、フタル酸ジメチル、ブチロラクトン等のエステル類;例えばジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及びジメチルホルムアミド等のアミド類;例えばジメチルスルホキシド、ジイソプロピルスルホン、スルホラン(テトラヒドロチオフェン−2,2−ジオキシド)、2−メチルスルホラン、ジエチルスルホン、テトラヒドロチオフェン1,1−ジオキシド及び2−メチル−4−エチルスルホラン等のスルホキシド類及びスルホン類;例えばベンゼン、トルエン、エチルベンゼンo−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン等の化合物のハロ変種を含む芳香族化合物類;例えばヘキサン、ヘプタン、2,2,3−トリメチルペンタン、塩化メチレン及び四塩化炭素等の化合物のハロ変種を含むアルカン類;例えばベンゾニトリル及びアセトニトリルのニトリル類を含む。
誘電率が50未満の非プロトン性溶媒が非常に適切であり、298.15K及び1×105Nm-2の条件で3から8の範囲であることがより好ましい。この場合、与えられた溶媒の誘電率は、その通常な意味で使用するものとし、誘電体としてその物質を使用するコンデンサーの容量の、誘電体として真空を使用する同一のコンデンサーの容量に対する比率を表す。一般の有機液体の誘電率の値は、化学及び物理学ハンドブック76版、編David R.Lide等、CRCプレス1995発行等の一般参考図書で得ることが可能である。そして、この値は通常、約20℃又は25℃、すなわち約293.15K又は298.15Kの温度、及び大気圧、すなわち約1×105Nm-2で引用される。また、引用された変換係数を使用して、ある温度と圧力に容易に変換することが可能である。特定の化合物の文献データが利用可能でない場合には、その誘電率はすでに確立している物理化学的手法を使用して容易に測定することが可能である。
例えば、アニソールの誘電率は4.3(294.2Kで)、ジエチルエーテルの誘電率は4.3(293.2Kで)、スルホランの誘電率は43.4(303.2Kで)、ペンタン酸メチルの誘電率は5.0(293.2Kで)、ジフェニルエーテルの誘電率は3.7(283.2Kで)、アジピン酸ジメチルの誘電率は6.8(293.2Kで)、テトラヒドロフランの誘電率は7.5(295.2Kで)、ノナン酸メチルの誘電率は3.9(293.2Kで)である。好ましい溶媒はアニソールである。
水酸基含有化合物がアルカノールである場合、エチレン性不飽和化合物、一酸化炭素及びアルカノールのエステルカルボニル化生成物は非プロトン性溶媒であるため、その反応によって非プロトン性溶媒が生成される。
本法は、過剰の非プロトン性溶媒中で行うことが有利であり、すなわち、非プロトン性溶媒の水酸基含有化合物に対する比率(v/v)は、少なくとも1:1である。好ましくは、この比率は1:1から10:1の範囲であり、より好ましくは、1:1から5:1の範囲である。最も好ましくは、前記比率(v/v)は1.5:1から3:1の範囲である。
上で述べた記述と反して、本反応は、外部からの非プロトン性溶媒、すなわち反応自体によって生成されたものでない非プロトン性溶媒のない状態で行うことが好ましい。
本発明の触媒化合物は、「不均一系」触媒又は「均一系」触媒として作用してもよい。
用語「均一系」触媒とは、触媒すなわち本発明の化合物を意味し、この触媒は担持されておらず、好ましくは、ここで述べられている適当な溶媒中で、本カルボニル化反応の反応物(例えば、エチレン性不飽和化合物、水酸基含有化合物及び一酸化炭素)と単に混合されているか、それによりその場所で形成されるものである。
用語「不均一」触媒とは、触媒、すなわち担体上に担持されている本発明の化合物を意味する。
従って、さらなる態様によれば、本発明は、ここに定義されているように、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化の方法を提供し、この方法は、担体、好ましくは不溶性担体を含む触媒を用いて行われる。好ましくは、担体は、ポリオレフィン、ポリスチレン又はジビニルベンゼン共重合体等のポリスチレン共重合体、あるいは当業者に知られている他の適切なポリマー又は共重合体、すなわち、機能性シリカ、シリコーン又はシリコーンゴム等のシリコン誘導体、又は例えば無機酸化物及び無機塩化物等の他の多孔性粒子材料等が挙げられる。
