JPS58164531A - Preparation of alkanepolyol - Google Patents

Preparation of alkanepolyol

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JPS58164531A
JPS58164531A JP57047232A JP4723282A JPS58164531A JP S58164531 A JPS58164531 A JP S58164531A JP 57047232 A JP57047232 A JP 57047232A JP 4723282 A JP4723282 A JP 4723282A JP S58164531 A JPS58164531 A JP S58164531A
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JP
Japan
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reaction
rhodium
solvent
ethylene glycol
alkylurea
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JP57047232A
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Japanese (ja)
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Shoichiro Mori
森 彰一郎
Yuuji Ookago
祐二 大篭
Hisao Kinoshita
久夫 木下
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

PURPOSE:To obtain an alkanepolyol, especially ethylene glycol at relatively low pressure, and to recover a rhodium compound in an active state, by reacting CO with H2 in the presence of a rhodium-based catalyst using an N-alkylurea as a solvent. CONSTITUTION:In preparing the titled substance by reacting CO with H2 in the presence of a rhodium-based catalyst, an N-alkylurea is used as a reaction solvent. A tetraalkylurea shown by the formulaI(R1-R4 are 1-6C aliphatic hydrocarbon) and an N-alkylalkyleneurea shown by the formula II (n is 2, 3 or 4) may be cited as the N-alkylurea. It is used in a mixed solvent with another solvent (e.g., tetraglyme) in its 5-100wt%. The reaction is preferably carried out at 30-1,000kg/cm<2> at 120-300 deg.C. EFFECT:A high formation speed and selectivity of especially ethylene glycol is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、−酸化炭素及び水素を接触下に反応させて、
アルカンポリオールを製造する方法に関するものであろ
・ 本発明によると、北壁的低圧力下に、効率的にアルカン
ポリオールを製造することが可能となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides the following methods: - Reacting carbon oxide and hydrogen in contact with each other,
This invention relates to a method for producing an alkane polyol.According to the present invention, it is possible to efficiently produce an alkane polyol under low pressure.

従来、−酸化炭素と水素とを反応させるととにより、ア
ルカンポリオール%にエチレングリコールを直接製造す
る一つの方法として、ロジウム系触媒を使用する方法が
数多く提案されて−る・エチレングリコールの製造に関
してロジウムは働の金属に較べ優れ九触媒活性を有する
が、ロジウム、金属が高価であることから、単位ロジウ
ム原子当toエチレングリコール生成速度を高めること
、さらにロジウムを効率的に回収し、再循環することが
本プジセスの実用化の重要な課題となってい為、上述の
課題を解決するための一つの重要な因子は、反応溶媒の
選定であると考えられ、この観点からいくつかの方法が
提案されている0例えば、特開1851−32IO7号
公報ではr−ブチa9タトンと1−パレロツクトン溶媒
が、特開昭5l−aseoz号公報ではジメチルスルホ
ン又はテトラメチレンスルネン溶媒が、特開昭5鵞−4
2808号会報ではテトラグライムとスルホランの混合
溶媒が、さらに411−昭53−1!4204号会軸で
はクラウンエーテル溶媒の使用が提案されている・しか
し、ロジウム金属化合物とこれらの溶媒だけO反応系で
は、1000Kf/−以下の反応圧力でエチレングリフ
ールの生成がほとんど認められず、通常前記の様な反応
圧力範囲でエチレングリプール01lL量を増加させる
手段としてN、N。
Conventionally, many methods have been proposed that use rhodium-based catalysts as a method for directly producing ethylene glycol from alkane polyols by reacting carbon oxide and hydrogen. - Regarding the production of ethylene glycol. Rhodium has superior catalytic activity compared to working metals, but since rhodium is an expensive metal, it is necessary to increase the rate of ethylene glycol production per unit rhodium atom, and to efficiently recover and recycle rhodium. Since this is an important issue in the practical application of this process, one of the important factors to solve the above-mentioned issues is considered to be the selection of the reaction solvent, and several methods have been proposed from this point of view. For example, in JP-A No. 1851-32IO7, r-buty-a9tatone and 1-pareloxtone solvents are used, and in JP-A-1851-aseoz, dimethylsulfone or tetramethylenesulnene solvent is used. -4
Bulletin No. 2808 proposes the use of a mixed solvent of tetraglyme and sulfolane, and Bulletin No. 411-1!4204 proposes the use of a crown ether solvent. However, only rhodium metal compounds and these solvents are suitable for O reaction systems. In this case, almost no production of ethylene glycol was observed at a reaction pressure of 1000 Kf/- or less, and N and N are usually used as a means to increase the amount of ethylene glycol in the reaction pressure range described above.

