KR100683076B1 - 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르의 제조 방법,제조 생성물 및 그들의 용도 - Google Patents

계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르의 제조 방법,제조 생성물 및 그들의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알칸올을 얻기 위해 약 10 내지 20개의 탄소원자를 갖는 올레핀 또는 이러한 올레핀의 혼합물을 유도체화시키고 임의로 이어서 알콕실화시켜 신규한 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 C4-올레핀 혼합물을 치환반응시키는 단계, 생성된 올레핀을 이합체화시키는 단계, 및 이후 이들을 유도체화시켜 계면활성 알콜을 얻는 단계, 및 임의로 상기 알콜을 알콕실화시키는 단계를 포함하는 특징이 있다. 이합체화에서 얻어진 올레핀 혼합물은 고비율의 분지화된 성분 및 비닐리덴 기를 함유하는 화합물 10 중량% 미만을 함유한다. 본 발명은 또한 글리코실화 또는 폴리글리코실화, 황산화 또는 인산화시켜 계면활성제를 얻기 위한 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르의 용도에 관한 것이다.
신규한 계면활성 알콜, 계면활성 알콜 에테르, C4-올레핀 혼합물.

Description

계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르의 제조 방법, 제조 생성물 및 그들의 용도{Method for producing surfactant alcohols and surfactant alcohol ethers, the resulting products and their use}
본 발명은 특히 계면활성제로서 매우 적합한 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르의 제조 방법 또는 계면활성제의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 올레핀 또는 올레핀 혼합물은 C4-올레핀 기류로부터 출발하여 10 내지 16개의 탄소원자를 갖는 올레핀 혼합물을 얻기 위해 이합체화되는 치환 반응(metahesis reaction)에 의해 제조되고, 상기 올레핀 혼합물은 비닐리덴기를 갖는 화합물 10 중량% 미만을 포함하고, 이후 상기 올레핀은 유도체화되어 계면활성 알콜을 제공하고 상기 알콜은 임의로 알콕실화된다.
본 발명은 추가로 글리코실화 또는 폴리글리코실화, 황산화 또는 인산화에 의한 계면활성제 제조를 위한 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르의 용도에 관한 것이다.
C8 내지 C18의 쇄 길이를 갖는 지방 알콜은 비이온성 계면활성제 제조를 위해 사용된다. 이들을 알킬렌 옥사이드와 반응시켜 상응하는 지방 알콜 에톡실레이트 를 얻는다(Chapter 2.3: Kosswig/Stache, "Die Tenside [Surfactants], Carl Hanser Verlag, Munich Vienna (1993)). 지방 알콜의 쇄 길이는 예를 들면, 습윤 능력, 거품 형성, 그리스(grease)를 용해시키는 능력, 세정력과 같은, 다양한 계면활성제 성질에 영향을 미친다.
C8 내지 C18의 쇄 길이를 갖는 지방 알콜은 또한 알킬 포스페이트 및 알킬 에테르 포스페이트와 같은, 음이온성 계면활성제 제조를 위해 사용될 수 있다. 포스페이트 대신에, 상응하는 설페이트를 제조하는 것이 또한 가능하다(Chapter 2.2: Kosswig/Stache "Die Tenside" [Surfactants], Carl Hanser Verlag, Munich Vienna (1993)).
DE-A-196 04 466은 알킬글리코시드 및 이 출원에 제공된 화학식 I의 폴리에틸렌글리콜 유도체를 함유하는 수성 조성물에 관한 것이다. 알킬기 R2(페이지 2, 제55행)는 8 내지 18개, 바람직하게는 10 내지 16개의 탄소원자를 갖고, 이 출원에는 분지도에 대한 직접적인 정보는 없다. 그러나, 알킬기가 주로 직쇄이어야 하는 것은 알 수 있다. 왜냐하면, 이것이 천연 지방산의 수소화에 의해 얻어졌음이 언급되어 있기 때문이다.
이러한 지방 알콜은 천연 원료로부터, 예를 들면, 지방 및 오일, 또는 그밖의 것들로부터 탄소원자수가 적은 빌딩 블록을 구성함으로써 합성학적 방법으로 얻을 수 있다. 하나의 변화된 방법이 2배의 탄소 원자수를 갖는 생성물을 얻기 위해 올레핀을 이합체화하고 알콜을 얻기 위해 관능화하는 것이다.