担体材料は、10から700m2/gの範囲の表面積、0.1から4.0cc/gの範囲の合計細孔容積及び10から500μmの範囲の平均粒径を有する多孔性のシリカであることが好ましい。より好ましくは、表面積は50から500m2/gの範囲、細孔容積は0.5から2.5cc/gの範囲及び平均粒径は20から200μmの範囲である。最も好ましくは、表面積は100から400m2/gの範囲、細孔容積は0.8から3.0cc/gの範囲及び平均粒径は30から100μmの範囲である。典型的な多孔質担体材料の平均孔径は、10から1000Åの範囲である。好ましくは、50から500Åの平均孔直径を有する支持体材料を使用し、最も好ましくは75から350Åである。シリカを100℃から800℃の温度で脱水することが好ましいが、この時間は3から24時間のいかなる時間でもよい。
好適には、担体は柔軟又は硬質の担体であり、不溶性担体は、当業者に周知の技術を用いて、本発明の方法の化合物でコーティング及び/又は含浸される。
あるいは、本発明の方法の化合物は、不溶性担体の表面へ任意に共有結合を介して固定されるが、その配置は二官能性スペーサー分子を含み、不溶性担体から化合物を隔てることもある。
本発明の化合物は、式Iの化合物の中に存在する官能基、例えばアリール部分の置換基K、D、Z及びEが担体上に存在するか、又は予め挿入した補足的な反応基との反応を促進することにより、不溶性担体の表面に固定されてもよい。本発明の化合物の補足的な置換基と担体の反応基との組み合わせによって不均一系触媒が提供され、ここで、本発明の化合物及び担体は、エーテル、エステル、アミド、アミン、ウレア、ケト基等の連結基によって連結される。
本発明の方法の化合物を担体に連結する反応条件は、その化合物の置換基(複数可)及び担体の基の性質に依存して選択する。例えば、カルボジイミド、1,1’−カルボニルジイミダゾール等の試薬、及び混合無水物の使用、還元アミノ化等の方法が使用可能である。
さらなる態様によれば、本発明は、触媒が担体に結合されている本発明の方法の使用を提供する。
有機基R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11及びR12は、それぞれの炭素原子と結合するとき、t−ブチルと少なくとも同程度の立体障害を示す複合基を形成することが特に好ましい。この点で立体障害は、「均質な遷移金属の触媒作用−温和な技術」Chapman and Hallから1981年出版、14頁以降で、C Mastersによって論じられている。
これらの立体基は、環式でもよく、部分的に環状又は非環式でもよい。環式又は部分的に環式の場合は、前記基は置換されてもよいし、非置換でもよく、あるいは飽和又は不飽和でもよい。環式又は部分的に環式の基は、その環状構造の中で、C4〜C30、より好ましくはC6〜C20、最も好ましくはC10〜C15炭素原子由来の第三級炭素原子を含んでもよい。環状構造は、ハロ、シアノ、ニトロ、OR10、OC(O)R11、C(O)R12、C(O)OR13、NR1415、C(O)NR1617、SR18、C(O)SR18、C(S)NR1617、アリール、又はHetから選択される一種以上の置換基によって置換されてもよい。ここで、R10からR18は、それぞれ独立して水素、アリール又は低級アルキル基を表し、及び/又は1つ以上の酸素又は硫黄原子、又はシラノ若しくはジアルキルシリコン基に割り込まれていてもよい。
架橋基Arはアリール部分、例えばフェニル基であり、これは、例えばフェニル基上の1位及び2位で、2つのリン原子が隣接炭素原子に連結されているのであれば、任意に置換されてもよい。さらに、アリール部分は、縮合多環基、例えばナフタレン、ビフェニレン又はインデンであってもよい。
適切な二座配位子の例としては、ビス(ジ−t−ブチルホスフィノ)−o−キシレン(1,2ビス(ジ−t−ブチルホスフィノメチル)ベンゼンとしても知られている)、1,2ビス(ジアダマンチルホスフィノメチル)ベンゼン、1,2ビス(ジアダマンチルホスフィノメチル)ナフタレン、1,2ビス(ジ−t−ペンチルホスフィノ)−o−キシレン(1,2ビス(ジ−t−ペンチルホスフィノメチル)ベンゼンとしても知られている)及びビス2,3(ジ−t−ブチルホスフィノメチル)ナフタレンが挙げられる。さらに、二座ホスフィンは、架橋基Ar、連結基A又は連結基Bのうちの少なくとも1つを介して適切な重合体基材に結合されてもよく、例えばビス(ジ−t−ブチルホスフィノ)−o−キシレンは、ポリスチレンにキシレン基を介して結合し、固定した不均一系触媒を与えてもよい。
