KR100609674B1

KR100609674B1 - 1,3-디옥솔란-2-온의 연속 제조 방법

Info

Publication number: KR100609674B1
Application number: KR1020007011861A
Authority: KR
Inventors: 번바흐슈테판; 도크너토니; 모어쥐르겐; 벤퍼레지나; 비크발터; 페터스야렌; 루게번트; 바인레베르너; 제너페터
Original assignee: 바스프 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2006-08-09
Also published as: CN1298401A; CA2326888C; ES2203138T3; EP1076654A2; DE59906105D1; CA2326888A1; EP1076654B1; US6265592B1; WO1999057108A2; KR20010043010A; DE19819586A1; CN1119341C; JP2002513787A; ID26310A; WO1999057108A3

Abstract

본 발명은 탄산에틸렌 또는 탄산프로필렌과 같은 1,3-디옥솔란-2-온의 연속 제조 방법으로서, 제1부에서는 화학식 II의 옥시란이 80% 이상 전환될 때까지 역혼합하면서 반응이 이루어지고, 제2부에서는 역혼합이 없는 조건 하에 반응이 완료되는 2부 반응기 내에서 반응을 수행하는 단계, 및 반응기 전체에서 이산화탄소를 화학식 II의 옥시란에 역류 방향으로 통과시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

1,3-디옥솔란-2-온의 연속 제조 방법{METHOD FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF 1,3-DIOXOLAN-2-ONES}

본 발명은 촉매의 존재 하에 탄산에틸렌 또는 탄산프로필렌과 같은 1,3-디옥솔란-2-온을 상응하는 옥시란 및 액상 이산화탄소로부터 연속 제조하는 개선된 방법에 관한 것이다.

문헌 [Ind. Eng. Chem. 50(1958), 767-770]에는 155℃의 정상 단부에 산화에틸렌 및 촉매 용액이 공급되고, 바닥 단부(195℃)에는 이산화탄소가 공급되고, 생성된 탄산에틸렌이 배출되는 관형 반응기 내에서 산화에틸렌과 이산화탄소를 반응시켜 탄산에틸렌을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 후반응은 하류의 별도 탱크 내에서 수행된다. 반응기 내 압력은 1500 psig(103 바)이다. 이 반응기는 연속 작동할 수 있다. 이산화탄소는 과량으로 제공된다. 반응기 내 온도 구배가 40℃로 제공되면, 역혼합 조건이 존재하지 않는다. 후반응기 내에서는 전환율이 99% 바로 아래까지 달성되나, 부산물이 다수 생성되므로, 탄산에틸렌의 수율이 약 93%이다.

본 발명의 목적은, 특히 높은 옥시란 전환율, 구체적으로 99.9% 이상의 옥시란 전환율과, 높은 선택성 및 높은 공간-시간 수율(space-time yield)을 제공하는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 또한, 상기 생성물은 부산물이 ppm 범위로만 나타날 정도로 순수하다. 특히 옥시란과 이산화탄소 사이에 역류 조작이 이루어지는 2부 반응기를 본 발명의 목적에 사용하는 경우, 전환율이 목적으로 하는 수준으로 높아진다.

본 발명자들은, 하기 화학식 II의 옥시란을 촉매의 존재 하에 액상 이산화탄소와 반응시켜 하기 화학식 I의 1,3-디옥솔란-2-온을 연속 제조하는 방법으로서, 제1부에서는 화학식 II의 옥시란이 80% 이상, 특히 90% 이상 전환될 때까지 역혼합하면서 반응이 이루어지고, 제2부에서는 역혼합이 없는 조건 하에 반응이 완료되는 2부 반응기 내에서 반응을 수행하는 단계, 및 반응기 전체에서 이산화탄소를 화학식 II의 옥시란에 역류 방향으로 통과시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 상기 목적이 달성된다는 것을 발견하였다:

상기 화학식들에서,

R¹은 수소 또는 C₄₀ 이하의 유기 라디칼이고,

R² 및 R³은 각각 수소 또는 C₁∼C₄ 알킬로서, 여기서 R² 및 R³은 함께 5원 또는 6원 고리를 형성할 수 있다.

