JP6876702B2 - ニッケル、ホスフィン型配位子およびルイス塩基を含む触媒組成物とオレフィンオリゴマー化法におけるその使用 - Google Patents

ニッケル、ホスフィン型配位子およびルイス塩基を含む触媒組成物とオレフィンオリゴマー化法におけるその使用 Download PDF

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Description

本発明は、新規なニッケル系組成物および化学変換反応における触媒としてのその使用、特にオレフィン供給原料をオリゴマー化するための方法に関する。
本発明はまた、オレフィン供給原料をオリゴマー化するための方法であって、供給原料を本発明によるニッケル系組成物と接触させることを含む方法に関し、特に、エチレンを1−ブテンに二量化するための方法であって、特に、本発明によるニッケル系組成物を使用する方法に関する。
従来技術
均質なニッケル触媒を用いたエチレンの変換は、1950年以来研究されている。この研究は、様々な方法の開発および商品化につながった。
エチレンをブテンに二量化することができる触媒系の開発は、好適な金属および配位子を選択することを含む。既存の系においても、ホスフィン型配位子を用いたいくつかのニッケル系触媒システムが開発されている。
したがって、特許文献1には、酸化数ゼロのニッケル化合物と、ニッケル化合物に対して様々な割合でホスフィン配位子と、を含む触媒組成物を使用する、エチレンをオリゴマー化するための方法が記載されている。この特許はまた、オリゴマー化方法を実施するための含フッ素有機酸の使用について記載している。ホスフィンとは別に、この特許は、触媒組成物中のルイス塩基の存在については記載していない。
特許文献2には、オレフィンを二量化するための方法について記載されており、酸化数が+2の塩素含有ニッケル化合物およびハロゲン化アルキルアルミニウム型の活性化剤をベースとする触媒系が用いられている。この特許は、ホスフィンとは別に、2−ブテンの製造を目的としており、触媒系におけるルイス塩基の存在については記載していない。
特許文献3は、ハロゲン化ニッケルおよびホスフィンをベースとする触媒組成物であって、活性触媒を調製する目的で組成物を前もって還元することを必要とする触媒組成物について記載している。ホスフィンとは別に、この特許は、触媒組成物中のルイス塩基の存在については記載していない。ブテン収率は、3%の1−ブテンを含めて、C4の63%程度である。
特許文献4は、ニッケル化合物およびホスフィン、特にアルキルハライドを含む触媒系を用いて、80%程度のブテンの収率で、C2〜C4オレフィンを二量化するための方法について記載している。ホスフィンとは別に、この特許は、触媒系におけるルイス塩基の存在については記載していない。この特許は、2−ブテンの製造を目的としている。
オレフィンのオリゴマー化、特にエチレンの二量化、特に1−ブテンの形成のために、収率および選択性の点でより良好に実施する、新規触媒組成物の開発が依然として必要である。
その研究の過程で、出願人は、少なくとも1つのホスフィン配位子およびルイス塩基を有する、酸化数(+II)のニッケル前駆体を含む新規触媒組成物を開発し、これにより、ホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比は5以下となり、ルイス塩基およびホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比は5以上となる。触媒組成物は、少なくとも1つの活性化剤を含むことができる。驚くべきことに、このタイプの組成物は興味深い触媒特性を有することが示されている。特に、これらの組成物は、オレフィンのオリゴマー化、より正確には1−ブテンへのエチレンの選択的二量化において良好な収率/触媒選択比を有する。
米国特許第5,237,118(B)号明細書 米国特許第4,242,531(B)号明細書 仏国特許発明第1547921号明細書 仏国特許発明第1588162号明細書
本発明の1つの目的は、新規なニッケル系組成物を提供することである。本発明の別の目的は、化学変換反応、特にオレフィンのオリゴマー化、特に1−ブテンへのエチレンの二量化のための組成物を含む新規触媒系を提案することである。
本発明による組成物
本発明による触媒組成物は、
酸化数(+II)を有する少なくとも1つのニッケル前駆体と
式PRを有する少なくとも1つのホスフィン配位子(式中、基R、R、Rは、同一であっても異なっていてもよく、一緒に結合していても結合していなくてもよく、
置換されていても置換されていなくてもよく、ヘテロ元素を含んでいても含んでいなくてもよい芳香族基、
環式であってもなくてもよく、置換されていても置換されていなくてもよく、またヘテロ元素を含有していても有していなくてもよいヒドロカルビル基、
から選択される)と、
少なくとも1つのルイス塩基と、を含み、
組成物は、5以下であるホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比と、5以上であるルイス塩基およびホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比と、を有する。
有利には、本発明によれば、触媒組成物は、式PR(式中、基R、RおよびRは同一である)の少なくとも1つのホスフィン配位子を含む。