使用する二座配位子の量は広い範囲内で変えることが可能である。好ましくは、二座配位子は、存在する二座配位子のモル数の、存在するVIII族の金属のモル数に対する比率は、1から50、例えば1から10であり、特に金属の1モル当たり1から5モルとなる量である。より好ましくは、式Iの化合物のVIIIB族の金属に対するモル:モルの範囲は、1:1から3:1の範囲であり、最も好ましくは、1:1から1.25:1の範囲である。好都合なことに、このような低モル比の適用の可能性は有利なことであり、この比によって式Iの化合物の過剰な使用を避け、従って、これらの通常高価な化合物の消費を最小限にする。好適には、本発明の触媒は、エチレン性不飽和化合物のカルボニル化反応において、その場所で使用するに先立ち、別のステップで調製される。
好都合なことに、本発明の方法は、ここに定義されているように、VIIIB族の金属又はその化合物を、これまでに述べた水酸基含有化合物又は非プロトン性溶媒の一方等の適切な溶媒に溶解し、次いでここに定義されているように、式Iの化合物と混合することによって行われる(特に好ましい溶媒は、特定のカルボニル化反応のエステル又は酸の生成物、例えばオクテンのカルボニル化によるノナン酸メチルである。)。
一酸化炭素は、反応中で不活性な他のガスの存在下において使用してもよい。前記ガスの例は、水素、窒素、二酸化炭素及びアルゴン等の希ガスを含む。
式Iの化合物と組み合わせ得る適切なVIIIB族の金属又はその化合物は、コバルト、ニッケル、パラジウム、ロジウム及びプラチナを含む。好ましくは、VIIIB族の金属はパラジウム又はその化合物である。前記VIII族の金属の適切な化合物は、硝酸;硫酸;酢酸及びプロピオン酸等の低級アルカン(C12まで)酸類;メタンスルホン酸、クロロスルホン酸、フルオロスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、トルエンスルホン酸、例えばp−トルエンスルホン酸、t−ブチルスルホン酸及び2−ヒドロキシプロパンスルホン酸等のスルホン酸類;スルホン化イオン交換樹脂類;過塩素酸等の過ハロゲン酸;トリクロロ酢酸及びトリフルオロ酢酸等のハロゲン化カルボン酸類;オルトリン酸;ベンゼンホスホン酸等のホスホン酸類;及びルイス酸とブレンステッド酸の間の相互作用に由来する酸から誘導される弱配位陰イオンと前記金属との塩、又は該弱配位陰イオンを含む化合物を含む。適切な陰イオンを与える他の供給源は、例えばパーフルオロテトラフェニルホウ酸塩のような、任意にハロゲン化されたテトラフェニルホウ酸誘導体類を含む。さらに、ゼロ価のパラジウム錯体類、特に、例えばトリフェニルホスフィン又はジベンジリデンアセトン若しくはスチレン等のアルケンのような置換活性配位子を有するゼロ価パラジウム錯体類、又はトリ(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムが使用可能である。
陰イオンは、18℃の水溶液中で測定したpKaが4未満、より好ましくは3未満の酸、反応を阻害しない陽イオンとの塩、例えば金属塩類又はアルキルアンモニウム等の主に有機塩類、及びその場所で陰イオンを生成する反応条件の下で分解可能なエステル等の前駆物質の一種以上から誘導されるか、又は前記物質の一種以上として導入されてもよい。適切な酸類及び塩類は、これまでに挙げた非置換のカルボン酸塩類以外の酸類及び塩類を含む。
存在する陰イオンの量は、触媒系の触媒挙動にとって重要はない。陰イオンのパラジウムに対するモル比は、1:1から500:1であってもよく、好ましくは2:1から100:1であり、特に3:1から30:1である。陰イオンが酸及び塩の組み合わせによって与えられる場合、酸と塩の相対的な割合は重要ではない。これまで述べたように、本発明の触媒系は、均一系又は不均一系で使用されてもよい。好ましくは、触媒系は均一系で使用される。
本発明の触媒系は、一種以上の反応物、又は適切な溶媒の使用によって形成し得る液相の中で構成されることが好ましい。
反応中で使用されるエチレン性不飽和化合物の量の、水酸基供与化合物の量に対するモル比は重要ではなく、例えば0.001:1から100:1モル/モルでの広範囲で変え得る。