반응기의 상기 제1부와 제2부 모두는 각각 단일 단 또는 다수의 연속적 또는 병렬적 단으로 구성될 수 있다. 반응기 전체는 하나 이상의 장치로 구성될 수 있다. 새로운 옥시란(II)과 새로운 촉매는 반응기의 제1부 내로 공급하고, 새로운 이산화탄소는 반응기의 제2부 내로 공급하는 것이 유리하다.

상기 방법을 성공적으로 수행하는 데는 반응기의 제1부 내에서 충분한 역혼합이 이루어지도록 하는 것이 중요하다. 반응기 제1부의 특정 디자인은 역혼합을 촉진시키거나, 또는 예를 들어 루프형 반응기를 선택하면 제1부에서 역혼합이 가능해진다. 또한, 예를 들어 반응기의 제1부 또는 제2부로부터 배출되는 생성물 스트림의 일부를 제1부로 다시 펌핑하는 외부 역혼합 시스템을 사용할 수도 있고, 또한 그것이 유리하다.

반응기의 제1부 내 반응은 반응 열을 제거함으로써 등온적으로 실시하는 것이 유리하다. 옥시란(II)을 1,3-디옥솔란-2-온(I)으로 전환시키는 반응은 대개 상당한 발열 반응이므로, 효과적으로 열을 제거할 필요가 있다. 통상, 반응 열은 반응기를 통과하는 처리량의 30배 내지 500배인 부피 유량을 가진 내부 또는 외부 열 교환기를 사용하여 제거한다. 통상, 반응기의 제1부 내 온도 변동은 ±5℃, 특히 ±3℃를 초과하지 않는다.

반응기가 작동하는 압력은 반응기의 제1부와 제2부 모두에서 대개 2∼50 바, 특히 5∼40 바, 구체적으로 10∼30 바이다. 이러한 비교적 낮은 압력은, 본 발명의 방법이 통상 설비 요건 면에서 복잡하지 않다는 것을 의미한다.

본 발명 방법의 경제적 성공을 위해 중요한 또다른 인자는, 반응기 제1부와 제2부 모두의 내부를 특정 온도 범위로 유지시키는 것이다. 그 온도는 반응기의 어떤 부분에서도 150℃를 초과하지 않아야 한다. 바람직한 온도 범위는 70∼150℃, 특히 90∼145℃, 구체적으로 100∼140℃이다. 반응기의 제2부 온도는 반응기의 제1부 온도보다 최대 40℃, 특히 최대 25℃, 구체적으로 최대 10℃ 더 높을 수 있다.

반응기의 제1부 내에서의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 특히 95% 이상, 구체적으로 98% 이상의 높은 전환율과, 반응기의 제1부 내에서의 역혼합이 양호하게 이루어지면, 통상적으로 반응기 어느 부분에서도 옥시란 농도가 20 중량%, 바람직하게는 10 중량%, 특히 5 중량%, 구체적으로 2 중량%를 초과하지 않도록 해준다. 이는 안전 적합성(산화에틸렌) 뿐만 아니라, 선택성에 대한 유의적 영향을 제공한다. 옥시란 농도의 상승은 부산물 형성의 증가를 초래하는 것으로 밝혀졌다.

높은 단열적 온도 상승으로 인해 반응기의 제1부는 바람직하게는 등온적이다. 반응 열은 반응기 디자인에 따라 내부 또는 외부 열 교환기를 사용하여 제거할 수 있다. 반응기 내에서 역혼합이 양호하게 이루어지면 바람직하지 않은 온도 스파이크가 발생하는 것을 방지한다. 또한, 반응을 유지시키기 위해서는, 물질 이동 영역이 커질 수 있도록, 본 발명에서 옥시란(II)에 역류 방향으로 통과하는 가스상 이산화탄소를 반응기의 모든 부분에 걸쳐 미세하게 분산시키는 것이 유리하다. 대개, 이산화탄소는 액상의 포화 상태로 존재한다. 이 때문에, 반응기 전체에서 이산화탄소가 충분히 이용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 역류 절차를 수행하는 특히 유리한 방식은 미전환 옥시란을 반응기 제2부로부터 주요 전환이 이루어지는 제1부 내로 스트립핑하는 것이다. 이 기술은 생성되는 탄산알킬렌 중의 옥시란 배출 농도를 감소시키고, 이로써 전환율을 높일수 있는 것이다.