NzN’−テトラメチルエチレンジアミン等の有機窒素
配位子(例えば特開昭48−18509号公報)、アル
カリ金属カチオン(例えば特開1@51−36403号
公報)などを助触媒として用いる方法が提案されている
。さらに、W、Ke i mらがJournalof 
Catalysis、但、359〜16SC1980)
の中でN−メチルピロリジン溶媒を使用し九結果を報告
しているが、反応圧力2.000バールの過酷な条件下
で実施されたものである。
Methods have been proposed in which organic nitrogen ligands such as NzN'-tetramethylethylenediamine (e.g., JP-A-48-18509), alkali metal cations (e.g., JP-A-1@51-36403), etc. are used as promoters. ing. In addition, W. Kei m et al.
Catalysis, however, 359-16SC1980)
reported nine results using N-methylpyrrolidine solvent, but the results were carried out under harsh conditions with a reaction pressure of 2,000 bar.

本発明者らは、本反応系における反応溶媒の重要性に鑑
み、幅広く溶媒の検討を実施し、上記の助触媒が存在し
ない系に於ても、反応溶媒として特にN−アルキル尿素
類を用いると驚くべきことに、比較的温和な反応圧力条
件下に、効率的にアルカンポリオールを製造し得ること
を見い出し本発明を完成しえ。
In view of the importance of the reaction solvent in this reaction system, the present inventors conducted a wide range of solvent studies and used N-alkylureas as the reaction solvent even in systems where the above-mentioned cocatalyst is not present. Surprisingly, they discovered that it is possible to efficiently produce alkane polyols under relatively mild reaction pressure conditions, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、−酸化炭素及び水素をロジウム系触媒
の存在下反応させてアルカンポリオールを製造する方法
において、N−アルキル尿素類を反応溶媒として使用す
ることを特徴とするアルカンポリオールの製造方法を提
供するにある。
That is, the present invention provides a method for producing an alkane polyol by reacting carbon oxide and hydrogen in the presence of a rhodium-based catalyst, the method comprising using N-alkylureas as a reaction solvent. is to provide.

本発明に用いられるN−アルキル尿素類としては、次の
一般式(りで示されるテトラアルキル尿素類、 〇 RIRI NCNR5Ra  =(1)但し、R1、R
意、〜、R4はそれぞれC1〜−の脂肪族炭化水嵩 Aび−II式情1で示されるN−アルキルアルキレン尿
素類、 冒 但し、R1、Rx FiそれぞれCt−6の脂肪族炭化
水素、n璽2〜4の整数 がある・さらに具体的には、N、N、閲N’−テトラメ
チル鼠皐、N、N、N’; N’−テトラニブル尿素、
N、N、Nsドーテトラグロビル尿素、N、N、にN′
−テト′y(n−ブチル)尿素、N、N−ジメチル、N
’、N’−ジエチル尿素、N、N’−ジメチルエチレン
尿素、N、N’−ジエチルエチレン尿L N、N’−ジ
インプロピルエチレン尿素、N−メチル、N′−イソプ
關ビルエチレン尿素、N、N’−ジメチルプルピレン尿
素、N、N’−ジメチルエチレン尿素などがある。これ
らの中でも殊に、工業的に一般に入手が容易と考えられ
るN。
The N-alkylureas used in the present invention include tetraalkylureas represented by the following general formula (RIRI NCNR5Ra = (1), where R1, R
-, R4 are aliphatic hydrocarbons of C1 to -, respectively, and N-alkylalkylene ureas represented by formula 1, provided that R1, Rx Fi are aliphatic hydrocarbons of Ct-6, n There are integers from 2 to 4. More specifically, N, N, N'-tetramethyl rat, N, N, N';N'-tetranibruurea,
N, N, Ns dotetraglobilurea, N, N, N'
-tet'y(n-butyl)urea, N,N-dimethyl, N
',N'-diethylurea, N,N'-dimethylethyleneurea, N,N'-diethylethyleneurea L N,N'-diimpropylethyleneurea, N-methyl,N'-isopropylethyleneurea, N , N'-dimethylpropyleneurea, N,N'-dimethylethyleneurea, and the like. Among these, in particular, N is considered to be generally easily available industrially.