前記反応の生成物は、適切な手段により他の成分から分離され得る。しかしながら、本法の利点は、一般に著しく高度な選択性及び直鎖性により明らかであるように、副生成物の生成が著しく少なく、その結果、生成物を最初に分離した後にさらなる精製の必要性が少なくなることである。さらなる利点は、他の成分が、今後の反応でリサイクル及び/又は再利用可能である触媒系を含み、新たな触媒の追加を最小限にすることが可能となることである。
好ましくは、カルボニル化は、−10℃から45℃の間の温度で実施され、より好ましくは0℃から40℃、最も好ましくは5℃から35℃で実施される。特に好ましい温度は、20℃から30℃の間で選択される温度である。好都合なことに、カルボニル化は適度な温度で実施されることができ、室温で反応が実施され得ることは特に有利である。
好ましくは、カルボニル化は、15×105N.m-2未満のCO分圧で実施され、より好ましくは5×105N.m-2未満で実施される。特に好ましくは、大気圧又は0.80〜1.20×105N.m-2である。
前記反応は、エチレンを含むいかなるエチレン性不飽和化合物に対して実施されてもよいが、その場合にはエチレンによる直鎖性の利点が得られない。好ましくは、反応は、そのためC3〜C20化合物に好適であり、より好ましくはC3〜C18、最も好ましくはC3〜C12化合物に好適である。本発明はC4〜C20等のより長いアルケンには特に有利であり、より好ましくはC4〜C18、最も好ましくはC4〜C12化合物に有利である。
本法は、C2〜C20原子、C3〜C20原子又はC4〜C20原子等の2個以上の炭素原子を有するエチレン性不飽和化合物で実施されてもよい。前記化合物中の炭素原子の代替的な上限の範囲は、好ましい順にC18、C15又はC12である。エチレン性不飽和化合物の前記範囲のいずれかにおける炭素原子の代替的な下限の範囲は、好ましい順にC4、C5又はC6である。エチレン性不飽和化合物は、好ましくは、1分子当たり1、2又は3個以上の炭素−炭素2重結合を有するアルケンである。
いかなる前記アルケンも、置換されてもよいし、非置換でもよい。適切な置換基は、C18アルキル及びC122アリール基を含む。別段の定めがない限り、十分な数の炭素原子がある場合には、エチレン性不飽和化合物は直鎖でも分岐でもよく、置換されていてもよく、環式、非環状式、又は部分的に環式及び非環式でもよく、及び/又は低級アルキル、アリール、アルキルアリール、Het、アルキルHet、ハロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、NO2、CN、SR27から選択される一種以上の置換基により任意に置換されてもよいし末端処理されてもよい。ここで、R19からR27は、それぞれ独立して水素又は低級アルキルを表す。このような置換されたオレフィン類は、スチレンと、メタクリレート等の不飽和カルボン酸のアルキルエステルとを含む。好適には、エチレン性不飽和化合物はシス(E)及びトランス(Z)異性を示す。
好適なエチレン性不飽和化合物の例は、エテン、プロペン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、3−ペンテン及びそれらの分岐異性体、1−ヘキセン及びその異性体、1−ヘプテン及びその異性体、1−オクテン及びその異性体、1−ノネン及びその異性体、1−デセン及びその異性体、C11〜C20アルケン類及びそれらの公知の異性体、3−ペンテンニトリル、メチル−3−ペンテノエート(methyl−3−penteneoate)、1,3ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3ヘキサジエン、1,3シクロヘキサジエン、2,4−プタジエン、2−メチル1,3ブタジエンから独立して選択されてもよい。
触媒系と共に安定化合物を使用することも、その触媒系から失われる金属の回収を改善するために有益となり得る。触媒系を液状の反応媒体中で利用する場合、前記安定化合物は、VI族又はViiiB族の金属の回収を促進する。
従って、好ましくは、触媒系は、液状の支持体に溶解された重合体分散剤を液状の反応媒体中に含み、該重合体分散剤は、液状の支持体内で触媒系のVI族若しくはVIIIB族の金属、又は金属化合物の粒子のコロイド懸濁液を安定させることが可能である。
液状の反応媒体は、反応のための溶媒であってもよく、あるいは反応物又は反応生成物自体の一種以上を含んでもよい。液状の形態の反応物及び反応生成物は、溶媒又は液状の希釈剤と混和されるか、あるいはそれに溶解されてもよい。