반응기는 일반적으로 상부로서 제1 역혼합부를 갖추고 있다. 이 반응기의 제1 역혼합부 내 혼합은 액체의 분출과 함께 이루어지는 것이 바람직하다. 혼합 및 가스 흡수를 증대시키기 위해, 반응기에 내부 장치, 예를 들어 드래프트 관 또는 운동량 전이 관을 설치할 수도 있다. 이 반응기의 제1 역혼합부 내 가스상의 분산은 바닥에서 액체의 분출 또는 가스의 미분 공급을 통해 이루어질 수 있다. 촉매 및 새로운 옥시란은 반응기 제1 역혼합부의 원하는 임의 지점에서 공급할 수 있다. 옥시란은 액체 중에서 균일한 배출 상태로 존재하도록 액체 분출부에 도입하는 것이 바람직하다.

촉매는 액체 유출물과 함께 반응기의 제1부로부터 제2부로 통과한다. 액체 유출물은 제1부의 원하는 임의 지점에서 배출될 수 있으나, 바닥에서 배출되는 것이 바람직하다. 불활성 가스(희가스, 질소) 및 미전환 이산화탄소는 반응기의 상부에서 반응 혼합물로부터 제거할 수 있다. 폐가스의 배출 스트림은 새로운 가스와 함께 반응기의 제2부로 복귀할 수 있다.

반응기의 제2부는 다단식 역류 가스 및 액체 접촉 장치(냉각 또는 단열 상태로 작동)로서 구체화시킬 수 있다. 기포 컬럼 배터리로서 구체화시키는 것이 바람직하나, 다른 디자인, 예를 들어 교반식 탱크 배터리도 가능하다. 반응기의 제2부를 다수의 단으로 분할하는 것은, 소공이 있는 시트(foraminous sheet), 기포 캡 트레이 또는 특이적 혼합 부재 등의 내장 부품을 사용하거나, 또는 여러 조각의 장치를 사용하여 달성할 수 있다. 가스는 모든 단에 가능한 한 효과적으로 분산시켜야 하며, 이를 위해서는 적당한 정적 또는 동적 가스 분산기, 예를 들어 소공이 있는 시트, 노즐 또는 교반 부재가 적당하다. 또한, 관형 반응기 특성을 가지고, 충전 부재 또는 충전된 내장 부품으로 구성되며, 이미 촉매가 적용되어 있을 수도 있는 고정층을 사용할 수도 있다. 이러한 경우, 이산화탄소는 정지상이고, 반응 용액은 내장 부품 상에 필름을 형성하며, 그 결과 큰 물질 전이 영역이 형성된다. 또한, 반응기의 제2부의 각 단들 사이에 새로운 이산화탄소 가스를 분할하여 공급하는 것도 상상할 수 있다. 그러나, 모두 최종 단계에 추가하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같은 유동 형태를 얻기 위해서는, 반응기의 2개의 부와 각각의 단들을 (반응기 전체에 구체화된 범위 영역 내에서) 다른 압력 수준으로 작동시킬 필요가 있을 수도 있다. 이러한 경우, 최종 단의 압력 수준은 가장 높은 것이 바람직하다.

상기 방법의 생성물(I)을 함유하는 반응 혼합물은 반응기의 최종 단으로부터 연속적으로 배출시킨다.

본 발명의 방법에 적합한 촉매로는 문헌, 예를 들어 미국 특허 A 제2 773 070호, 미국 특허 A 제2 773 881호, 문헌 [Chem. Lett. (1979) p.1261], 문헌 [Chem. Lett. (1977) p.517], 독일 특허 A 제35 29 263호, 독일 특허 B 제11 69 459호, 유럽 특허 A 제069 494호 또는 유럽 특허 B 제543 249호로부터 그러한 반응에 공지된 실질적으로 모든 촉매를 들 수 있다. 그러나, 촉매로는 오늄염 또는 금속염 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 특히 유리하다.