올레핀의 이합체화를 위해, 수많은 방법들이 알려져 있다. 예를 들면, 반응은 황산 또는 인산(FR 964 922)과 같은 산 존재 하에서, 알킬 알루미늄 촉매(WO 97/16398) 또는 용해된 니켈 복합체 촉매(US-A-4 069 273)와 함께, 불균일 코발트 옥사이드/탄소 촉매상에서 수행될 수 있다. US-A-4 069 273의 상세한 설명에 따르면, 이들 니켈 복합체 촉매의 용도(사용되는 복합체화제는 1,5-시클로옥타디엔 또는 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로펜탄-2,4-디온임)는 높은 비율의 이합체화 생성물을 갖는 대단히 직쇄인 올레핀을 제공한다.
DE-A-43 39 713 (D1)은 촉매를 사용하여 올레핀을 소중합체화시키는 방법에 관한 것이고, 이 촉매는 대단히 높은 비율의 직쇄 반응 생성물이 얻어지도록 제조되고, 특히 이 방법에 바람직하다. 이 출원의 실시예 3 내지 5는 부탄/부텐 혼합물의 소중합체화를 보여주고, 이에 의해 62 내지 78 중량%의 옥텐을 함유하는 반응 생성물이 얻어진다. 이 공지의 방법은 치환반응을 포함하지 않고 상기 출원에 개시된 반응 생성물은 10 내지 16개의 탄소원자를 갖는 성분으로 구성되지 않는다.
US-A-3,448,163 (D3)은 올레핀 및 촉매의 이균형화 방법에 관한 것이고, 이는 이 방법에 특히 유용하다. 실시예에서는 부텐-1이 2 내지 7개의 탄소원자를 갖는 올레핀, 특히 에틸렌 및 헥센-3의 올레핀 혼합물로 변형됨을 보여준다. 이 공지의 방법은 이합체화 단계를 포함하지 않고 상기 출원에 개시된 반응 생성물은 10 내지 16개의 탄소원자를 갖는 성분으로 구성되지 않는다.
탄소골격에 약 하나의 탄소원자를 더하여 알콜을 얻기 위한 올레핀의 관능화는 편리하게는 히드로포르밀화를 통해 일어나고, 이는 알데히드 및 알콜의 혼합물을 제공하게 되고, 이후 수소화되어 알콜을 제공할 수 있다. 1년에 대략 700만 톤(미터법)의 생성물이 올레핀의 포르밀화를 사용하여 전 세계적으로 생산된다. 히드로포르밀화 공정의 촉매 및 반응조건의 개요가 예를 들면, 문헌 [Beller et al., Journal of Molecular Catalysis, A104 (1995), 17-85; 및 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A5 (1986), page 217 및 이하, page 333] 및 관련 문헌에 제공된다.
GB-A-1 471 481 (D2)는 코발트를 함유하는 촉매를 사용한 올레핀의 히드로포르밀화 방법에 관한 것이다. 이 방법에 개시된 올레핀은 직쇄이고, 그러므로, 옥소알콜 및 옥소알데히드는 낮은 분지도를 갖는 것으로 얻어진다.
WO 98/23566으로부터, 분지쇄 알칸올(옥소 알콜) 혼합물의 설페이트, 알콕실레이트, 알콕시설페이트 및 카르복실레이트가 차가운 물에서 좋은 표면 활성을 나타내고 좋은 생분해능을 가짐이 알려져 있다. 사용된 혼합물에서 알칸올은 8개보다 많은 탄소원자의 쇄 길이를 갖고, 평균 0.7 내지 3개의 분지를 갖는다. 알칸올 혼합물은 예를 들면, 이들 부분을 위해 골격 이성질화 또는 내부의 직쇄 올레핀의 이합체화에 의해 얻어질 수 있는 분지쇄 올레핀 혼합물로부터 히드로포르밀화에 의해 제조될 수 있다.
이 방법에 제공된 장점은 C3 또는 C4-올레핀 기류가 이합체화 공급물 제조를 위해 사용되지 않는다는 것이다. 현재의 선행 기술에 따라, 상기 이합화시킨 올레핀은 에틸렌으로부터 제조되었음이 틀림없음을 이것으로부터 알 수 있다(예를 들 면, SHOP 방법). 에틸렌이 계면활성제 제조를 위해 비교적 비싼 출발물질이므로, 에틸렌 기저 방법은 C3- 및/또는 C4-올레핀 기류로부터 출발하는 방법과 비교하여 비용 단점을 갖는다.