ホスフィン配位子PRの芳香族基R、R、Rは、好ましくは、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、メシチル基、3,5−ジメチルフェニル基、4−n−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−イソプロポキシフェニル基、4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニル基、3,5−ジ−tert−ブチル−4−メトキシフェニル基、4−クロロフェニル基、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ビスナフチル基、ピリジル基、ビスフェニル基、フラニル基、およびチオフェニル基によって形成された群から選択される。
ホスフィン配位子PRのヒドロカルビル基R、RおよびRは有利には1〜20個の炭素原子、好ましくは2〜15個の炭素原子、より好ましくは3〜10個の炭素原子を含む。ホスフィン配位子PRのヒドロカルビル基R、RおよびRは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、およびアダマンチル基によって形成された群から選択され、好ましくは、イソプロピル基、n−ブチル基、シクロペンチル基、およびシクロヘキシル基によって形成された群から選択される。
本発明によれば、本発明によるニッケル前駆体は、+IIの酸化数を有する。本発明によるニッケル前駆体は、好ましくは、塩化ニッケル(II);塩化ニッケル(II)(ジメトキシエタン);臭化ニッケル(II);臭化ニッケル(II)(ジメトキシエタン);フッ化ニッケル(II);ヨウ化ニッケル(II);硫酸ニッケル(II);炭酸ニッケル(II);ニッケル(II)ジメチルグリオキシム;水酸化ニッケル(II);ヒドロキシ酢酸ニッケル(II);シュウ酸ニッケル(II);2−エチルヘキサン酸ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、トリフルオロ酢酸ニッケル(II)、ニッケル(II)トリフラート、ニッケル(II)アセチルアセトネート、ニッケル(II)ヘキサフルオロアセチルアセトネート、ニッケル(II)フェネートによって形成された群から選択されるカルボン酸ニッケル(II);塩化アリルニッケル(II);臭化アリルニッケル(II);塩化メタリルニッケル(II)二量体;アリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;メタリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;ビスシクロペンタジエニルニッケル(II);ビスアリルニッケル(II)およびビスメタリルニッケル(II)から選択され、これらの水和形態またはそれ以外で、単独でまたは混合物として使用される。
好ましくは、ニッケル前駆体は、硫酸ニッケル(II);炭酸ニッケル(II);ニッケル(II)ジメチルグリオキシム;水酸化ニッケル(II)、ヒドロキシ酢酸ニッケル(II);シュウ酸ニッケル(II);2−エチルヘキサン酸ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、トリフルオロ酢酸ニッケル(II)、ニッケル(II)トリフラート、ニッケル(II)アセチルアセトネート、ニッケル(II)ヘキサフルオロアセチルアセトネート、ニッケル(II)フェネートによって形成された群から選択されるカルボン酸ニッケル(II);アリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;メタリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;ビスシクロペンタジエニルニッケル(II);ビスアリルニッケル(II)およびビスメタリルニッケル(II)から選択され、これらの水和形態またはそれ以外で、単独でまたは混合物として使用される。
本発明による触媒組成物は、ルイス塩基を含む。本発明の文脈において、用語「ルイス基」は、リンを含有しない任意の化学物質を意味し、1つの成分は、1つ以上の遊離または非結合電子対を有する。特に、本発明によるルイス塩基は、遊離または非結合電子対を有する酸素若しくは窒素原子を含む任意の配位子、またはニッケルとのη配位を形成することができるπ二重結合に対応する。本発明によれば、用語ルイス塩基は、酸素原子または窒素原子を含むルイス塩基を意味する。
本発明によるルイス塩基は、好ましくは、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、イソキサゾール、ピリジン、ピラジン、およびピリミジンから選択される。好ましくは、ルイス塩基は、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、およびピリジンから選択される。
本発明による組成物はまた、単独でまたは混合物として使用される、ヒドロカルビルアルミニウムの塩素および臭素含有化合物によって形成された群から選択される活性化剤を含むことができる。
有利には、活性化剤は、単独でまたは混合物として使用される、メチルアルミニウムジクロリド(MeAlCl)、エチルアルミニウムジクロリド(EtAlCl)、エチルアルミニウムセスキクロリド(EtAlCl)、ジエチルアルミニウムクロリド(EtAlCl)、ジイソブチルアルミニウムクロリド(iBuAlCl)、イソブチルアルミニウムジクロリド(iBuAlCl)によって形成された群から選択される。
