JPS6232179B2 - - Google Patents

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JPS6232179B2
JPS6232179B2 JP58136051A JP13605183A JPS6232179B2 JP S6232179 B2 JPS6232179 B2 JP S6232179B2 JP 58136051 A JP58136051 A JP 58136051A JP 13605183 A JP13605183 A JP 13605183A JP S6232179 B2 JPS6232179 B2 JP S6232179B2
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JP
Japan
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rhodium
reaction
ligand
catalyst
aldehyde
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JP58136051A
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Japanese (ja)
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JPS5951237A (en
Inventor
Antonii Fuiatoo Rotsuko
Raberu Puruuetsuto Roi
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Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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Publication date
Application filed by Union Carbide Corp filed Critical Union Carbide Corp
Publication of JPS5951237A publication Critical patent/JPS5951237A/en
Publication of JPS6232179B2 publication Critical patent/JPS6232179B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に言えば、カルボン酸を製造
する方法に関する。更に具体的に言えば、本発明
は、アルデヒドを酸化して対応するカルボン酸を
製造するロジウム触媒法に関する。 カルボン酸は、化学工業において多くの用途を
有している。例えば、プロピオン酸は穀物防腐剤
として有用であり、そしてそれよりも高級の酸は
洗剤の製造に使用されている。 カルボン酸を製造するための多くの様々な方法
が知られており、例えばオレフインをヒドロホル
ミル化し次いで得られたアルデヒドを酸化する方
法がある。製造された酸は、オレフインよりも1
個大きい炭素数を有する。例えば、オレフイン
(例えば、エチレン)は一酸化炭素及び水素との
反応によつてヒドロホルミル化されて対応するア
ルデヒド(プロピオンアルデヒド)を生成し、次
いでこれは対応する酸(プロピオン酸)に酸化さ
れる。ある場合には、一酸化炭素及び水素による
オレフインのヒドロホルミル化反応(オキソ法と
しても知られる)の後に、アルデヒドは、それを
酸に酸化する前に回収して精製される。 従来技術の他の関連する方法は、アルデヒドの
精製を必要としない。例えば、ドイツ特許第
2604545号は、対応するオレフインを100〜600バ
ールの高圧下にヒドロホルミル化しそして得られ
たアルデヒド含有反応混合物を直接酸化し、しか
もこの両方の工程をロジウムカルボニル錯体触媒
の存在下に行なうことによつてアルキルカルボン
酸を製造する二段法を開示する。 米国特許第3980670号は、ロジウムカルボニル
錯体触媒及び不活性有機溶剤の両方の存在下に低
級脂肪酸のアリルエステルを先ずヒドロホルミル
化し、次いで得られた反応混合物を低級脂肪酸の
存在下に直接酸化し、そしてロジウム触媒を含め
て残留物の分離後に生成物を回収することによつ
てメタクリル酸及びブチロラクトンの両方を同時
に得るための方法を開示する。 米国特許第3520937号は、コバルト―及びアル
デヒド含有オキソ反応混合物を酸化剤で処理して
コバルト不含物質を提供する技術を開示する。酸
素の量は、生成物であるアルデヒドを酸化するの
に不十分であるとされている。 更に他の従来技術の方法は、オレフインを直接
酸化又はカルボキシル化して様々な化合物を製造
することを可能にする。例えば、米国特許第
3384669号は、種々の貴金属イオン及び硝酸若し
くは亜硝酸のどちらかのイオン又はその混合物を
含む水溶液を含む触媒の存在下における分子状酸
素による酸化によつてオレフインを対応するアル
デヒド又はケトンに転化するための方法を開示す
る。 ドイツ特許第2744207号は、生成物の回収を容
易にするために不活性溶剤の不在下で、そして有
機ホスフイン又はホスフアイトを含む反応媒体中
においてロジウム錯体触媒及び安定化用ホスフイ
ン又はホスフアイトリガンドの存在下にオレフイ
ンを反応させることによつて例えばケトンに酸化
する方法を開示する。 米国特許第3818060号は、オレフインを一酸化
炭素及び水と反応させることを含むカルボン酸製
造の第族金属触媒ヒドロカルボキシル化法を開
示する。触媒系は、イリジウム又はロジウム含有
化合物と、ハロゲン化物促進剤と、五価燐、ひ
素、アンチモン、窒素又はビジマスの有機誘導体
よりなる安定化剤とを含む。この安定剤は、触媒
の安定性に通常悪影響を及ぼす沈殿及び固形物付
着を防止するとされている。また、米国特許第
3816488号、同第3816489号及び同第3944604号も
参照されたい。 ブラム氏外は、Tetrahedron Letters No.38
第3665〜3668頁(1967)において、ロジウム錯体
触媒であるクロロトリス(トリフエニルホスフイ
ン)ロジウムRhCl(PPh33(ここで、“Ph”=フ
エニル)によるアルキルベンゼンのα―酸化を開
示する。具体的に言えば、アルキルベンゼンであ
るエチルベンゼンは、触媒の存在下に空気によつ
てアセトフエノンに酸化される。 フシ氏外は、Journal of Organometallic
Chemistry26(1971)の第417〜430頁において、
遷移金属錯体によるシクロヘキセン酸化の機構を
提案する。トリフエニルホスフインと錯化したロ
ジウムを含含する種々の触媒の存在下でシクロヘ
キセンをシクロヘキセンオキシド、シクロヘキサ
ノン及びシクロヘキサノールに酸化することに関
して具体的な結果が与えられている。 タカオ氏外は、日本化学会誌43(12)(1970年12
月)の第3898〜3900頁において、ロジウム錯体で
あるクロロトリス(トリフエニルホスフイン)ロ
ジウム又は塩化ロジウムによるオレフインである
スチレンの酸化及び種々の溶剤が酸化生成物に及
ぼす影響について報告する。トルエンの如き非極
性溶剤中では、主生成物は、アセトフエノン及び
ベンズアルデヒドの両方であつた。また、同じ触
媒によるメチルスチレンの酸化についても報告さ
れている。 タカオ氏外による後の報文である日本化学会誌
45(5)(1972年5月)の第1505〜1507頁には、種々
の溶剤中にあるロジウム錯体によつて触媒したシ
ンナムアルデヒドの酸化が報告されている。クロ
ロカルボニルビス(トリフエニルホスフイン)ロ
ジウム及びクロロトリス(トリフエニルホスフイ
ン)ロジウムである2種のロジウム錯体がトルエ
ン中においてシンナムアルデヒドの接触酸化を引