エーテル11′&ととの混合溶媒系としても使用できる
。この場合、混合溶媒中の陳尿素類の一度としては5〜
100重量パーセント、よ抄好ましくは10〜160重
量パーセントの範囲で使用される。
It can also be used as a mixed solvent system with ether 11'&. In this case, the number of ureas in the mixed solvent is 5 to 5.
It is used in an amount of 100% by weight, preferably in the range of 10 to 160% by weight.

本発明の特徴としては、比較的温和な反応条件下で高い
アルカンポリオール殊にエチレングリコールの生成速度
、高いエチレングリコールの選択性を与える点にある。
The present invention is characterized in that it provides a high rate of production of alkane polyols, especially ethylene glycol, and high selectivity for ethylene glycol under relatively mild reaction conditions.

更に特記すべき点は、反応系に供給し九ロジウム化舎物
を反応終了後に、pジウ^金属として反応器内部に沈着
して不活性化することなく闘収し得ろ仁とである。
A further point to be noted is that after the nine-rhodium compound is supplied to the reaction system and the reaction is completed, it can be recovered as p-diium metal without being deposited inside the reactor and inactivated.

本*fjの方法において用いられるロジウム系触媒は、
本発明の趣旨を越えない限抄任意のものを掃けることが
できる。更に、−酸化炭素もしくは一酸化炭素および水
素と錯結合を有するロジウムカルボニル錯体を使用する
ことも可能である。これらのpジクムカルボニル錨体に
は、いわゆるロジウムカルボニルクラスター、ロジウム
ヒドリドカルボニルクラスターなどが包含される。例え
ば、ジロジウムオクタカルボニル、テトラロジウムドデ
カカルボニル、ヘキfc1ジウムヘキサデカカルボニル
、−ロジウムトリスアセチルアセトネート、ロジクムカ
ルボニルア七チルアセトネートおよび(Rh(CO)n
)−、(likg(Co)z藻〕3−1〔肋−(CO)
14)’−1[Rhy(CO)ms)”−1(R111
s(CO)io)”−、CRks(CO)xiI)−1
CRhs(CO)uC)”−などの有機、tたは無機カ
チオンとの塩などを掲げることができる。
The rhodium-based catalyst used in the method of *fj is:
Anything that does not go beyond the spirit of the invention may be used. Furthermore, it is also possible to use rhodium carbonyl complexes having complex bonds with -carbon oxide or carbon monoxide and hydrogen. These p dicum carbonyl anchors include so-called rhodium carbonyl clusters, rhodium hydride carbonyl clusters, and the like. For example, dirhodium octacarbonyl, tetrarhodium dodecacarbonyl, hexfc1dium hexadecacarbonyl, -rhodium trisacetylacetonate, rhodicumcarbonyla heptylacetonate and (Rh(CO)n
)-, (likg(Co)z algae) 3-1 [rikg(CO)
14)'-1[Rhy(CO)ms)"-1(R111
s(CO)io)"-, CRks(CO)xiI)-1
Examples include salts with organic, t, or inorganic cations such as CRhs(CO)uC)''-.