本発明によれば、ホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比は、5以下、好ましくは2〜5の範囲、好ましくは2、3、4または5である。
本発明によれば、ルイス塩基およびホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比は、5以上、好ましくは5〜30の範囲、好ましくは5〜25の範囲、好ましくは5〜20の範囲、好ましくは5〜15の範囲である。好ましくは、ルイス塩基およびホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比は、6以上、好ましくは6〜30の範囲、好ましくは6〜25の範囲、好ましくは6〜20の範囲、好ましくは6〜15の範囲である。
有利なことに、活性化剤が組成物中に存在する場合、活性化剤のホスフィン配位子に対するモル比は、1以上、好ましくは1.5以上、好ましくは2以上である。
本発明によれば、活性化剤のニッケル前駆体に対するモル比は、好ましくは5以上、より好ましくは6以上、および好ましくは30以下、好ましくは25以下、より好ましくは20以下である。
本発明で言及されたモル比は、特にニッケル前駆体に対して、触媒組成物に供給されるニッケルのモル数に対して理解され、表される。
本発明の組成物はまた、任意に溶媒を含むことができる。有機溶媒、特にアルコール、塩素含有溶媒、および飽和、不飽和、芳香族または非芳香族、環状または非環状炭化水素から選択される溶媒を使用することができる。好ましくは、溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタン、ブタン、若しくはイソブタン、または70℃よりも高く、好ましくは70℃〜200℃の範囲にあり、より好ましくは90℃〜180℃の範囲にある沸点を有する炭化水素留分、好ましくは4〜20個の炭素原子を含むモノオレフィン若しくはジオレフィン、シクロオクタン−1,5−ジエン、ベンゼン、トルエン、オルトキシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジクロロメタン、クロロベンゼン、メタノール、エタノールから、純品または混合物として、およびイオン性液体から選択される。溶媒がイオン性液体である場合、米国特許第6,951,831(B2)号およびFR第2 895 406(B1)号に記載されているイオン性液体から有利に選択される。
本発明による組成物の使用
本発明による組成物は、オレフィンの水素化反応、ヒドロホルミル化反応、クロスカップリング、またはオリゴマー化などの化学変換反応における触媒として使用することができる。特に、これらの組成物は、有利には2〜10個の炭素原子を含むオレフィンの供給原料をオリゴマー化するための方法において、使用される。
好ましくは、オリゴマー化方法は、エチレンを二量化するため、特に1−ブテンを形成するための方法である。
本発明によるオリゴマー化方法は、有利には溶媒の存在下で操作される。
オリゴマー化方法のための溶媒は、有機溶媒、好ましくは塩素含有溶媒および飽和、不飽和、芳香族または非芳香族、環状または非環状炭化水素から選択することができる。特に、溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタン、ブタンまたはイソブタン、好ましくは4〜20個の炭素原子を含むモノオレフィンまたはジオレフィン、ベンゼン、トルエン、オルトキシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジクロロメタン、クロロベンゼン、純粋にまたは混合物として、およびイオン性液体から選択される。反応溶媒がイオン性液体である場合、米国特許第6,951,831(B2)号およびFR第2,895,406(B1)号に記載されているイオン性液体から有利に選択される。
オリゴマー化は、モノマー単位を一般式C2pを有する化合物または化合物の混合物へ変換させるものとして定義され、式中、4≦p≦80であり、好ましくは4≦p≦50であり、より好ましくは4≦p≦26であり、さらに好ましくは4≦p≦14である。
オリゴマー化方法で使用されるオレフィンは、2〜10個の炭素原子を含むオレフィンである。好ましくは、オレフィンは、エチレン、プロピレン、n−ブテンおよびn−ペンテンから、単独でまたは混合物として、純粋にまたは希釈されて選択される。
オレフィンが希釈されている場合、オレフィンは、接触分解または水蒸気分解などの石油精製または石油化学プロセスから得られた「留分」に見られるものなど、1つ以上のアルカンまたは任意の他の油留分で希釈される。
好ましくは、オリゴマー化方法で使用されるオレフィンはエチレンである。
オレフィンは、バイオマスなどの非化石資源から得ることができる。一例として、本発明によるオリゴマー化方法で使用されるオレフィンは、アルコールから、特にアルコールの脱水によって製造することができる。
有利には、触媒溶液中のニッケルの濃度は、1×10−8〜1mol/L、好ましくは1×10−6〜1×10−2mol/Lの範囲である。
オリゴマー化方法は、大気圧〜20MPaの範囲、好ましくは0.1〜8MPaの範囲の全圧、および−40℃〜250℃の範囲、好ましくは−20℃〜150℃の範囲の温度で有利に操作される。