き起こしてベンズアルデヒド、グリオキサール、
ベンゼン及びスチレンを生成することが判明し
た。 また、日本化学会誌45(7)(1972年7月)の第
2003〜2006頁において、タカオ氏外は、クロロト
リス(トリフエニルホスフイン)ロジウムで触媒
する溶剤中でのビニルエステルの酸化について報
告している。得られる反応生成物の種類は、オレ
フイン性炭素原子上の置換基によつて一部分決定
される。例えば、酢酸ビニルはトルエン中で酸化
されてアセトン、プロピオンアルデヒド及びメチ
ルビニルエーテルを生成し、これに対してプロピ
オン酸ビニルからはメチルエチルケトン、ブチル
アルデヒド及びエチルビニルエーテルが得られ
た。 ダツドリー氏外は、J.C.S.Dalton(1974)の第
1926〜1931頁において、ベンゼン中においてのメ
チルケトンへのα―オレフインのロジウム促進酸
化を開示する。クロロトリス(トリフエニルホス
フイン)ロジウム及びカルボニルヒドリドトリス
(トリフエニルホスフイン)ロジウムである2種
のロジウム錯体が反応を触媒することが示されて
いる。 マーサー氏外は、Journal of the American
Chemical Society 97(7)(1975年4月)の第
1967頁〜1968頁において、ロジウム錯体Rh6
(CO)16がケトン中のC―C結合の酸化開裂を触
媒してカルボン酸にすることを開示する。報告さ
れる特定の反応は、溶剤としてのシクロヘキサノ
ン中にロジウムを懸濁させそして酸素で加圧して
アジピン酸を精造することを包含していた。 様々な他の従来技術の方法は、酸素の存在が反
応を遅らせるところのヒドロホルミル化法を開示
する。例えば、ポリーブカ氏外は、Petrochemia
1979、19(1―2)、5―12において、ロジウム
錯体触媒であるHRh(CO)(PPh33(こゝで、
“Ph”=フエニル)によるオレフイン(1―オク
テン、ジ―及びトリイソブチレン、アリルアルコ
ール、スチレン及びジペンテン)の低圧ヒドロホ
ルミル化を開示する。この著者は、酸素の如き化
合物(触媒に対してアルケン又はCOよりも反応
性である)がヒドロホルミル化を遅らせる安定な
錯体を形成することを開示する。 マツイ氏外は、日本化学会誌19、No.1(1977年
5月)において、ヒドロホルミル化反応で使用さ
れたロジウム錯体触媒の失活を説明する機構を提
案する。報告される具体的な触媒は、ロジウム
(Rh2Cl2(CO)4として)をトリフエニルホスフア
イトリガンドで錯化したものである。この著者
は、触媒の失活は、合成ガス中に存在する少量の
酸素によつて引き起こされるトリフエニルホスフ
エートへのトリフエニルホスフアイトの酸化に主
として基因すると結論づけた。 また、従来技術は、失活したロジウム錯体触媒
を酸素によつて再生することを教示する。例え
ば、特公昭51―23212号は、ロジウム触媒ヒドロ
ホルミル化法、更に具体的に言えば、失活したロ
ジウム触媒を別個の工程において酸素で処理し次
いで再生触媒をヒドロホルミル化反応に再循環さ
せることによつてプロセス中で失活した状態にな
つたロジウム触媒を再生する技術を開示する。 目下出願中の米国特許願第703130号(ベルギー
特許第856542号として公告)は、ヒドロホルミル
化反応系に触媒的少量の酸素を導入することによ
つて失活ロジウム錯体触媒を再生することができ
るヒドロホルミル化法を開示する。酸素の使用量
は少量(即ち、触媒を解毒し且つ再活性化するの
にだけ十分である)であり、そして酸素の実質上
全部が触媒中のリガンドによつて消費されて触媒
ロジウムを遊離させ、これによつて触媒が再活性
化される。 他の従来技術は、酸素が存在するところのヒド
ロホルミル化法を開示する。例えば、米国特許第
3920754号は、遊離基開始剤(好ましくは分子状
酸素)の存在下にアルケンを一酸化炭素及び水素
と反応させることによつてホルミル―及びヒドロ
ホルミル置換アルケン誘導体を形成するヒドロホ
ルミル化法を開示する。 米国特許第3954877号は、第族金属(例え
ば、ロジウム)と五価燐、ひ素又はアンチモン化
合物(例えば、ホスフインオキシド)からなるリ
ガンドとの錯体を用いるオレフインヒドロホルミ
ル化法を開示する。 米国特許第3555098号は、触媒を含有する再循
環反応媒体の全部又は一部分をアルカリ水溶液で
処理して触媒を失活させるカルボン酸副生物を抽
出することによつて触媒活性を維持する第族貴
金属触媒ヒドロホルミル化反応を開示する。この
酸は、反応体ガス流れの酸素汚染によるアルデヒ
ド生成物の僅かな酸化によつて形成されると思わ
れる。 多年の間、すべての工業的なヒドロホルミル化
反応は、触媒安定性を維持するのに比較的高い圧
力(しばしば100気圧程度又はそれ以上)を必要
としたコバルトカルボニル触媒を用いていた。ア
ール・エル・ブルート氏及びジエイ・エイ・スミ
ス氏の1970年9月8日発行の米国特許第3527809
号は、α―オレフインを一酸化炭素及び水素でヒ
ドロホルミル化してアルデヒドを低温及び低圧に
おいて高収率で生成する新規なヒドロホルミル化
法を開示するが、この場合に生成物アルデヒド中
のノルマル対イソ(又は分枝)アルデヒド異性体
比は高い。この方法は、ある種のロジウム錯体触
媒を使用しそしてオレフインのヒドロホルミル化
を達成するために限定した反応条件下に操作を行
なつている。この新規な方法は従来技術でこれま
で必要とされたよりも有意に低い圧力で操作を行
なうので、低い初基投下資本及び低い運転費を含
めて実質的な利益が得られた。更に、多くの望ま
しい直鎖アルデヒド異性体を高い収率で製造する
ことができた。 上記のブルート及びスミス両氏の特許に示され
るヒドロホルミル化法は、次の必須反応条件を包
含する。 (1) ロジウムと一酸化炭素及びトリオルガノ燐リ
ガンドとの錯体組合せであるロジウム錯体触
媒。用語「錯体」は、独立して存在することの
できる1種以上の電子に富む分子又は原子と1
種以上の電子に乏しい分子又は電子(これらの
各々も亦独立して存在することができる)との
結合によつて形成される配位化合物を意味す
る。燐原子が利用可能な又は非共有の一対の電
子を有するところのトリオルガノ燐リガンド
は、ロジウムと配置結合を形成することができ
る。 (2) ビニル基CH2=CH―の如き末端エチレン性
炭素―炭素結合によつて特徴づけられるα―オ
レフイン化合物のα―オレフイン供給原料。こ
れらは、直鎖又は分枝鎖であつてよく、そして
ヒドロホルミル化反応に本質上干渉しない基又
は置換基を含有することができ、またこれらは
1個よりも多くのエチレン性結合を含有するこ
とができる。プロピレンが好ましいα―オレフ
インの一例である。 (3) トリアリールホスフインの如きトリオルガノ
燐リガンド。望ましくは、リガンド中の各有機
部分の炭素原子は18個を越えない。トリアリー
ルホスフインが好ましいリガンドであるが、そ
の一例はトリフエニルホスフインである。 (4) ロジウム原子と錯化され又はそれに結合され
たリガンドに加うるに、ロジウム金属1モル当
り少なくとも2好ましくは少なくとも5モルの
遊離リガンドを提供するのに十分な反応混合物
中におけるトリオルガノ燐リガンドの濃度。 (5) 約50〜約145℃好ましくは約60〜約125℃の温
度。 (6) 450psia以下好ましくは350psia以下の全水素
及び一酸化炭素圧。 (7) 一酸化炭素及び水素の全圧を基にしてせいぜ
い約75%好ましくはこの全ガス圧の50%以下の
一酸化炭素最大分圧。 カルボン酸を製造するための工業的なヒドロホ
ルミル化―酸化プロセスでは、得られたアルデヒ
ドは、通常、回収されてから対応する酸に酸化さ
れる。アルデヒド精製工程を用いずにそしてロジ
ウム基材触媒の如き第族金属触媒を用いて酸化
工程を行なう場合には、その酸化を不活性芳香族
又は脂肪族溶剤の存在下に実施するときに苛酷な
触媒安定性及び活性問題に遭遇する。酸へのオレ