이 공지 방법의 또다른 단점은 내부 올레핀을 사용하는 것이고, 이는 알파-올레핀의 이성질화에 의해서만 얻을 수 있고, 분지쇄의 계면활성제 옥소 알콜의 제조를 위해 필요로 된다. 이러한 방법은 항상 성분의 다양한 물리 및 화학적 데이타때문에, 순수한 물질보다 가공 공정에 있어서 조작하기 더 어려운 이성질체 혼합물을 유도한다. 더욱이, 이성질화의 추가 공정 단계가 필요로 되고, 이 방법은 추가의 단점을 갖는다. 2-펜텐 또는 3-헥센과 같은, 순수한 내부 올레핀의 이성질화, 및 이합체화 생성물의 추가 유도체화가 이전에는 기술되지 않았다.
옥소 알칸올 혼합물의 성분 구조는 히드로포르밀화시킨 올레핀 혼합물의 유형에 의존한다. 알파-올레핀 혼합물로부터 골격 이성질화에 의해 얻어진 올레핀 혼합물은 주쇄 말단에, 즉 각각의 경우에서 쇄말단으로부터 계산해서 2 및 3번 위치에서 우세하게 분지화된 알칸올을 유도한다(56 페이지, 마지막 문단). 더 짧은 쇄 길이의 올레핀을 이합체화하여 얻어진 올레핀 혼합물은, 이 출원에 개시된 방법에 의해, 68 페이지 표 IV가 나타내는 바대로, 분지가 주쇄의 중앙에, 히드록실 탄소원자에 대해 C4 및 추가로 제거된 탄소원자에 매우 우세하게 더 많이 있는 옥소 알콜을 제공한다. 대조적으로, 25% 미만의 분지는 히드록실 탄소원자에 대해, C2 및 C3 위치에 있다(이 출원 명세서의 페이지 28-29).
표면 활성 최종 생성물은 카르복실기를 얻기 위해 -CH2OH기를 산화하거나, 또는 알칸올 또는 그들의 알콕실레이트를 황산화시켜 알칸올 혼합물로부터 얻는다.
계면활성제의 제조를 위한 유사한 방법이 PCT 특허출원 WO 97/38957 및 EP-A-787 704에 기술되어 있다. 또한 상기 출원에 기술된 방법들에서, 알파-올레핀은 이합체화되어 우세하게 비닐리덴 분지화된 올레핀 이합체 혼합물을 제공한다(WO 97/38957):
Figure 112001015092754-pct00001
비닐리덴 화합물은 이후 이중 결합이 쇄의 말단에서 중심으로 더 이동하도록 이중 결합 이성질체화되고, 이후 히드로포르밀화되어 옥소 알콜 혼합물을 제공한다. 후자는 이후 예를 들면 황산화에 의해 더 반응되어 계면활성제를 제공한다. 이 방법의 심각한 단점은 이것이 알파-올레핀으로부터 출발한다는 것이다. 알파-올레핀은, 예를 들면, 에틸렌의 전이금속 촉매 소중합체화, 지글러 빌드업 반응(Ziegler build-up reaction), 왁스 크래킹 또는 피셔-트로프쉬 방법(Fischer-Tropsch processes)에 의해 얻어지고 따라서 계면활성제 제조를 위한 비교적 비싼 출발물질이다. 이 공지의 계면활성제 제조 방법의 또다른 중요한 단점은 우세하게는 분지화된 생성물이 바람직하다면, 골격 이성질체화가 이 방법에서 알파-올레핀의 이합체화와 상기 이합체화 생성물의 히드로포르밀화 사이에 삽입될 수 있다는 것이다. 이 방법은 계면활성제 제조를 위해 비교적 비싼 출발물질을 사용하기 때문에 또한 추가의 공정 단계인 이성질화의 삽입 필요때문에, 이 공지의 방법은 비용면에서 상당한 단점을 갖는다.