反応によって生成される熱は、当業者に公知の任意の手段を用いて排除することができる。
オリゴマー化方法は、閉鎖系、半開放系で、または1つ以上の反応段階で連続的に行うことができる。試薬(複数可)と触媒系との良好な接触を確保するためには、激しい攪拌が有利に行われる。
オリゴマー化方法は、バッチ式で行うことができる。この場合、本発明による組成物を含む溶液の選択された容量は、好ましくは通常の撹拌、加熱および冷却装置を備えた反応器に導入される。
オリゴマー化方法は、連続的に行うこともできる。この場合、本発明による組成物を含む溶液を、好ましくは温度の制御下でオレフィンが反応する反応器に注入する。
触媒組成物は、当業者に公知の通常の手段を用いて破壊され、次いで、反応生成物および溶媒は、例えば蒸留によって分離される。変換されていないオレフィンは、反応器にリサイクルすることができる。
本発明の方法の生成物は、例えば、自動車の燃料の成分として、アルデヒドおよびアルコールの合成のためのヒドロホルミル化方法の供給原料として、化学産業、製薬産業または香水産業の成分として、プロピレンの合成のためのメタセシス方法の供給原料として、および/または、例えば、酸化脱水素を介して、または金属触媒のためのステップを介して、ブタジエンを製造する方法のための供給原料としての用途を見出すことができる。
以下の実施例は本発明を説明するものであり、その範囲を限定するものではない。
触媒試験の実施:
反応器を最初に真空乾燥し、エチレンの雰囲気下に置いた。93mLのシクロヘキサンをエチレンの雰囲気下で反応器に導入した。次いで、Ni(2−EH)と表すニッケル前駆体Ni(2−エチルヘキサノエート)(10または20μmol)を含む溶液6mL、およびトリシクロヘキシルホスフィンPCy(ニッケルに対して2または5モル当量)、およびピリジンまたはテトラヒドロフラン(ニッケルに対して5、8または10モル当量)を反応器に導入した。次いで、1〜2gのエチレンを反応器で溶解し、攪拌を開始し、温度を40℃にプログラムした。反応器を脱気した後、温度を50℃(試験温度)にプログラムした。次いで、エチルアルミニウムジクロリド(ニッケルに対して15モル当量)の溶液1mLを導入した。反応器を試験圧力(2MPa)まで加圧した。200gのエチレンが導入されるか、または反応が60分間行われるまで、エチレンの消費量を監視した。エチレンの供給を遮断した。気相を定量化し、ガスクロマトグラフィー(GC)によって定性化した。液相を秤量し、中和し、GCで定性化した。
触媒試験
実施例1〜3:比較例
Figure 0006876702
実施例4〜7:本発明による実施例
Figure 0006876702
本発明による触媒組成物は、少なくとも90.0%の収率、少なくとも59.7%の1−ブテン(1−C4)に対する選択率で、ブテン(C4)留分を得るために使用できることが分かる。

Claims (16)

  1. 触媒組成物であって、
    酸化数(+II)を有する少なくとも1つのニッケル前駆体と、
    式PRを有する少なくとも1つのホスフィン配位子(式中、基R、R、Rは、同一であっても異なっていてもよく、一緒に結合していても結合していなくてもよく、
    置換されていても置換されていなくてもよく、ヘテロ元素を含んでいても含んでいなくてもよい芳香族基、
    環式であってもなくてもよく、置換されていても置換されていなくてもよく、またヘテロ元素を含有していても有していなくてもよいヒドロカルビル基、
    から選択される)と、
    少なくとも1つのルイス塩基と、
    単独でまたは混合物として使用される、ヒドロカルビルアルミニウムの塩素および臭素含有化合物によって形成された群から選択される活性化剤と、を含み、
    5以下であるホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比と、5〜30の範囲であるルイス塩基およびホスフィン配位子のニッケル前駆体に対するモル比と、6以上である活性化剤のニッケル前駆体に対するモル比を有する、触媒組成物。
  2. 前記ホスフィン配位子の前記ニッケル前駆体に対する前記モル比が、2〜5の範囲にある、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記ニッケル前駆体は、塩化ニッケル(II);塩化ニッケル(II)(ジメトキシエタン);臭化ニッケル(II);臭化ニッケル(II)(ジメトキシエタン);フッ化ニッケル(II);ヨウ化ニッケル(II);硫酸ニッケル(II);炭酸ニッケル(II);ニッケル(II)ジメチルグリオキシム;水酸化ニッケル(II);ヒドロキシ酢酸ニッケル(II);シュウ酸ニッケル(II);2−エチルヘキサン酸ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、トリフルオロ酢酸ニッケル(II)、ニッケル(II)トリフラート、ニッケル(II)アセチルアセトネート、ニッケル(II)ヘキサフルオロアセチルアセトネート、ニッケル(II)フェネートによって形成された群から選択されるカルボン酸ニッケル(II);塩化アリルニッケル(II);臭化アリルニッケル(II);塩化メタリルニッケル(II)二量体;アリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;メタリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;ビスシクロペンタジエニルニッケル(II);ビスアリルニッケル(II)およびビスメタリルニッケル(II)から選択され、これらの水和形態またはそれ以外で、単独でまたは混合物として使用される、請求項1または2に記載の組成物。