フインのヒドロホルミル化―酸化経路において不
活性溶剤を用いない場合でさえも、従来技術では
プロセスを2つの段階(即ち、ヒドロホルミル化
に続いて、アルデヒドの精製を行なわずに別個の
酸化を行なう)で行なうことが必要であつた。 本発明は、アルデヒドを安定なロジウム錯体触
媒の存在下に酸化させることによつてカルボン酸
を製造する方法を包含するが、この場合において
ロジウム触媒の安定性及び活性は触媒中に五価第
V族リガンドを用いることによつて維持されるの
である。かくして、不活性有機溶剤中においてさ
えも酸化反応条件下に安定な触媒系が提供され
る。本発明の方法は、単一の安定化触媒を用いる
単一操作で酸及びその無水物を対応するアルデヒ
ドから直接製造することを可能にする。 本発明に従えば、3〜約21個(又はそれ以上)
の炭素原子を有するカルボン酸を製造することが
できる。本発明の具体例は、アルデヒドを好まし
く不活性有機溶剤中においてロジウム錯体触媒の
存在下に酸化させて対応する酸を製造することを
包含する。この場合において、ロジウム錯体触媒
は、失活に対して触媒を安定化する五価第族リ
ガンドを含む。 本発明の具体例の方法では、アルデヒド出発材
料は、対応するオレフインのヒドロホルミル化に
よるが如き任意の適当な手段によつて調製するこ
とができる。 本発明と関連するヒドロホルミル化法で反応さ
せることができるオレフインは、2〜約20個の炭
素原子及び1個のエチレン性炭素―炭素結合を有
する任意のオレフインであつてもよい。このオレ
フインは、直鎖又は分枝鎖であつてもよく、そし
て反応の進行に本質上干渉しない基又は置換基を
含有することができる。加えて、この範囲内には
α―オレフイン並びに内部オレフインの両方を含
めるつもりである。典型的なα―オレフインとし
ては、例えば、エチレン、プロピレン、1―ブテ
ン、1―ペンテン、1―ヘキセン、1―ヘプテ
ン、1―オクテン、1―ノネン、1―デセン、1
―ウンデセン、1―ドデセン及びそれよりも高級
の類似体が挙げられる。最とも好ましいα―オレ
フインはエチレンである。典型的な内部オレフイ
ンは、例えば、2―ブテン、2―ペンテン、2―
又は3―ヘキセン、3―デセン、4―デセン、2
―ウンデセン、3―ウンデセン、4―ウンデセ
ン、5―ウンデセン及びそれより高級の類似体を
包含する。 先に記載したように、本法は、好ましくは、反
応条件に対して不活性の有機溶剤中で好ましくは
沸点が生成されるカルボン酸の沸点と少なくとも
同じ(しかし好ましくはそれよりも高い)である
不活性脂肪族又は芳香族有機溶剤中で行なわれ
る。典型的な脂肪族不活性溶剤は、ノナン、ウン
デカン、ドデカン等の如き約9〜約20個の炭素原
子を有する飽和炭化水素を包含する。これらの飽
和炭化水素は直鎖又は分枝鎖であつてよく、そし
てより高度に分枝した物質が好ましい。典型的な
不活性芳香族溶剤は、ベンンゼン及びビフエニル
の如き芳香族炭化水素並びにトルエン、キシレン
等の如き少なくとも1個の飽和脂肪族炭化水素基
によつて置換された芳香族炭化水素を包含する。
一般的には、これらの芳香族溶剤中の飽和脂肪族
炭化水素置換基は1〜約15個の炭素原子を含有す
ることができ、そしてそれらは直鎖又は分枝鎖で
あつてよい。 一般的には、用いる溶剤の種類は厳密なもので
なく、そして反応条件は、溶剤が生成したカルボ
ン酸よりも揮発性になるのを防止するように調節
することができる。随意として、不活性有機溶剤
は、初期において、製造しようとするカルボン酸
の総重量を基にして0.5〜5重量%の溶剤を含有
することができる。溶剤中における酸の量は特に
厳密なものではない。と云うのは、実際には、こ
れは、生成した酸を反応系からいかに早く除去す
るかを望むことに対する制限であるからである。
反応開始時に反応媒体中に酸を備えることによつ
て、酸無水物の形成が酸よりも促進される。 本発明の実施に当り用いられる溶剤の量は触媒
に関してのみ制限され、即ち、それは少なくとも
触媒的量のロジウムを可溶化するような量でなけ
ればならない。一般には、遊離金属として計算し
て触媒的に活性なロジウム約25〜約1200ppm好
ましくは約50〜約400ppmのロジウム濃度を提供
するように溶剤が使用される。溶剤の量又はその
存在に関係なく、触媒は、表示量の触媒的活性ロ
ジウムを提供する量で用いられる。 本発明で用いられる五価第族リガドンは、式 〔上記式中、R1,R2及びR3は、それぞれ、5
〜8個の炭素原子を含有する直鎖飽和炭化水素基
である〕によつて表わされる。最とも好ましいリ
ガンドはトリ(n―オクチル)ホスフインオキシ
ドである。 五価第族リガンドは、市場から得ることがで
き、又は慣用法によつて作ることもできる。例え
ば、好ましいリガンドであるトリ(n―オクチ
ル)ホスフインオキシドの場合には、斯界に知ら
れた方法によつてトリ(n―オクチル)ホスフイ
ン先ず作り次いでこれを過酸化水素又は酸素の如
き酸化剤と反応させ、次いで得られたホスフイン
オキシドを回収することができる。例えば、ハー
ビー氏外のJournal of the Chemical Society,
Chemical Communications 369(1976)を参照
されたい。 活性ロジウム錯体触媒種の正確な性状は知られ
ていないが、しかしこれは五価第族リガンドに
よつて安定化されたロジウムより本質上なると思
われる。表現「より本質上なる」は、水素及び一
酸化炭素の如き他のリガンドが反応条件下にロジ
ウムと錯化したならばそれらを排除するのでなく
むしろ含めることを意味する。しかしながら、こ
の用語は、触媒を被毒又は失活する量の他の物質
(ハロゲン化物及び硫黄の如き)を排除すること
を意味する。知られていることは、五価第族リ
ガンドの存在下でロジウムがアルデヒドからカル
ボン酸を製造するための安定な触媒であるという
ことである。活性ロジウム錯体触媒種は、塩素及
び同様の種の如きロジウム結合ハロゲンを全く有
さず、そして水素と、一酸化炭素と、恐らく、反
応において溶剤として使用できる液体中で通常安
定で且つ反応条件下に安定な触媒を生成するため
にロジウム金属と錯化された五価リガンドとを含
有すると理論づけられる。 活性種は、その正確な構造が何んであろうと
も、2つの異なる技術によつて得ることができ
る。活性ロジウム錯体触媒前駆物質を予備形成し
そしてこれをそのまゝでアルデヒド酸化反応混合
物に加えることができ、又は必要なロジウム錯体
触媒前駆物質成分を反応混合物中に直接導入する
ことができるが、両方の場合において活性ロジウ
ム錯体触媒はその場所で形成される。例えば、ロ
ジウムジカルボニルアセチルアセトネートの如き
ロジウム化合物及びトリ(n―オクチル)ホスフ
インオキシドの如き適当な五価リガンドを一緒に
することによつて活性ロジウム錯体触媒前駆物質
を溶液として予備形成することができる。次い
で、この前駆物質溶液をアルデヒド酸化反応混合
物に加えて活性ロジウム錯体触媒をその場所で生
成することができる。別法として、必要な活性ロ
ジウム触媒前駆物質成分即ちロジウムジカルボニ
ルアセチルアセトネート又はRh4(CO)12或いは
Rh6(CO)16の如きロジウム化合物及びトリ(n
―オクチル)ホスフインオキシドの如き五価リガ
ンドがそのまゝでアルデヒド酸化反応混合物に加
えられる。いずれにしても、活性ロジウム錯体触
媒種は、反応媒体中のその場所でそしてそこに存
在する条件下に形成される。後者の技術、即ち、
ロジウム化合物及びリガンドを反応媒体に加える
ことによつて活性ロジウム錯体触媒種を形成する
技術が好ましい。五価第族リガンドは、触媒
に、その形成法に関係なく、触媒を失活に対して
安定化しそして一般には全液体反応媒体の容量を
基にして液体反応媒体中に約0.0008〜約0.08モル
の濃度を提供するのに十分な量で加えられる。 本法は、連続式又はバツチ式或いは半バツチ式
で行なうことができる。いずれにしても、時には
系に触媒成分を再充填することが必要である。そ