t、好ましくは1×10″″1ないしI X 10−’
ダラム原子7to範囲で使用される。この際、aジクム
化合物を可溶化もしくは懸濁させる反応*mである本発
明の方法に使用するN−アルキル販素類は、単独もしく
は溶媒O効果が損われない限抄において、他O前記有機
II謀と01合溶媒として使用すゐことができる。
t, preferably from 1 x 10''1 to I x 10-'
Durham atoms are used in the 7to range. In this case, the N-alkyl phenolic compound used in the method of the present invention, which is the reaction *m for solubilizing or suspending the dicum compound, may be used alone or in a limited amount that does not impair the effect of the solvent O. It can be used as a mixed solvent of II and O1.

本発明の方法において、反応は加熱加圧条件下で実施さ
れる6反応圧力としては通常itいし2.0 o o麺
/−G1好ましくは3・ないし1.GoOK#/−Gの
範回である0本発明の方法によれば比較的低圧下におい
て助触媒を用いなくでもアルカンポリオールの牧童が大
きく、シかもアルカンポリオールの選択率が高い点KI
flI徴がある。
In the method of the present invention, the reaction is carried out under heating and pressurizing conditions.6 The reaction pressure is usually 2.0 to 2.0 mm/-G1, preferably 3 to 1. According to the method of the present invention, the yield of alkane polyol is large even without using a cocatalyst under relatively low pressure, and the selectivity of alkane polyol is high.KI
There are signs of flI.

本発明のアルカンポリオール製造のための原料ガスとし
て、反応系に供給される一酸化巌素と水素ガスの制令は
、通常水素ガスに対する一酸化嶽素のモル比としてO,
OSm2O3好ましくは0.1〜1・O範園である。ま
た、反応温度としては、通常50ないしSSO℃、好ま
しくは1鵞o1にいしs o o cO@yBが、さら
に反応時間として通常0.1ないし20時間、好ましく
は0.3ないし10時間OI[−が使用される。
The molar ratio of sulfur monoxide and hydrogen gas to be supplied to the reaction system as raw material gases for producing the alkane polyol of the present invention is usually O,
OSm2O3 is preferably in the range of 0.1 to 1.0. Further, the reaction temperature is usually 50 to SSO°C, preferably 1 to 100 °C, and the reaction time is usually 0.1 to 20 hours, preferably 0.3 to 10 hours. - is used.

本尭W14o方法において得られる反応生成物中にハ、
エチレングリコール、プロパンジオ−ル、グリセリンな
どのアルカンポリオールの他にメタ/−h、xタノール
傘どのモノアルコールサラニそれらOアルコールのギ酸
、酢酸表どとのエステル類などが含まれる。これらの反
応生成物から目的とするアルカンポリオールを分離する
方法としては、蒸奮、抽出などの公知の手法を用いるこ
とができる。
In the reaction product obtained in the Motoya W14o method,
In addition to alkane polyols such as ethylene glycol, propanediol, and glycerin, they include monoalcohols such as meta/-h, x-tanol, and esters of formic acid and acetic acid. As a method for separating the target alkane polyol from these reaction products, known techniques such as steaming and extraction can be used.

以下、実施例、比較例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

実施例−1 内容積100M1のハステロイC#!オートクレーブに
、20117のN、N、聞「−テトラメチルwL素およ
び0.8ミリグラム原子のテトラロジウムドデカカルボ
ニルを封入した。このオートクレーブを加熱炉に設置し
たのち、ガス導入管から一酸化炭素対水素のモル比が1
対10混合ガスを数回、導入と排気を繰返して系内のガ
スを置換し、富−でO仕込圧が2 It OKg/cd
Kなるように温合ガスを仕込んだ0反応温度を20(I
CE設定して、反応系内の温度が200℃に達し九時点
から4時間反応を行つ九。
Example-1 Hastelloy C# with an internal volume of 100M1! The autoclave was filled with 20117 N, N, -tetramethyl wL atoms and 0.8 milligram atoms of tetrarhodium dodecacarbonyl. After this autoclave was installed in a heating furnace, carbon monoxide and hydrogen were introduced from the gas inlet pipe. The molar ratio of
The gas in the system was replaced by introducing and exhausting a 10% mixed gas several times until the O charging pressure was 2 It OKg/cd.
The temperature of the 0 reaction at which the heating gas was charged so as to be 20 (I
Set CE and conduct the reaction for 4 hours from the point in time when the temperature in the reaction system reaches 200°C.