적당한 오늄염은 예를 들면 구체적으로 하기 화학식 IIIa 내지 IIIc의 암모늄염, 포스포늄염 및 설포늄염을 비롯한 주로 이러한 유형의 모든 화합물을 포함한다.

상기 화학식들에서,

치환기 R은 각각 1 내지 20개의 탄소 원자를 가진 동일하거나 또는 상이한 탄화수소 라디칼을 나타내고, 단 R 라디칼 중의 탄소 원자의 총수는 각각의 경우 24 이상이 되지 않아야 하며, X는 특히 할로겐, 바람직하게는 브롬 또는 요오드이다.

오늄염의 일반적 적합성으로 인해, 그 선택은 주로 유용성 및 비용에 의해 좌우된다. 따라서, 실제로, 그 선택은 특히 암모늄염(IIIa)에 대해 이루어지며, 암모늄염 중에서도 상업적으로 유용하고 용이하게 제조되는 브롬화 테트라에틸암모늄이 가장 적합하다. 또한, R 라디칼 중 3개는 메틸 또는 에틸 등의 저급 알킬기인 한편, 네번째 것은 벤질 또는 비분지쇄형의 C₆∼C₁₈ 알킬 라디칼인 화합물(IIIa)임에 주목해야 한다.

포스포늄염(IIIb) 중에는, 트리페닐소프스핀으로부터 유도되고, C₁∼C₆ 알킬 브롬화물에 의해 4급화되어 분자 내에 도입된 네번째 치환기를 가지는 것이 가장 유용하다.

적당한 설포늄염(IIIc)의 예는 용이하게 제조되는 요오드화 트리메틸설포늄이다. 그러나, 통상 암모늄염 및 포스포늄염이 설포늄염보다 적합하다.

통상, 화합물(IIIa) 내지 화합물(IIIc)의 히드로카빌 R은 분지쇄형, 또는 바람직하게는 비분지쇄형 C₁∼C₂₀ 알킬, 아르알킬(예, 벤질), 시클로헥실 또는 아릴(예, 페닐 또는 p-톨릴)일 수 있다. 또한, 알킬 라디칼 R은 함께 예를 들어 피페리딘 고리를 형성할 수도 있다. 할로겐 이외의 적당한 음이온으로는, 예를 들어 황산염 및 질산염이 있다.

특히 브롬화오늄의 경우에는, 출발 물질이 염(IIIa 내지 IIIc) 자체일 필요는 없으며, 대신, 효과적인 4급화 생성물(IIIa 내지 IIIc)을 자동적으로 생성시키는 이들의 전구체 염기 및 4급화 시약을 사용하는 것으로 충분하다.

적당한 금속염으로는 알칼리 금속염, 알칼리 토금속염 및 전이 금속염, 특히 2가 전이 금속염, 예를 들어 나트륨염, 칼륨염, 마그네슘염, 칼슘염, 알루미늄염, 망간(II)염, 철(II)염, 니켈(II)염, 구리(II)염, 아연염, 카드뮴염 또는 납(II)염이 있다. 이들 염에 대한 적당한 음이온으로는 황산염, 질산염, 인산염, 탄산염, 아세트산염, 포름산염, 특히 할로겐화물(예, 염화물, 브롬화물 및 요오드화물)이 있다. 아연염(예, 황산아연, 질산아연, 인산아연, 탄산아연, 아세트산아연, 포름산아연, 염화아연, 브롬화아연 또는 요오드화아연)을 사용하는 경우에 특히 양호한 결과가 얻어진다. 또한, 그러한 금속염의 혼합물을 사용할 수도 있으며, 이는 전술한 오늄염에도 적용된다. 또한, 오늄염과 금속염의 혼합물도 사용할 수 있으며, 이들이 심지어 놀라운 이점을 나타내기도 한다.