れが必要になるかどうかは、所望の反応速度、反
応媒体の量、反応条件等を含めた幾つかの因子に
左右される。触媒又はその成分は、初期の触媒充
填に関して先に記載した如き適当な技術によつて
反応媒体に加えることができる。 生成したカルボン酸は、蒸留又は抽出によるが
如き適当な慣用技術によつて回収することができ
る。 本発明の具体例は、アルデヒドと同じ炭素原子
数を有するカルボン酸へのアルデヒドの直接酸化
を包含する。この反応(本明細書では、便宜上、
アルデヒド酸化反応と称する)は、五価第族リ
ガンドを含むロジウム錯体触媒の存在下に実施さ
れる。出発アルデヒドは、対応するオレフインの
ヒドロホルミル化によるが如き任意の適当な技術
によつて得ることができる。本発明に従えば、ア
ルデヒドは3〜約21個の炭素原子を有することが
できるけれども、好ましいアルデヒドは、この具
体例に従つて処理されてプロピオン酸を生成する
プロピオンアルデヒドである。 このアルデヒド酸化反応は、一般には、少なく
とも出発アルデヒド及びロジウム錯体触媒を含有
する液体反応媒体中に空気又は希釈酸素の如き酸
素含有ガスを供給することによつて、アルデヒド
をその対応する酸に酸化するのに十分な時間行な
われる。反応はほぼ大気圧で行なうことができる
が、しかし大気圧よりも約1〜2気圧高い実質上
一定の圧力を使用するのが好ましい。と云うの
は、これらの圧力では触媒は大気圧での安定性に
比較してより安定であるからである。大気圧より
も実質上高い圧力では酸素が爆発性になる可能性
があり、そ故にかゝる圧力は回避すべきであるこ
とを理解されたい。一般的には、最高反応圧は約
100psigである。 アルデヒド酸化反応は好ましくは不活性有機溶
剤中において行なわれるが、この場合には、液体
反応媒体は初期においてアルデヒド、不活性有機
溶剤及びロジウム錯体触媒を含む。反応が進行す
るにつれて、アルデヒド含量は、酸が形成される
につれてもちろん減少する。不活性有機溶剤につ
いては先に記載した通りである。 アルデヒド酸化反応は、ほぼ室温から約100℃
までの温度で行なうことができる。約100℃を越
えると、反応の安全性に関心を払う必要がある。
と云うのは、酸素は温度上昇と共に爆発性になる
傾向があるからである。加えて、反応速度は一般
には温度の低下と共に低下するけれども、最低反
応温度を決める臨界的な因子はない。好ましい反
応温度は約40〜約90℃であり、そしてそれよりも
高い温度は一般には高い反応速度をもたらす。 液体反応媒体に供給される酸素含有ガスは、一
般には、約2〜100容量%の酸素を含有する。典
型的には、このガス流れは空気又は窒素で希釈し
た純酸素よりなり、そしてアルデヒドに対して化
学量論的過剰の酸素を使用するのが可能で且つ望
ましいけれども、多すぎる過剰を使用しても何等
利益がない。再び、液体反応媒体に供給されるガ
ス流れ中の酸素の最大量は、反応温度及び圧力を
考慮して安全上の面から主として決定される。 こゝにロジウム触媒は、反応媒体中に一酸化炭
素も酸素源としての空気を基にしてほゞ等モルま
での量で存在するときにより安定であることが分
り、それ故にこれが好ましい。 カルボン酸生成物を回収し且つ反応媒体から望
まれない副生物を除去するには、上記の如き慣用
技術を用いることができる。加えて、アルデヒド
酸化反応は、所望により連続式又はバツチ式或い
は半バツチ式で行なうことができる。また、本発
明の具体例においてすべての慣用装置を用いるこ
とができる。 本発明の具体例では、カルボン酸及びその無水
物のうちの少なくとも1種を製造することがで
き、即ち個々に又は混合物として製造することが
できる。もちろん、無水物は、加水分解によるが
如き慣用技術によつてその酸形態に転化させるこ
とができる。 本発明を次の実施例によつて更に例示するが、
これらのうちのいくらかは比較のために本発明の
範囲外の方法を示す。 例1 (参考例) 3lのロツカーボンベに、溶剤、リガンドである
0.12gのロジウムジカルボニルアセチルアセトネ
ートRh(CO)2AcAc、及び100psiのエチレンと
100psiの一酸化炭素と100psiの水素との混合物
(全ガス圧300psia)を30〜35℃の初期充填温度に
おいて仕込んだ。次いで、系を100±3℃(特に
記していなければ)に加熱し、ロツカーを始動
し、必要時にガスで再加圧することにより系をこ
れらの条件下に4.5〜5.5時間維持し、25℃に冷却
し、ガス抜きし、液体内容物を取り出し、そして
気相クロマトグラフイー(VPC)によつて分析
してプロピオンアルデヒドの収量を測定した。条
件及び結果を以下の第1表に示す。これらの実験
は本発明の範囲内ではないけれども、それらは、
ヒドロホルミル化条件下では、三価第A族リガ
ンドとは反対に、、それらの五価類似体がアセト
フエノンよりむしろ不活性溶剤トルエン中におい
て有効に作用するようであることを例示する。 【表】 例2 (参考例) 溶剤(合計500ml)を変えたこと及び実験26に
おいてロジウムジカルボニルアセチルアセネート
の代わりにロジウム前駆体としてジ(ロジウムジ
カルボニルアセテート)(Rh(CO)2OAc)2を用
いたこと以外は、例1の操作を反復した。物質、
条件及び結果を以下の第2表に示す。これらの実
験のどれも本発明の範囲内に入らないが、しかし
ヒドロホルミル化条件下に種々の溶剤が五価ホス
フインオキシドに及ぼす影響を見ることができ
る。 【表】 【表】 例3 (参考例) 以下の第3表に示されるリガンドを用いたこと
以外は、例1の操作に従つた。反応の完了時に、
液体反応媒体中になお保持されるロジウムの量を
原子吸収によつて測定したが、これは第3表に
Rh%として示されている。条件及び結果を以下
の第3表に示す。これらの実験のどれも本発明の
範囲内に入らないけれども、ロジウムの安定性に
及ぼす五価リガンドの影響が分る。 【表】 例 4 電磁式撹拌器を備えた0.1のフイツシヤー・
ポーターボトルに、70c.c.のトルエン(ブランク実
験)又は8.29gのトリフエニルホスフインオキシ
ド(TPPO)を90gのトルエン中に溶解させた70
c.c.の飽和溶液、200mgのロジウムジカルボニルア
セチルアセトネート(Rh(CO)2AcAc)を20ml
のトルエン中に溶解させた5c.c.の溶液、5gのプ
ロピオンアルデヒド及び0.5gの酢酸を仕込ん
だ。次いで、油浴を使用して系を50±3℃に加熱
し、そして初期においてCO:空気混合物(1:
1容量比)で75psiaに加圧した。この温度、そし
て同じCO:空気混合物で定期的に再加圧するこ
とにより60〜75psiaの圧力を3.25時間維持し、し
かる後その圧力を一夜で降下させた。次いで、系
を再び70psiaに再加圧し、そして52±3℃の温度
に加熱した。この温度を4.5時間維持し、この間
に圧力を低下させ、その後に系を室温に冷却さ
せ、ガス抜きし、液体内容物を取り出し、そして
VPCによつて分析してプロピオン酸(EtCO2H)
の収量を得、また原子吸収によつて溶液状態で保
持されるロジウムの量を測定した。各実験におい
て、全生成物を基にして匹敵する量のプロピオン
酸が得られた。結果を以下の第6表に示す。実験
No.46は五価リガンドの不在により本発明の範囲外
であるが、これに対して実験No.47は本発明のアル
デヒド酸化の具体例を例示する。 【表】 例 5 例4で用いたと同じ0.1のフイツシヤー・ポ
ーターボルトに、200gのロジウムカルボニルト
リフエニルホスフインアセチルアセトネートRh
(CO)(TPP)AcAc、5gのプロピオンアルデ
ヒド及び100gの酢酸と一緒に50mlのトルエン
(PhCH3)及び5gのトリ(n―オクチル)ホス
フインオキシド又は5gの追加的なトルエン(ブ
ランク実験)を仕込んだ。次いで、系に30psiの
酸素を充填し、そしてそれを油浴中で40±2℃に
加熱した。反応溶液を撹拌し、そして酸素の定期
的添加によつてガス圧を28時間維持した(実験No.