この重合体分散剤は、液状の反応媒体に可溶ではあるが、反応速度又は伝熱に有害になるような反応媒体の粘度の著しい増加をもたらしてはならない。ある温度と圧力との反応条件下で、液状の媒体中の分散剤の溶解度は、金属粒子上への分散性分子の吸着を著しく妨ぐほど大きくなってはならない。
この重合体分散剤によって、液状の反応媒体内の該VI族若しくはVIIIB族の金属、又は金属化合物の粒子のコロイド懸濁液を安定化することができる。これにより、触媒の分解の結果形成された金属粒子は、液状の反応媒体中の懸濁液中に保持され、再生されるために液体と共に反応器から放出され、そして、触媒を作る際に任意に再使用される。場合によっては大きな粒子が形成されるかもしれないが、金属粒子は通常、コロイド状の5〜100nmの範囲の平均粒径の寸法を有する。重合体分散剤のある部分は金属粒子の表面上に吸着され、一方、分散剤の分子の残りは、液状の反応媒体によって少なくとも部分的に溶媒和された状態で残る。このようにして、分散したVI族又はVIIIB族の金属の粒子は、反応器の壁又は反応器の死角中に沈着することなく安定化して、粒子の衝突によって成長し、その結果凝集するかもしれない金属粒子の塊の形成が起こらなくなる。粒子の塊は、好適な分散剤の存在下であっても生じるかもしれないが、そのとき分散性の型及び濃度が最適化されていれば、塊は比較的低レベルとなってその形成が緩やかなので、攪拌によって解体され、粒子が再度分散される。
重合体分散剤は、グラフト共重合体及び星形高分子等のポリマーを含むホモポリマー又はコポリマーを含んでもよい。
好ましくは、重合体分散剤は、十分に酸性又は塩基性の官能性を有し、該VI族若しくはVIIIB族の金属、又は金属化合物のコロイド懸濁液を実質的に安定させる。
実質的に安定させるとは、溶液相からのVI族又はVIIIB族の金属の沈殿が実質的に回避されることを意味する。
この目的のための特に好ましい分散剤は、カルボン酸、スルホン酸、アミン、及びポリアクル酸又は複素環、特に、前述の共重合体又はポリビニルピロリドン等の置換ポリビニルポリマーで置換した窒素複素環等のアミドを含む酸性又は塩基性ポリマーを含んでもよい。
前記重合体分散剤の例は、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンイミン、ポリグリシン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリ−L−ロイシン、ポリ−L−メチオニン、ポリ−L−プロリン、ポリ−L−セリン、ポリ−L−チロシン、ポリ(ビニルベンゼンスルホン酸)及びポリ(ビニルスルホン酸)から選択されてもよい。
好ましくは、重合体分散剤は、ペンダント(pendant)かポリマー骨格内かのどちらかの酸性又は塩基性部分を組み込む。好ましくは、酸性部分は、解離定数(pKa)が6.0未満であり、より好ましくは5.0未満であり、最も好ましくは4.5未満である。好ましくは、塩基性部分は、塩基解離定数(pKb)が6.0未満であり、より好ましくは5.0未満であり、最も好ましくは4.5未満である。pKa及びpKbは、25℃の希薄水溶液中で測定される。
好適な重合体分散剤は、反応条件によって反応媒体内に可溶であることに加えて、ポリマー骨格内に、又はペンダント基として、少なくとも1つの酸性又は塩基性部分を含む。ポリビニルピロリドン(PVP)等の酸及びアミド部分を組み込むポリマー、及びポリアクリル酸(PAA)等のポリアクリレートが特に好適であることが見いだされている。本発明での使用に好適なポリマーの分子量は、反応媒体の性質及びそれに対するポリマーの溶解度に依存する。通常は平均分子量が100,000未満であることが見出されている。好ましくは、平均分子量は1,000〜200,000の範囲であり、より好ましくは、5,000〜100,000、最も好ましくは10,000〜40,000である。例えばMwは、PVPを使用する場合、好ましくは10,000〜80,000の範囲、より好ましくは20,000〜60,000の範囲であり、PAAの場合、ほぼ1,000〜10,000である。
反応媒体内の分散剤の有効な濃度は、使用される各反応及び触媒系によって決定される。
分散されたVI族又はVIIIB族の金属は、反応器から取り出した液体流から濾過等によって回収可能であり、その後、処分されるか、又は触媒若しくは他の用途として再使用される。連続法では、液体流は外部熱交換器を通って循環してもよく、このような場合には、この循環装置にパラジウム粒子用のフィルターを設置することは好都合である。