촉매로서 사용되는 오늄염 및/또는 금속염의 양은 단지 반응 속도에만 명백히 영향을 미치므로 주로 임의적이다. 또한, 반응 속도는 사용된 옥시란(II)의 유형에 의해 좌우된다. 산업상 만족스러운 반응 시간이 약 0.5 시간 내지 5 시간인 경우에는, 사용된 옥시란(II)을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 3 중량%를 필요로 한다.

바람직한 실시 형태에서, 사용된 촉매는 브롬화 알칼리 금속, 요오드화 알칼리 금속, 브롬화 테트라알킬암모늄, 요오드화 테트라알킬암모늄, 2가 금속의 할로겐화물 또는 이들의 혼합물이다.

특히 바람직한 실시 형태에서, 사용된 촉매는 오늄염, 특히 화학식 IIIa 내지 IIIc의 암모늄염, 포스포늄염 및/또는 설포늄염, 및 아연염, 특히 전술한 것들의 혼합물이다. 여기서, 아연염의 유효량은 사용된 옥시란의 반응성, 오늄염의 활성 및 나머지 반응 조건에 따라 좌우되며, 오늄염 1몰당 0.1 몰 내지 1.0 몰이고, 바람직하게는 0.3 몰 내지 0.7 몰이다. 브롬화아연을 사용하는 경우, 이들 양은 통상 오늄염 1몰당 0.2 몰 내지 0.8 몰이고, 바람직하게는 0.3 몰 내지 0.5 몰이다.

본 발명의 방법은 용매를 사용하지 않고 수행할 수 있으나, 디옥산, 톨루엔 또는 아세톤 등의 불활성 용매를 대개 사용된 옥시란(II)을 기준으로 하여 약 10 중량% 내지 100 중량%의 양으로 사용할 수 있다. 생성물(I)이 반응 조건 하에 액체인 경우, 용매로서 유리하게 사용된다. 그러한 경우, 생성물 중에 촉매를 용해시키고 이 용액을 실제로 더 이상의 용매를 포함하지 않은 반응기 내에 측량하여 주입하는 것이 유리하다. 이 실시 형태에서, 생성물(I) 중의 촉매 농도는 통상 0.5 중량% 내지 20 중량%이고, 특히 1 중량% 내지 15 중량%이며, 촉매와 함께 첨가된 생성물(I)에 대한 동일한 단위 시간에 걸쳐 첨가된 반응물(II) 양의 몰비는 통상 100:1 내지 1:1이고, 특히 50:1 내지 2:1이다.

본 발명의 방법에서, 옥시란(II) 및 이산화탄소의 반응물 스트림은 1:1 내지 1:1.05의 몰비, 특히 1:1 내지 1:1.02의 몰비로 사용하는 것이 바람직하다. 감압 중에 이산화탄소가 손실되기 때문에, 이산화탄소는 가능한 소량의 잉여량을 필요로 한다.

본 발명의 방법은 반응 혼합물을 주로 통상적인 방식으로 처리했을 때, 대개 실질적으로 정량적인 옥시란(II) 전환율, 통상적으로 99% 이상, 특히 99.5% 이상, 구체적으로 99.9% 이상의 전환율을 제공한다. 얻어진 촉매 포함 잔류물은 대개 사용된 임의의 금속염이 미량의 수분의 불가피한 존재로 인한 가수분해에 의해 불활성화될 때까지 추가의 반응 배치에서 반복적으로 사용할 수 있다.

매우 순수한 생성물을 얻기 위해서는, 반응 조건과 촉매의 유형 및 농도가 적당히 조합된 상태에서, 촉매 및 미전환 옥시란만 제거하면 된다. 또한, 촉매 제거 및 재순환은 경제적인 측면에서 권장된다. 생성물은 여러 방식으로 처리할 수 있다. 통상적으로, 먼저 감압을 통해 용해된 이산화탄소를 제거하는 것이 필요하다. 증류, 추출 또는 스트립핑 등의 통상적인 단위 조작은 촉매 제거와 옥시란 제거 모두에 이용될 수 있다.