50及び51では、同じガス圧下で25℃において48時
間維持した)。様々な時間において試料を採取
し、そしてVPCによつてプロピオン酸、EtCO2H
及び無水プロピオン酸(EtCO)2Oについて分析
し、そして原子吸収によつて溶液状態で保持され
るロジウムの量(%)を得た。条件及び結果を以
下の第5表に示す。実験No.49及び51は五価リガン
ドが全く存在しなかつたので本発明の範囲外であ
り、これに対して実験No.48及び50は本発明のアル
デヒド酸化の具体例を例示する。 【表】 上の記載は本発明を単に例示するに過ぎないこ
と並びに本発明の様々な変更修正が当業者には明
らかであることを理解されたい。また、かゝる変
更修正は本出願の目的並びに特許請求の範囲の精
神及び範囲内に含められるべきであることを理解
されたい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates generally to a method of making carboxylic acids. More specifically, the present invention relates to a rhodium-catalyzed process for oxidizing aldehydes to produce the corresponding carboxylic acids. Carboxylic acids have many uses in the chemical industry. For example, propionic acid is useful as a grain preservative, and higher acids are used in the manufacture of detergents. Many different methods are known for producing carboxylic acids, such as hydroformylation of olefins and subsequent oxidation of the resulting aldehyde. The acid produced is 1 more than the olefin.
It has a larger number of carbon atoms. For example, olefins (eg, ethylene) are hydroformylated by reaction with carbon monoxide and hydrogen to produce the corresponding aldehyde (propionaldehyde), which is then oxidized to the corresponding acid (propionic acid). In some cases, after the hydroformylation reaction of olefins with carbon monoxide and hydrogen (also known as the oxo process), the aldehyde is recovered and purified before oxidizing it to acid. Other related methods of the prior art do not require purification of the aldehyde. For example, German patent no.
No. 2604545 discloses that the corresponding olefins are hydroformylated under elevated pressures of 100 to 600 bar and the resulting aldehyde-containing reaction mixture is directly oxidized, both steps being carried out in the presence of a rhodium carbonyl complex catalyst. A two-step process for producing alkyl carboxylic acids is disclosed. U.S. Pat. No. 3,980,670 first hydroformylates allyl esters of lower fatty acids in the presence of both a rhodium carbonyl complex catalyst and an inert organic solvent, then directly oxidizes the resulting reaction mixture in the presence of lower fatty acids, and A process is disclosed for simultaneously obtaining both methacrylic acid and butyrolactone by including a rhodium catalyst and recovering the product after separation of the residue. US Pat. No. 3,520,937 discloses a technique for treating a cobalt- and aldehyde-containing oxo reaction mixture with an oxidizing agent to provide a cobalt-free material. The amount of oxygen is said to be insufficient to oxidize the product aldehyde. Still other prior art methods allow for the direct oxidation or carboxylation of olefins to produce various compounds. For example, U.S. Pat.
3384669 for converting olefins to the corresponding aldehydes or ketones by oxidation with molecular oxygen in the presence of a catalyst comprising an aqueous solution containing various noble metal ions and ions of either nitric acid or nitrous acid, or mixtures thereof. Disclose the method. German Patent No. 2744207 discloses the presence of a rhodium complex catalyst and a stabilizing phosphine or phosphite ligand in the absence of an inert solvent and in a reaction medium containing an organic phosphine or phosphite to facilitate product recovery. A method for oxidizing olefins to, for example, ketones by reacting them is disclosed below. US Pat. No. 3,818,060 discloses a Group metal catalyzed hydrocarboxylation process for producing carboxylic acids that involves reacting an olefin with carbon monoxide and water. The catalyst system comprises an iridium or rhodium containing compound, a halide promoter and a stabilizer consisting of an organic derivative of pentavalent phosphorus, arsenic, antimony, nitrogen or bidimus. This stabilizer is said to prevent precipitation and solids build-up, which usually adversely affect the stability of the catalyst. Additionally, U.S. Patent No.
See also 3816488, 3816489 and 3944604. In Tetrahedron Letters No. 38 , pages 3665-3668 (1967), Mr. Blum et al. describe the rhodium complex catalyst chlorotris(triphenylphosphine)rhodium RhCl(PPh 3 ) 3 (here, "Ph" = phenyl). The α-oxidation of alkylbenzenes by Specifically, the alkylbenzene ethylbenzene is oxidized to acetophenone by air in the presence of a catalyst. Other than Mr. Fushi, Journal of Organometallic
On pages 417-430 of Chemistry 26 (1971),
A mechanism of cyclohexene oxidation by transition metal complexes is proposed. Specific results have been given for the oxidation of cyclohexene to cyclohexene oxide, cyclohexanone and cyclohexanol in the presence of various catalysts containing rhodium complexed with triphenylphosphine. Takao et al. Journal of the Chemical Society of Japan 43(12) (December 1970)
, pp. 3898-3900 of May), report on the oxidation of the olefin styrene with the rhodium complex chlorotris(triphenylphosphine)rhodium or rhodium chloride and the effects of various solvents on the oxidation products. In non-polar solvents such as toluene, the main products were both acetophenone and benzaldehyde. The oxidation of methylstyrene using the same catalyst has also been reported. Journal of the Chemical Society of Japan, a later report by Takao et al.
45(5) (May 1972), pages 1505-1507, the oxidation of cinnamaldehyde catalyzed by rhodium complexes in various solvents is reported. Two rhodium complexes, chlorocarbonylbis(triphenylphosphine)rhodium and chlorotris(triphenylphosphine)rhodium, cause catalytic oxidation of cinnamaldehyde in toluene to produce benzaldehyde, glyoxal,
It was found to produce benzene and styrene. Also, the Journal of the Chemical Society of Japan 45(7) (July 1972)
On pages 2003-2006, Takao et al. report on the oxidation of vinyl esters in solvents catalyzed by chlorotris(triphenylphosphine)rhodium. The type of reaction product obtained is determined in part by the substituents on the olefinic carbon atoms. For example, vinyl acetate was oxidized in toluene to produce acetone, propionaldehyde, and methyl vinyl ether, whereas vinyl propionate yielded methyl ethyl ketone, butyraldehyde, and ethyl vinyl ether. Mr. Datsudori et al. JCSDalton (1974)
On pages 1926-1931, the rhodium-promoted oxidation of α-olefins to methyl ketones in benzene is disclosed. Two rhodium complexes have been shown to catalyze the reaction: chlorotris(triphenylphosphine)rhodium and carbonylhydridotris(triphenylphosphine)rhodium. Other than Mr. Mercer, Journal of the American
Chemical Society 97(7) (April 1975)
On pages 1967-1968, the rhodium complex Rh 6
We disclose that (CO) 16 catalyzes the oxidative cleavage of C--C bonds in ketones to carboxylic acids. The particular reaction reported involved suspending rhodium in cyclohexanone as a solvent and pressurizing with oxygen to purify adipic acid. Various other prior art methods disclose hydroformylation processes in which the presence of oxygen retards the reaction. For example, Mr. Polybuka et al. Petrochemia
1979, 19(1-2), 5-12, the rhodium complex catalyst HRh(CO)(PPh 3 ) 3 (here,
The low pressure hydroformylation of olefins (1-octene, di- and triisobutylene, allyl alcohol, styrene and dipentene) with "Ph" = phenyl is disclosed. The authors disclose that compounds such as oxygen, which is more reactive towards catalysts than alkenes or CO, form stable complexes that retard hydroformylation. In Journal of the Chemical Society of Japan 19, No. 1 (May 1977), Matsui et al. propose a mechanism to explain the deactivation of rhodium complex catalysts used in hydroformylation reactions. A specific catalyst reported is rhodium (as Rh 2 Cl 2 (CO) 4 ) complexed with a triphenylphosphite ligand. The authors concluded that the deactivation of the catalyst was primarily due to the oxidation of triphenyl phosphate to triphenyl phosphate caused by the small amount of oxygen present in the syngas. The prior art also teaches regenerating deactivated rhodium complex catalysts with oxygen. For example, Japanese Patent Publication No. 51-23212 discloses a rhodium-catalyzed hydroformylation process, more specifically, in which the deactivated rhodium catalyst is treated with oxygen in a separate step and the regenerated catalyst is recycled to the hydroformylation reaction. A technique for regenerating a rhodium catalyst that has become deactivated during the process is disclosed. Currently pending U.S. Patent Application No. 703,130 (published as Belgian Patent No. 856,542) describes the development of a hydroformyl compound that can regenerate a deactivated rhodium complex catalyst by introducing a catalytic small amount of oxygen into the hydroformylation reaction system. Disclose the legal method. The amount of oxygen used is small (i.e., just enough to detoxify and reactivate the catalyst) and substantially all of the oxygen is consumed by the ligands in the catalyst to liberate the catalytic rhodium. , which reactivates the catalyst. Other prior art discloses hydroformylation processes where oxygen is present. For example, U.S. Pat.