・ 反応終了後、オートクレーブを寵−まで冷却し、:
↓ス成分を放出し友のち液状生成物を回収した。
・After the reaction is complete, cool the autoclave to temperature and:
↓The gas component was released and the liquid product was recovered.

これをガスクIマドグツフィーによって定量したニー果
、工、、、□i−に441iす91.72ノールt、s
 s ミリモルが生成してい友。その他線6成物中には
痕跡量のエタノール、ギ酸メチル、1.1−プロパンジ
オールが、ガス成分中に社痕跡量のメタンと二酸化炭素
が検出された。を九、液状生成物中のロジウムを定量し
たところ、仕込みロジウムO・8%以上が回収されてい
ることが分つえ。
This was quantified by Gask I Madogutfy, 441i, 91.72 nort, s.
s mmol is generated. Traces of ethanol, methyl formate, and 1,1-propanediol were detected in other line 6 components, and traces of methane and carbon dioxide were detected in the gas components. 9. When the rhodium in the liquid product was quantified, it was found that more than 8% of the charged rhodium O. was recovered.

実施例−2〜S 表−1に示し九過勢反応S*を実施例−1ON。Example-2~S Table 1 shows the nine-force reaction S* in Example-1ON.

N、N”、N’−テトラメチル尿素からN、N’−ジメ
チルイ例−1に記載の方法と一様に実験を行ったところ
、表−IK示す結果を得た。
From N,N'',N'-tetramethylurea to N,N'-dimethyl An experiment was carried out in the same manner as described in Example 1, and the results shown in Table IK were obtained.

(以下余白) 表−1 実施例−6 触媒として0.1 (リグラム原子□oジウムジカルボ
ニルア竜チルアセトネートを使用した以外は実施例−1
と同様の反応を行なった・その結果生成液中にはエチレ
ングリコール4.37 iリモル、メタノール8.68
ミリモルが生成していた。
(Leaving space below) Table-1 Example-6 Example-1 except that 0.1 (ligram atom □odium dicarbonylar tylacetonate was used as a catalyst)
A reaction similar to that of
Millimoles were being produced.

反応湊厳として表−2に示した様にテトラグライム、r
−プチロラタトン、スルホラン、18−下でろりえ、崗
、実施例−1〜6では反応液はいずれも均一溶液として
回釈されたが、比較例−1〜2ではいずれも金属−ジウ
^と思われる黒色沈験が生成し、溶媒中K11l岬する
ロジウムは仕込み曹ジウムの1s%以下で6つ九。
As shown in Table 2 for the reaction Minato Gen, tetraglyme, r
-Ptylorataton, Sulfolane, 18-Lorie, Higashi, In Examples 1 to 6, the reaction solution was all diluted as a homogeneous solution, but in Comparative Examples 1 to 2, it seems to be metal diu^. A black precipitate was formed, and the amount of rhodium present in the solvent was less than 1s% of the sodium carbonate charged.

(以下余白) 表−2(Margin below) Table-2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 一酸化炭素及び水素をロジウム系触媒の存在下反応させ
てアルカンポリオールを製造する方法において、N−ア
ルキル尿素類を反応溶媒として使用することを特徴とす
るアルカンポリオールの製造方法。
1. A method for producing an alkane polyol by reacting carbon monoxide and hydrogen in the presence of a rhodium-based catalyst, the method comprising using an N-alkylurea as a reaction solvent.
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