최근까지의 관찰에 따르면, 본 발명의 방법의 성공적인 수행은 사용된 옥시란(에폭시드)(II)의 유형에는 좌우되지 않으며, 단 (그 자체로 명백하듯이) 라디칼 R¹은 옥시란 고리를 개환시켜 2차 반응을 발생시키는 어떠한 산성 치환기도 포함하지 않는다.

수소 이외에 적당한 R¹ 라디칼로는

- 최대 C₄₀, 특히 최대 C₁₈의 포화 및 불포화된 분지쇄형 및 비분지쇄형 지방족 라디칼,

- 바람직하게는 5 내지 7개의 고리원을 보유하는 이소- 또는 헤테로시클릭 지환족기,

- 이소- 또는 헤테로시클릭 방향족기, 및

- 전술한 종류의 기를 함유하는 혼합된 라디칼, 예를 들어 아르지방족 라디칼(예, 벤질)

이 있다.

이들 기는 각각 할로겐, 니트로기, 유리 또는 치환된 아미노기, 히드록실기, 포르밀기 또는 시아노기 등의 치환기를 가질 수 있거나, 또는 에테르, 케톤 또는 에스테르기를 포함할 수 있다.

R² 및 R³은 통상적으로 각각 수소, 메틸, 또는 함께 5원 또는 6원 고리를 형성하는 라디칼이며, 이들 라디칼의 일례는 화학식 II의 화합물로서 시클로헥센 산화물이다. 화학식 II의 화합물이 각각 하나의 CH₂-기를 가지는 2개의 옥시란 고리를 함유하는 경우, 상응하는 화학식 I의 비스디옥솔란이 얻어진다. 양 탄소 원자 상에 치환된 옥시란 고리는 통상 탄소 원자 중 하나에서만 치환된 것보다 공격에 덜 민감하다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시 형태는 R¹이 수소 또는 C₁∼C₁₈ 알킬, 특히 C₁∼C₄ 알킬인 화학식 I의 1,3-디옥솔란-2-온을 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 특히 탄산에틸렌 또는 탄산프로필렌을 제조하는 데 뿐 아니라, 산화이소부틸렌, 산화스티렌 또는 에피클로로히드린의 탄산염을 제조하는 데에도 유용하다.

본 발명의 방법에 따른 화학식 I의 생성물은 유기 합성 과정에 유용한 중간체이다. 또한, 탄산에틸렌 및 탄산프로필렌은 특히 합성 섬유 산업 분야에서 용매로 널리 사용된다.

실시예 1

탄산프로필렌의 제조

사용한 반응기는 외부 열 교환기를 갖춘 외부 재순환 시스템을 가진 제1부(상부) (루프형 반응기)와, 122℃(최상부 단) 내지 130℃(최하부 단)의 온도에서 작동하는 5단으로 된 역류 기포 컬럼 배터리로 구성되는 제2부(하부)를 포함하며, 상기 제1부를 통해 반응 온도가 120℃ ±2℃로 유지되었다. 반응기는 모든 부분에서 16 바의 압력으로 작동시켰다.

반응기의 상부에는 산화프로필렌을 2.00 kg/시간으로, 그리고 탄산프로필렌 중에 용해된 촉매로서 1:2 중량비의 브롬화아연/브롬화 테트라에틸암모늄 혼합물 12 중량%의 용액을 0.456 kg/시간으로 연속 공급하였다. 기포 컬럼 배터리의 최하부 단의 바닥에는 이산화탄소를 1.52 kg/시간으로 연속 공급하면서, 동시에 생성물을 4.00 kg/시간으로 연속 배출시켰다. 배출된 탄산프로필렌은 용액 중에 산화프로필렌 함량이 약 200 ppm에 불과하였으며, 아세톤 및 프로피온알데히드 등의 부산물은 200 ppm보다 상당히 낮은 농도로 존재하였다. 전환율은 사용된 산화프로필렌을 기준으로 하여 99.9%였다.