No. 3,920,754 discloses a hydroformylation process in which formyl- and hydroformyl-substituted alkene derivatives are formed by reacting an alkene with carbon monoxide and hydrogen in the presence of a free radical initiator (preferably molecular oxygen). US Pat. No. 3,954,877 discloses an olefin hydroformylation process using a complex of a Group metal (eg, rhodium) with a ligand consisting of a pentavalent phosphorous, arsenic, or antimony compound (eg, phosphine oxide). U.S. Pat. No. 3,555,098 discloses a group noble metal that maintains catalyst activity by treating all or a portion of the recycled reaction medium containing the catalyst with an aqueous alkaline solution to extract the carboxylic acid by-product that deactivates the catalyst. A catalytic hydroformylation reaction is disclosed. This acid is believed to be formed by slight oxidation of the aldehyde product due to oxygen contamination of the reactant gas stream. For many years, all industrial hydroformylation reactions used cobalt carbonyl catalysts that required relatively high pressures (often on the order of 100 atmospheres or more) to maintain catalyst stability. U.S. Patent No. 3527809 issued September 8, 1970 to R.L. Brute and G.A. Smith.
No. 1 discloses a novel hydroformylation process in which α-olefins are hydroformylated with carbon monoxide and hydrogen to produce aldehydes in high yields at low temperatures and pressures, in which the normal to iso( or branched) aldehyde isomer ratio is high. This process uses certain rhodium complex catalysts and operates under limited reaction conditions to achieve hydroformylation of olefins. This new process operates at significantly lower pressures than previously required by the prior art, resulting in substantial benefits, including lower initial capital investment and lower operating costs. Furthermore, many desirable linear aldehyde isomers could be produced in high yields. The hydroformylation process described in the Brute and Smith patents mentioned above includes the following essential reaction conditions. (1) A rhodium complex catalyst, which is a complex combination of rhodium, carbon monoxide, and a triorganophosphorous ligand. The term "complex" refers to a combination of one or more electron-rich molecules or atoms that can exist independently.
It refers to a coordination compound formed by the combination of more than one electron-poor molecule or electron, each of which can also exist independently. Triorganophosphorus ligands, where the phosphorus atom has an available or unshared pair of electrons, can form a configurational bond with rhodium. (2) α-olefin feedstock for α-olefin compounds characterized by a terminal ethylenic carbon-carbon bond such as a vinyl group CH 2 =CH-. They may be straight-chain or branched and may contain groups or substituents that do not essentially interfere with the hydroformylation reaction, and they may contain more than one ethylenic bond. I can do it. Propylene is an example of a preferred α-olefin. (3) Triorganophosphorus ligands such as triarylphosphines. Desirably, each organic moiety in the ligand has no more than 18 carbon atoms. Triarylphosphines are preferred ligands, one example of which is triphenylphosphine. (4) in addition to the ligands complexed with or bound to the rhodium atoms, sufficient triorganophosphorus ligands in the reaction mixture to provide at least 2, preferably at least 5 moles of free ligand per mole of rhodium metal. concentration. (5) A temperature of about 50 to about 145°C, preferably about 60 to about 125°C. (6) Total hydrogen and carbon monoxide pressure below 450 psia, preferably below 350 psia. (7) A maximum partial pressure of carbon monoxide of no more than about 75% based on the total pressure of carbon monoxide and hydrogen, preferably less than 50% of this total gas pressure. In industrial hydroformylation-oxidation processes for producing carboxylic acids, the aldehyde obtained is usually recovered and then oxidized to the corresponding acid. If the oxidation step is carried out without an aldehyde purification step and with a Group metal catalyst such as a rhodium-based catalyst, harsh Catalyst stability and activity problems are encountered. Hydroformylation of olefins to acids - even without the use of inert solvents in the oxidation route, the prior art has divided the process into two steps (i.e., hydroformylation followed by a separate oxidation without purification of the aldehyde). It was necessary to do so. The present invention encompasses a process for producing carboxylic acids by oxidizing aldehydes in the presence of a stable rhodium complex catalyst, wherein the stability and activity of the rhodium catalyst It is maintained by using family ligands. Thus, a catalyst system is provided that is stable under oxidative reaction conditions even in inert organic solvents. The process of the invention allows the production of acids and their anhydrides directly from the corresponding aldehydes in a single operation using a single stabilized catalyst. According to the invention, from 3 to about 21 (or more)
It is possible to produce carboxylic acids having carbon atoms of . Embodiments of the invention include oxidizing an aldehyde to the corresponding acid in the presence of a rhodium complex catalyst, preferably in an inert organic solvent. In this case, the rhodium complex catalyst contains a pentavalent group ligand which stabilizes the catalyst against deactivation. In the process of embodiments of the invention, the aldehyde starting material can be prepared by any suitable means, such as by hydroformylation of the corresponding olefin. The olefins that can be reacted in the hydroformylation process associated with this invention can be any olefins having from 2 to about 20 carbon atoms and one ethylenic carbon-carbon bond. The olefin may be linear or branched and may contain groups or substituents that do not essentially interfere with the progress of the reaction. Additionally, it is intended to include within this scope both alpha-olefins as well as internal olefins. Typical α-olefins include, for example, ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-nonene, 1-decene, 1
-undecene, 1-dodecene and higher analogues. The most preferred α-olefin is ethylene. Typical internal olefins include, for example, 2-butene, 2-pentene, 2-
or 3-hexene, 3-decene, 4-decene, 2
- undecene, 3-undecene, 4-undecene, 5-undecene and higher analogs. As previously described, the process is preferably performed in an organic solvent inert to the reaction conditions, preferably with a boiling point at least as high as (but preferably higher than) that of the carboxylic acid produced. It is carried out in some inert aliphatic or aromatic organic solvent. Typical aliphatic inert solvents include saturated hydrocarbons having about 9 to about 20 carbon atoms such as nonane, undecane, dodecane, and the like. These saturated hydrocarbons may be straight chain or branched, and more highly branched materials are preferred. Typical inert aromatic solvents include aromatic hydrocarbons such as benzene and biphenyl, and aromatic hydrocarbons substituted with at least one saturated aliphatic hydrocarbon group such as toluene, xylene, and the like.
Generally, the saturated aliphatic hydrocarbon substituents in these aromatic solvents can contain from 1 to about 15 carbon atoms, and they can be straight or branched. Generally, the type of solvent used is not critical, and the reaction conditions can be adjusted to prevent the solvent from becoming more volatile than the carboxylic acid produced. Optionally, the inert organic solvent may initially contain from 0.5 to 5% by weight of solvent, based on the total weight of the carboxylic acid to be prepared. The amount of acid in the solvent is not particularly critical. This is because, in practice, this is a limitation on how quickly the produced acid is desired to be removed from the reaction system.