  4. 前記ニッケル前駆体は、硫酸ニッケル(II);炭酸ニッケル(II);ニッケル(II)ジメチルグリオキシム;水酸化ニッケル(II)、ヒドロキシ酢酸ニッケル(II);シュウ酸ニッケル(II);2−エチルヘキサン酸ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、トリフルオロ酢酸ニッケル(II)、ニッケル(II)トリフラート、ニッケル(II)アセチルアセトネート、ニッケル(II)ヘキサフルオロアセチルアセトネート、ニッケル(II)フェネートによって形成された群から選択されるカルボン酸ニッケル(II);アリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;メタリルニッケル(II)ヘキサフルオロホスフェート;ニッケル(II);ビスアリルニッケル(II)およびビスメタリルニッケル(II)から選択され、これらの水和形態またはそれ以外で、単独でまたは混合物として使用される、請求項1または2に記載の組成物。
  5. 前記ホスフィン配位子の基R、RおよびRは同一である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 前記ホスフィン配位子PRの前記芳香族基R、RおよびRは、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、メシチル基、3,5−ジメチルフェニル基、4−n−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−メトキシフェニル基
    、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2−イソプロポキシフェニル基、4−メトキシ−3,5−ジメチルフェニル基、3,5−ジ−tert−ブチル−4−メトキシフェニル基、4−クロロフェニル基、3,5−ジ(トリフルオロメチル)フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ビスナフチル基、ピリジル基、ビスフェニル基、フラニル基およびチオフェニル基によって形成された群から選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. 前記ホスフィン配位子PRのヒドロカルビル基R、RおよびRは、1〜20個の炭素原子を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
  8. 前記ホスフィン配位子PRの前記ヒドロカルビル基R、RおよびRは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、アダマンチル基によって形成された群から選択される、請求項7に記載の組成物。
  9. 前記ルイス塩基が、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、イソキサゾール、ピリジン、ピラジン、およびピリミジンから選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 前記活性化剤は、メチルアルミニウムジクロリド(MeAlCl)、エチルアルミニウムジクロリド(EtAlCl)、エチルアルミニウムセスキクロリド(EtAlCl)、ジエチルアルミニウムクロリド(EtAlCl)、ジイソブチルアルミニウムクロリド(iBuAlCl)、およびイソブチルアルミニウムジクロリド(iBuAlCl)によって形成された群から選択され、単独でまたは混合物として使用される、請求項に記載の組成物。
  11. 前記ホスフィン配位子に対する前記活性化剤の前記モル比が、1以上である、請求項9または10に記載の組成物。
  12. オレフィン供給原料を請求項1〜11のいずれか一項に記載の組成物と接触させることを含む、前記供給原料をオリゴマー化するための方法。
  13. 前記供給原料は、2〜10個の範囲の炭素原子を含むオレフィンを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 閉鎖系、半開放系、連続的またはバッチ式で行われる、請求項12または13に記載の方法。
  15. 前記方法は、エチレンを量化するための方法である、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 自動車用燃料の成分として、アルデヒドおよびアルコールの合成のためのヒドロホルミル化方法における供給原料として、化学、石油化学、製薬、または香水産業用の成分として、プロピレンの合成のためのメタセシス方法における供給原料として、および/または酸化的脱水素化を介して若しくは金属触媒のステップを介してブタジエンを製造するための方法のための供給原料としての、請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法からの生成物の使用。
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