好ましくは、g/gでのポリマー:金属の質量比は、1:1と1000:1との間であり、より好ましくは、1:1と400:1との間、最も好ましくは、1:1と200:1との間である。好ましくは、g/gでのポリマー:金属の質量比は1000までであり、より好ましくは400までであり、最も好ましくは200までである。
以下の実施例によって本発明をさらに説明する。
実施例中で、水酸基の供給源としてメタノールを用い、様々な直鎖のエステルを、一酸化炭素及び適切なアルケンから調製した。
全ての実験は、乾燥及び脱気処理したシュレンク器具を用い、真空アルゴンシュレンクラインで行った。
1−オクテンを分子ふるいで乾燥し、アルゴンでバブリングして脱気した。1−ドデセン(Aldrich製)を蒸留によって精製した。メタノール及び重水素化メタノール(Aldrich製)を分子ふるいで乾燥した。トルエンをナトリウムジフェニルケチル(sodium diphenyl ketyl)により蒸留した。アニソール(Aldrich製)は乾燥しなかったが、注射器を介してアルゴンをバブリングして脱気した。1,2−ビス(ジ−tertブチルホスフィノ)キシレン(Lucite International製)は空気に敏感な性質があるため、グローブボックスに収納して扱った。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(Pd2(dba)3)(Aldrich製)を金属前駆体として使用した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムは安定であり、空気中で計量することができた。
フレームイオン化検出器を装備したHewlett−Packard 5890シリーズガスクロマトグラフィを用いて定量分析を行い、Hewlett−Packard 5890シリーズ質量選択検出器を用いて定性分析を行った。
基質をブタジエンとしたときには、溶液調製は別の方法を用いた。ブタジエンは揮発性の液体であるので、操作がより難しい。ブタジエンを、液体窒素で冷却した目盛り付きのシュレンクチューブ内で液化した。次いで、アセトン−ドライアイス浴で冷却したオートクレーブに移送した。
トルエンを含む触媒溶液を、乾燥及び脱気したシュレンクチューブ内で調製し、オートクレーブに移送した。
触媒溶液は、以下のようにして調製した。
グローブボックス中のシュレンクチューブに、Pd2(dba)3及び1,2−ビス(ジ−tert−ブチルホスフィノ)キシレンを加えた。次いで、注射器でメタノール(通常10cm3)を加え、ヒートガンで溶液を暖め固体を全て溶解した。一旦、チューブを冷却し、カルボニル化(2cm3)用の基質及びメタンスルホン酸(MSA)を追加した。乾燥及び脱気したフラスコ内で、一酸化炭素の様々な分圧下、及び様々な温度で実験を行った。次いで、通常は針で溶液を通して一酸化炭素をバブリングした。ほとんどの場合は溶媒としてメタノールのみを使用し、トルエンなしで反応を行ったが、この場合には、ホスフィン配位子は溶媒に不溶であるため、ホスフィン配位子は触媒溶液の後に加えた。しかしながら、溶液を加温すれば、メタノール中でホスフィン配位子を溶解することは可能である。
使用するオートクレーブはステンレス鋼又はハステロイ製とした。これを、酸、水及びアセトンで連続的に洗浄し、オーブン中で乾燥した。その内部に、マグネティックスターラーと共にガラスライナー(glass liner)を導入した。一酸化炭素で系全体を3回フラッシングし、次いで適切な圧力にした。次いで、系を反応温度で3から10時間維持し、次いで空気中で冷却した。得られた黄色の溶液をGC−MSで分析した。
表1及び2にその実験を示す。パラジウム化合物、配位子、MSA及び基質の量は、mmolで表す。溶媒はmlで表す。RTは室温(すなわち20℃)を表す。転化率は、反応によって転化された基質の量で表し、選択性は直鎖のカルボニル化生成物に対する選択性の指標である。l:bは、前記カルボニル化生成物の直鎖:分岐の比率を表す。