By having an acid in the reaction medium at the beginning of the reaction, the formation of the anhydride is promoted more than the acid. The amount of solvent used in the practice of this invention is limited only with respect to the catalyst, ie, it must be such that it solubilizes at least a catalytic amount of rhodium. Generally, the solvent is used to provide a concentration of catalytically active rhodium from about 25 to about 1200 ppm, preferably from about 50 to about 400 ppm, calculated as free metal. Regardless of the amount of solvent or its presence, the catalyst is used in an amount that provides the stated amount of catalytically active rhodium. The pentavalent group rigadone used in the present invention has the formula [In the above formula, R 1 , R 2 and R 3 are each 5
is a straight chain saturated hydrocarbon group containing ~8 carbon atoms]. The most preferred ligand is tri(n-octyl)phosphine oxide. Pentavalent group ligands can be obtained commercially or made by conventional methods. For example, in the case of the preferred ligand tri(n-octyl)phosphine oxide, tri(n-octyl)phosphine is first made by methods known in the art and then treated with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide or oxygen. The resulting phosphine oxide can then be recovered. For example, Mr. Harvey et al.'s Journal of the Chemical Society,
See Chemical Communications 369 (1976). The exact nature of the active rhodium complex catalyst species is not known, but it is believed to consist essentially of rhodium stabilized by a pentavalent group ligand. The expression "consisting essentially of" is meant to include rather than exclude other ligands such as hydrogen and carbon monoxide if they are complexed with the rhodium under the reaction conditions. However, this term is meant to exclude amounts of other materials (such as halides and sulfur) that would poison or deactivate the catalyst. What is known is that rhodium is a stable catalyst for the production of carboxylic acids from aldehydes in the presence of pentavalent group ligands. Active rhodium complex catalyst species are free of any rhodium-bonded halogens, such as chlorine and similar species, and are generally stable in hydrogen, carbon monoxide, and possibly liquids that can be used as solvents in the reaction and under the reaction conditions. is theorized to contain a pentavalent ligand complexed with rhodium metal to produce a stable catalyst. The active species, whatever its exact structure, can be obtained by two different techniques. The active rhodium complex catalyst precursor can be preformed and added neat to the aldehyde oxidation reaction mixture, or the necessary rhodium complex catalyst precursor components can be introduced directly into the reaction mixture, but both In the case of , the active rhodium complex catalyst is formed in situ. For example, preforming an active rhodium complex catalyst precursor in solution by combining a rhodium compound such as rhodium dicarbonylacetylacetonate and a suitable pentavalent ligand such as tri(n-octyl)phosphine oxide. I can do it. This precursor solution can then be added to the aldehyde oxidation reaction mixture to form an active rhodium complex catalyst in situ. Alternatively, the required active rhodium catalyst precursor components, i.e. rhodium dicarbonylacetylacetonate or Rh 4 (CO) 12 or
Rhodium compounds such as Rh 6 (CO) 16 and tri(n
A pentavalent ligand such as -octyl)phosphine oxide is added neat to the aldehyde oxidation reaction mixture. In either case, the active rhodium complex catalyst species is formed in situ and under the conditions present in the reaction medium. The latter technique, i.e.
A preferred technique is to form an active rhodium complex catalyst species by adding a rhodium compound and a ligand to the reaction medium. The pentavalent group ligand stabilizes the catalyst against deactivation, regardless of its method of formation, and generally contains from about 0.0008 to about 0.08 mole in the liquid reaction medium based on the total liquid reaction medium volume. added in an amount sufficient to provide a concentration of The process can be carried out continuously or batchwise or semi-batchwise. In any case, it is sometimes necessary to recharge the system with catalyst components. Whether it is necessary depends on several factors, including the desired reaction rate, amount of reaction medium, reaction conditions, etc. The catalyst or components thereof can be added to the reaction medium by any suitable technique such as those described above for initial catalyst loading. The carboxylic acid produced can be recovered by any suitable conventional technique, such as by distillation or extraction. Embodiments of the invention include the direct oxidation of aldehydes to carboxylic acids having the same number of carbon atoms as the aldehyde. This reaction (herein, for convenience,
The aldehyde oxidation reaction) is carried out in the presence of a rhodium complex catalyst containing a pentavalent group ligand. The starting aldehyde can be obtained by any suitable technique, such as by hydroformylation of the corresponding olefin. Although the aldehyde can have from 3 to about 21 carbon atoms in accordance with the present invention, the preferred aldehyde is propionaldehyde, which is processed according to this embodiment to produce propionic acid. The aldehyde oxidation reaction generally oxidizes an aldehyde to its corresponding acid by supplying an oxygen-containing gas such as air or dilute oxygen into a liquid reaction medium containing at least a starting aldehyde and a rhodium complex catalyst. be carried out for a sufficient period of time. The reaction can be carried out at about atmospheric pressure, but it is preferred to use a substantially constant pressure of about 1 to 2 atmospheres above atmospheric pressure. This is because the catalyst is more stable at these pressures compared to its stability at atmospheric pressure. It is to be understood that oxygen can become explosive at pressures substantially higher than atmospheric pressure and therefore such pressures should be avoided. Generally, the maximum reaction pressure is approximately
100 psig. The aldehyde oxidation reaction is preferably carried out in an inert organic solvent, in which case the liquid reaction medium initially contains the aldehyde, the inert organic solvent and the rhodium complex catalyst. As the reaction progresses, the aldehyde content will of course decrease as acid is formed. The inert organic solvent is as described above. The aldehyde oxidation reaction takes place at temperatures ranging from approximately room temperature to approximately 100°C.
It can be carried out at temperatures up to When the temperature exceeds about 100°C, it is necessary to pay attention to the safety of the reaction.
This is because oxygen tends to become explosive with increasing temperature. Additionally, although the reaction rate generally decreases with decreasing temperature, there is no critical factor determining the minimum reaction temperature. Preferred reaction temperatures are from about 40°C to about 90°C, and higher temperatures generally result in higher reaction rates. The oxygen-containing gas supplied to the liquid reaction medium generally contains about 2 to 100% by volume oxygen. Typically, this gas stream consists of pure oxygen diluted with air or nitrogen, and although it is possible and desirable to use a stoichiometric excess of oxygen to the aldehyde, using too much excess There is no profit whatsoever. Again, the maximum amount of oxygen in the gas stream supplied to the liquid reaction medium is determined primarily by safety considerations, taking into account the reaction temperature and pressure. It has been found that rhodium catalysts are more stable when carbon monoxide is also present in the reaction medium in up to approximately equimolar amounts based on air as the oxygen source, and this is therefore preferred. Conventional techniques such as those described above can be used to recover the carboxylic acid product and remove unwanted by-products from the reaction medium. In addition, the aldehyde oxidation reaction can be carried out continuously or batchwise or semi-batchwise, if desired. Also, all conventional equipment can be used in embodiments of the invention. In embodiments of the invention, at least one of carboxylic acids and their anhydrides can be produced, ie, individually or as a mixture. Of course, the anhydride can be converted to its acid form by conventional techniques such as by hydrolysis. The invention is further illustrated by the following examples:
Some of these represent methods outside the scope of the present invention for comparison. Example 1 (Reference example) Solvent and ligand are added to a 3L rotucone container.
0.12 g of rhodium dicarbonylacetylacetonate Rh(CO) 2 AcAc and 100 psi of ethylene.
A mixture of 100 psi carbon monoxide and 100 psi hydrogen (total gas pressure 300 psia) was charged at an initial charge temperature of 30-35°C. The system was then heated to 100 ± 3 °C (unless otherwise noted), the system was maintained under these conditions for 4.5-5.5 h by starting the rocker and repressurizing with gas as needed, and brought to 25 °C. Cooled, degassed, and the liquid contents were removed and analyzed by gas phase chromatography (VPC) to determine the yield of propionaldehyde. The conditions and results are shown in Table 1 below. Although these experiments are not within the scope of the present invention, they
It is illustrated that under hydroformylation conditions, as opposed to trivalent Group A ligands, their pentavalent analogues appear to work effectively in the inert solvent toluene rather than acetophenone. [Table] Example 2 (Reference example) The solvent (500 ml in total) was changed and di(rhodium dicarbonylacetate) (Rh(CO) 2 OAc) was used as the rhodium precursor instead of rhodium dicarbonylacetylacenate in experiment 26. The procedure of Example 1 was repeated except that 2 was used. material,
The conditions and results are shown in Table 2 below. None of these experiments fall within the scope of the present invention, however, they do show the effect of various solvents on pentavalent phosphine oxide under hydroformylation conditions. [Table] [Table] Example 3 (Reference Example) The procedure of Example 1 was followed except that the ligands shown in Table 3 below were used. Upon completion of the reaction,
The amount of rhodium still retained in the liquid reaction medium was determined by atomic absorption and is shown in Table 3.