실시예 2

탄산에틸렌의 제조

실시예 1에서와 동일한 반응기 및 반응 매개변수를 사용하였다.

상부 반응기 단에는 산화에틸렌을 1.52 kg/시간으로, 그리고 탄산에틸렌에 용해된 촉매로서 1:2 중량비의 브롬화아연/브롬화 테트라에틸암모늄 혼합물 12 중량%의 용액을 0.27 kg/시간으로 연속 공급하였다. 기포 컬럼 배터리의 최하부 단의 바닥에는 이산화탄소를 1.52 kg/시간으로 연속 공급하면서, 동시에 생성물을 3.30 kg/시간으로 연속 배출시켰다. 배출된 탄산에틸렌은 산화에틸렌 함량이 약 100 ppm 미만이었으며, 아세트알데히드 등의 부산물은 단지 약 10 ppm 정도의 농도로 존재하였다. 전환율은 사용된 산화에틸렌을 기준으로 하여 99.95%였다.

Claims

하기 화학식 II의 옥시란을 촉매의 존재 하에 액상 이산화탄소와 반응시켜 하기 화학식 I의 1,3-디옥솔란-2-온을 연속 제조하는 방법으로서, 제1부에서는 화학식 II의 옥시란이 80% 이상 전환될 때까지 역혼합하면서 반응이 이루어지고, 제2부에서는 역혼합이 없는 조건 하에 반응이 완료되는 2부 반응기 내에서 반응을 수행하는 단계, 및 반응기 전체에서 이산화탄소를 화학식 II의 옥시란에 역류 방향으로 통과시키는 단계를 포함하는 방법:

화학식 I

화학식 II

상기 화학식들에서,

R¹은 수소 또는 C₄₀ 이하의 유기 라디칼이고,

R² 및 R³은 각각 수소 또는 C₁∼C₄ 알킬로서, 여기서 R² 및 R³은 함께 5원 또는 6원 고리를 형성할 수도 있다.
제1항에 있어서, 화학식 II의 새로운 옥시란과 새로운 촉매는 반응기의 제1부 내로 공급하고, 새로운 이산화탄소는 반응기의 제2부 내로 공급하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반응기의 제1부 내 반응은 반응 열을 제거하여 등온적으로 수행하는 것인 방법.
제3항에 있어서, 반응 열은 반응기를 통과하는 처리량의 30배 내지 500배의 부피 유량을 가진 내부 또는 외부 열 교환기를 사용하여 제거하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반응은 반응기의 제2부 내에서 화학식 II의 옥시란이 99% 이상의 전환율이 달성될 때까지 수행하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반응기는 제1부와 제2부 모두에서 2 바 내지 50 바에서 작동되는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반응기는 제1부와 제2부 모두에서 70℃ 내지 150℃에서 작동되는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화학식 II의 옥시란 및 이산화탄소는 1:1 내지 1:1.05의 몰비로 사용하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 사용된 촉매는 오늄염 또는 금속염 또는 이들의 혼합물인 것인 방법.
제9항에 있어서, 사용된 촉매는 요오드화 알칼리 금속, 브롬화 알칼리 금속, 요오드화 테트라알킬암모늄, 브롬화 테트라알킬암모늄, 2가 금속의 할로겐화물 또는 이들의 혼합물인 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, R¹이 수소 또는 C₁∼C₁₈ 알킬인 화학식 I의 1,3-디옥솔란-2-온을 제조하기 위한 것인 방법.
제11항에 있어서, 탄산에틸렌 또는 탄산프로필렌을 제조하기 위한 것인 방법.
제1항에 있어서, 제1부에서는 화학식 II의 옥시란이 90% 이상 전환될 때까지 역혼합하면서 반응이 이루어지는 것인 방법.
제5항에 있어서, 반응은 99.5% 이상의 전환율이 달성될 때까지 수행하는 것인 방법.
제6항에 있어서, 반응기는 5 바 내지 40 바에서 작동되는 것인 방법.
제7항에 있어서, 반응기는 90℃ 내지 145℃에서 작동되는 것인 방법.