全容量は(別段の付記がなければ)、MeOHの容量+基質の容量である。パラジウムの供給源はPd2(dba)である。例1及び2では、4×10-5モルのPdを用い、配位子:Pd比率を3:1とし、酸:パラジウム比率を10:1とした。例3、4及び5では、Pd(dba)45.7mgを使用した。例3では、配位子:パラジウム比率を10:1とした。例4及び5では、配位子:パラジウム比率を5:1とした。実施例6では、4×10-5モルのPdを用い、配位子:Pdの比率を3:1とし、酸:パラジウムの比率を6.3:1とした。実施例7〜10では、Pd(dba)73.7mgを用い、配位子:パラジウムを3:1とし、酸:パラジウムを10:1とした。実施例11〜26では、Pd(dba)45.7mgを用い、配位子:パラジウム比率を5:1とし、酸:パラジウム比率を10:1とした。基質はmmolで示す。メタノール溶媒で容量の釣り合いをとった。基質及び温度を種々変更した。
Figure 0004808401
Figure 0004808401
比較例1〜5は、比較的高温及び30barの圧力で反応を行った結果を示す。非プロトン性溶媒としてアニソールを使用した場合、比較例5において、選択性は一般的に適度なレベルにある。しかしながら、実施例7で示されるように、追加の非プロトン性溶媒の使用なしで室温及び1barの圧力で反応を行う場合、改良された選択性及び直鎖:分岐比率が得られる。さらに、実施例8で示されるように、2−オクテンで同様に高い選択率及び直鎖:分岐比率が得られるけれども、反応速度は遅く、3時間後で29.2の低率転化となる。同様のことは、1−ドデセンを使用した実施例9でもいえる。圧力を30barへ上げたという点を除いて、実施例10は、実施例7の繰り返しである。ここでは、反応速度が下がり、3時間後で50%転化となり、かつ直鎖:分岐比率が著しく低下するという結果であることに注目されたい。
表2には、さらに実施例11〜26を示す。実施例11〜13は1−オクテンに関して同じ実験であるが、温度を0、10、−30℃に変えて行った。これらの実験から、反応の温度を下げることにより反応速度が低下し、その結果、3時間後の転化率が低下することが容易に分かる。しかしながら、選択性及び直鎖:分岐比率は、上記温度で向上する。実施例14〜16において、1ドデセンに関してそれぞれ室温、10及び0℃の温度で類似の系の実験を行った。ここでも、3つの温度全てで優れた選択性が得られたが、最も高い直鎖:分岐比率は0℃で得られた。同じ実験を実施例17〜19において1−ヘキセンで行い、3時間以内に、100%の選択性及び直鎖:分岐比率が100:1を超えると同様に、全転化したことが分かる。驚くべきことでもないが、ヘキセンからドデセンまで鎖長を増加させると、おそらくホスフィン配位子による立体障害によって、反応速度が低下する結果が得られるが、これは、本法の有効性に影響しない。
実施例20では、1−オクタデセンさえもが、室温で100%の選択性を有し、かつ直鎖:分岐生成物比率が100を超えることが分かる。実施例21〜26では、良好な選択性を示す実施例24を例外として、直鎖(1−アルケンのカルボニル化)が分岐アルケンになることを示す。実施例24は、実施例21上の変形であり、一酸化炭素を溶液に通すバブリングではなく、一酸化炭素を溶液上に通過させた。この考え方では、おそらく一酸化炭素への接触率が低下したため、開始基質が、カルボニル化に先立って異性化する十分な時間を有していると思われる。表1及び2では、本法の圧力を全圧で示すが、これはCO圧力と等しい。
従って、先行技術の教示するところと異なり、温度上昇又は一酸化炭素分圧を増加させることによりカルボニル化を実行する必要はないという結果が得られる。事実、各実施例では、温度及び圧力を上げても、選択性及び直鎖:分岐比において不十分な結果しか見られず、驚くべきことに、本発明の温度及び圧力の範囲で良好な選択性及び直鎖:分岐比率が得られることが分かる。
直鎖カルボニル化とは、C1炭素原子にαカルボニル基を与える1−アルケンのカルボニル化であり、出発物質がそれ自体分岐しているとき、必ずしも分岐している生成物がないわけではない。
本出願に関するこの明細書と共に若しくは先だって提出され、この明細書と共に公の閲覧に開示する全ての書類及び文書は読者に対して開示され、全ての前記書類及び文書の内容は、参照によってここに援用される。
この明細書(添付の特許請求の範囲、要約及び図面のいずれをも含む)に開示した特徴の全て、及び/又は開示されたいずれの方法又は処理の工程の全ては、少なくともその特徴及び/又は工程のうちのいくつかが相容れない組み合わせ以外は、任意の組み合わせで組み合わせてもよい。
この明細書(添付の特許請求の範囲、要約及び図面をも含む)に開示された各特徴は、明示的に別途記述していなければ、同一の、等価の、又は類似した目的に役立つ代替の特徴によって置き換えられてもよい。従って、明示的に別途記述していなければ、開示された特徴はそれぞれ、総括的な一連の等価若しくは同等の特徴の1実施例である。