Shown as Rh%. The conditions and results are shown in Table 3 below. Although none of these experiments fall within the scope of the present invention, they demonstrate the effect of pentavalent ligands on the stability of rhodium. [Table] Example 4 A 0.1 fisherman equipped with an electromagnetic stirrer.
In a Porter bottle, 70 c.c. of toluene (blank experiment) or 8.29 g of triphenylphosphine oxide (TPPO) was dissolved in 90 g of toluene.
20ml of a saturated solution of cc, 200mg of rhodium dicarbonylacetylacetonate (Rh(CO) 2AcAc )
of solution in toluene, 5 g of propionaldehyde and 0.5 g of acetic acid. The system was then heated to 50 ± 3 °C using an oil bath and initially a CO:air mixture (1:
1 volume ratio) to 75 psia. This temperature and pressure of 60-75 psia was maintained for 3.25 hours by periodic repressurization with the same CO:air mixture, then the pressure was allowed to drop overnight. The system was then repressurized again to 70 psia and heated to a temperature of 52±3°C. This temperature was maintained for 4.5 hours, during which time the pressure was allowed to drop, after which the system was allowed to cool to room temperature, degassed, the liquid contents were removed, and
Propionic acid (EtCO 2 H) analyzed by VPC
The yield of rhodium was obtained and the amount of rhodium retained in solution by atomic absorption was determined. Comparable amounts of propionic acid were obtained in each experiment based on total product. The results are shown in Table 6 below. experiment
Run No. 46 is outside the scope of the present invention due to the absence of a pentavalent ligand, whereas Experiment No. 47 exemplifies a specific example of aldehyde oxidation of the present invention. [Table] Example 5 Add 200 g of rhodium carbonyl triphenylphosphine acetylacetonate Rh to the same 0.1 Fisher Porter Bolt used in Example 4.
(CO)(TPP)AcAc, 50 ml toluene (PhCH 3 ) and 5 g tri(n-octyl)phosphine oxide or 5 g additional toluene (blank experiment) with 5 g propionaldehyde and 100 g acetic acid. I prepared it. The system was then charged with 30 psi of oxygen and it was heated to 40±2° C. in an oil bath. The reaction solution was stirred and the gas pressure was maintained for 28 hours by periodic addition of oxygen (experiment no.
50 and 51 were maintained at 25° C. for 48 hours under the same gas pressure). Samples were taken at various times and treated with propionic acid, EtCO 2 H by VPC.
and propionic anhydride (EtCO) 2 O and obtained the amount (%) of rhodium retained in solution by atomic absorption. The conditions and results are shown in Table 5 below. Experiments No. 49 and 51 are outside the scope of the present invention since no pentavalent ligand was present, whereas Experiments No. 48 and 50 illustrate specific examples of aldehyde oxidation of the present invention. TABLE It is to be understood that the above description is merely illustrative of the invention and that various changes and modifications of the invention will be apparent to those skilled in the art. It is further understood that such changes and modifications are intended to be included within the spirit and scope of the purpose of this application and the claims.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 式 〔上記式中、R1,R2及びR3は、それぞれ、5
〜8個の炭素原子を含有する直鎖飽和炭化水素基
である〕によつて表わされる五価第V族リガンド
によつて安定化されたロジウムより本質上なるロ
ジウム錯体触媒の存在下に3〜約21個の炭素原子
を含有するアルデヒドを酸素含有ガスと約40〜約
90℃の温度及び約1〜約2気圧(ゲージ)の常圧
以上の圧力で反応させて酸化することからなるカ
ルボン酸及びその無水物のうちの少なくとも1種
の製造法。 2 五価第V族リガンドがトリオクチルホスフイ
ンオキシドである特許請求の範囲第1項記載の方
法。 3 反応が不活性有機溶剤中で行われる特許請求
の範囲第1項記載の方法。 4 不活性有機溶剤が、約9〜約20個の炭素原子
を有する飽和脂肪族炭化水素、ベンゼン、及び1
〜約15個の炭素原子を有する少なくとも1つの飽
和脂肪族炭化水素基によつて置換された芳香族炭
化水素よりなる群から選定されるものである特許
請求の範囲第3項記載の方法。 5 溶剤中における触媒的に活性のロジウムの濃
度が遊離金属として計算して約25〜約1200ppm
である特許請求の範囲第3項記載の方法。 6 液体反応媒体中におけるリガンドの濃度が全
液体反応媒体を基にして約0.0008〜約0.008モル
である特許請求の範囲第3項記載の方法。 7 反応が、約1〜約2気圧(ゲージ)の実質上
一定の圧力において且つ一酸化炭素の存在下に実
施される特許請求の範囲第3項記載の方法。 8 アルデヒドがプロピオンアルデヒドであり、
酸がプロピオン酸でありそして無水物が無水プロ
ピオン酸である特許請求の範囲第3項記載の方
法。 9 不活性有機溶剤がトルエンである特許請求の
範囲第8項記載の方法。 10 五価隣リガンドがトリオクチルホスフイン
オキシドである特許請求の範囲第9項記載の方
法。
[Claims] 1 formula [In the above formula, R 1 , R 2 and R 3 are each 5
3 to 3 in the presence of a rhodium complex catalyst consisting essentially of rhodium stabilized by a pentavalent Group V ligand represented by An aldehyde containing about 21 carbon atoms is mixed with an oxygen-containing gas from about 40 to about
A process for producing at least one of carboxylic acids and their anhydrides, comprising reacting and oxidizing at a temperature of 90° C. and a supernormal pressure of about 1 to about 2 atmospheres (gauge). 2. The method according to claim 1, wherein the pentavalent Group V ligand is trioctylphosphine oxide. 3. The method according to claim 1, wherein the reaction is carried out in an inert organic solvent. 4. The inert organic solvent is a saturated aliphatic hydrocarbon having about 9 to about 20 carbon atoms, benzene, and 1
4. The method of claim 3, wherein the aromatic hydrocarbon is selected from the group consisting of aromatic hydrocarbons substituted with at least one saturated aliphatic hydrocarbon group having from about 15 carbon atoms. 5 The concentration of catalytically active rhodium in the solvent is about 25 to about 1200 ppm calculated as free metal.
The method according to claim 3, wherein: 6. The method of claim 3, wherein the concentration of the ligand in the liquid reaction medium is from about 0.0008 to about 0.008 molar based on total liquid reaction medium. 7. The method of claim 3, wherein the reaction is carried out at a substantially constant pressure of about 1 to about 2 atmospheres (gauge) and in the presence of carbon monoxide. 8 The aldehyde is propionaldehyde,
4. The method of claim 3, wherein the acid is propionic acid and the anhydride is propionic anhydride. 9. The method according to claim 8, wherein the inert organic solvent is toluene. 10. The method according to claim 9, wherein the pentavalent vicinal ligand is trioctylphosphine oxide.
JP58136051A 1979-09-28 1983-07-27 Rhodium catalytic oxidation for manufacturing carboxylic acid Granted JPS5951237A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0585781U (en) * 1992-04-22 1993-11-19 オーチス エレベータ カンパニー Automatic closing mechanism for landing doors for horizontal elevators

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0585781U (en) * 1992-04-22 1993-11-19 オーチス エレベータ カンパニー Automatic closing mechanism for landing doors for horizontal elevators

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