本発明は、前記実施形態(複数可)の詳細に限定されるものではない。本発明は、この明細書(添付の特許請求の範囲、要約及び図面のいずれをも含む)に開示された特徴の中のいずれの新規な特徴若しくはいずれの新規な組み合わせ、又は開示されたいずれの方法若しくは処理の工程の中のいずれの新規な工程若しくは新規な組み合わせにも及ぶ。

Claims (7)

  1. 水及び分岐又は直鎖のアルカノール(ここで、前記アルカノールはアリールアルカノールを含むC〜C30アルカノールであり、C〜C10アルキル、アリール、ハロ、シアノ、ニトロ、OR19、OC(O)R20、C(O)R21、C(O)OR22、NR2324、C(O)NR2526、C(S)R2526、SR27又はC(O)SR27から選択される一種以上の置換基によって任意に置換されてもよい)からなる水酸基含有化合物から選択される水酸基の供給源及び触媒系の存在下で、プロペン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、3−ペンテン及びそれらの分岐異性体、1−ヘキセン及びその異性体、1−ヘプテン及びその異性体、1−オクテン及びその異性体、1−ノネン及びその異性体、1−デセン及びその異性体、C11〜C20アルケン及びそれらの異性体、3−ペンテンニトリル、メチル−3−ペンテノエート、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、1,3−シクロヘキサジエン、2,4−プタジエン及び2−メチル1,3−ブタジエンから独立して選択されるC〜C20エチレン性不飽和化合物と一酸化炭素とを反応させる工程を含むC〜C20エチレン性不飽和化合物のカルボニル化の方法であって、前記触媒系が、
    (c)パラジウム又はその化合物と、
    (d)ビス(ジ−t−ブチルホスフィノ)−o−キシレン(1,2ビス(ジ−t−ブチルホスフィノメチル)ベンゼンとしても知られる)、1,2ビス(ジアダマンチルホスフィノメチル)ベンゼン、1,2ビス(ジアダマンチルホスフィノメチル)ナフタレン、1,2ビス(ジ−t−ペンチルホスフィノ)−o−キシレン(1,2ビス(ジ−t−ペンチル−ホスフィノメチル)ベンゼンとしても知られる)、及びビス1,2(ジ−t−ブチルホスフィノ)ナフタレンからなる群から選択される二座ホスフィン
    の組み合わせにより得られ、ここで
    19からR27は、それぞれ独立して水素、C〜C10アルキル又はアリールを表し
    前記カルボニル化は、−30℃から49℃の間の温度、及び30×10N・m−2未満のCO分圧下で実施される方法。
  2. エチレン性不飽和化合物のカルボニル化が、一種以上の非プロトン性溶媒中で行われ請求項1に記載の方法。
  3. 前記反応が、外部の非プロトン性溶媒、すなわち反応自体によって生成されたものでない非プロトン性溶媒のない状態で実施される請求項1に記載の方法。
  4. 前記パラジウムの化合物は、
    硝酸;硫酸;低級アルカン(C12まで)酸類;スルホン酸類;スルホン化イオン交換樹脂類;過ハロゲン酸;ハロゲン化カルボン酸類;オルトリン酸;ホスホン酸類;及びルイス酸とブレンステッド酸との相互作用に由来する酸から誘導される弱配位陰イオンと前記パラジウムとの塩、又は該弱配位陰イオンを含む化合物、
    ハロゲン化され又はハロゲン化されないテトラフェニルホウ酸塩誘導体類、ゼロ価パラジウム錯体類、又はトリ(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムから選択される請求項に記載の方法。
  5. 前記陰イオンが、18℃の水溶液中で測定されたpKaが4未満である一種以上の酸から誘導される、又は該酸として導入され請求項に記載の方法。
  6. 前記カルボニル化が−10から45℃の間の温度で実施される請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記カルボニル化が15×10N・m−2未満のCO分圧で実施される請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。
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