놀랍게도, 본 출원인들은 하기에 "계면활성 알콜"로서 언급되는, 대단히 효과적인 계면활성제를 제공하기 위해 추가로 프로세스될 수 있는, 분지화된 올레핀 및 알콜(옥소 알콜)이 알파-올레핀 또는 에틸렌으로부터 주로 제조된 올레핀을 사용하지 않고, 비용면에서 효과적인 C4-올레핀 기류로부터 출발하여 제조될 수 있다는 것과, 또한 이성질화 단계가 이 방법이 하기 기술된 바대로 본 발명에 따라 수행된다면 피해질 수 있음을 밝혔다. C4-올레핀 기류는 필수적으로, 바람직하게는 80 내지 85 용량%보다 더 큰 양, 특히 98 용량%보다 더 큰 양의, 1-부텐 및 2-부텐으로 구성되고, 더 적은 정도로 15 내지 20 용량% 미만의 양의 n-부탄 및 이소부탄을 미량의 C5 탄화수소에 덧붙여 포함하는 혼합물이다. 특수 용어로 "라피네이트 II(raffinate II)"로도 언급되는, 이들 탄화수소 혼합물은 고분자량 탄화수소, 예를 들면, 조오일의 크래킹에서 부산물로서 형성한다. 이 방법에서 생성된 저분자량 올레핀, 에텐 및 프로펜이 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 제조에 바람직한 조물질이고, C6 이상의 탄화수소 분획이 연소 엔진에서 연로로서 또한 가열 목적을 위해 사용되는 동안, 라피네이트 II, 특히 그의 C4-올레핀을 추가로 프로세스하여 충분한 양으로 좋은 최종 생성물을 제공하는 것이 가능하지 않았다. 하기 사용되는 용어 C4-올레핀 기류는 그러므로 라피네이트 II로서 언급되는 기체 혼합물도 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 이 방법에 의해 매우 바람직하고 C4-올레핀 기류를 프로세싱하는 방법을 개발하고, 이 기류는 제조되어 좋은 계면활성 알콜을 제공하고, 이 알콜로부터 공지의 다양한 방법 자체에 의해 비이온 및 음이온성 계면활성제가 제조될 수 있다.
본 발명은 약 10 내지 20개의 탄소원자를 갖는 올레핀 및 이러한 올레핀 혼합물의 유도체화 및 임의로 이어지는 알콕실화에 의해 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르 제조 방법을 제공하고, 이 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) C4-올레핀 혼합물을 치환반응시키는 단계,
b) 치환반응 혼합물로부터 5 내지 8개 탄소원자를 갖는 올레핀을 분리해내는 단계,
c) 분리해낸 올레핀을 개별적으로 또는 혼합물로서 이합체화시켜 10 내지 16개의 탄소원자를 갖는 올레핀 혼합물을 얻는 단계;
d) 생성된 올레핀 혼합물을, 임의로 분획화한 후에, 유도체화시켜 계면활성 알콜 혼합물을 얻는 단계; 및
e) 임의로 상기 계면활성 알콜을 알콕실화하는 단계.
이 방법의 단계 a)에 사용되는 치환반응의 주요 특징은, 예를 들면, 문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 제5판, volume A18, 페이지 235/236]에 기술되었다. 이 방법 수행에 대한 다른 정보는 예를 들면, 문헌 [K. J. Ivin, "Olefin Metathesis, Academic Press, London, (1983); Houben-Weyl, E18, 1163-1223; R. L. Banks, Discovery and Development of Olefin Disproportionation, CHEMTECH (1986), February, 112-117]에 제공된다.
적합한 촉매 존재 하에서, C4-올레핀 기류, 1-부텐 및 2-부텐에 존재하는 주요 성분을 치환반응시키면 5 내지 10개의 탄소원자, 바람직하게는 5 내지 8개의 탄소원자를 갖는 올레핀, 특히 2-펜텐 및 3-헥센을 얻는다.
적합한 촉매는 바람직하게는 몰리브덴, 텅스텐 또는 레늄 화합물이다. 불균일 촉매로 반응을 수행하는 것이 특히 편리하고, 촉매 활성 금속은 특히 Al2O3 또는 SiO2로부터 제조된 지지체와 연결되어 사용된다. 이러한 촉매의 예는 SiO2상의 MoO3 또는 WO3, 또는 Al2O3상의 Re2O7이다.
이 경우에는 특히 온화한 반응 조건이 가능하므로 레늄 촉매 존재 하에서 치환반응을 수행하는 것이 특히 바람직하다. 그러므로, 이 경우에서의 치환반응은 0 내지 50oC 온도 및 약 0.1 내지 0.2 MPa의 낮은 압력에서 수행될 수 있다.
원소 주기율표의 VIII 아족으로부터 1개 이상의 원소를 함유하는 이합체화 촉매가 사용되고, 촉매 조성물 및 반응 조건이 이합체 혼합물이 하기 화학식 I(비닐리덴기)의 요소를 갖는 화합물 10 중량% 미만을 포함하는 것으로 얻어지도록 선택될 때, 치환반응 단계에서 생성되는 올레핀 또는 올레핀 혼합물의 이합체화는 계면활성 알콜에 대한 추가의 프로세싱과 관련해 특히 바람직한 성분 및 특히 유익한 조성물을 갖는 이합체화 생성물을 제공한다.
Figure 112001015092754-pct00002
상기 식에서, A1 및 A2는 지방족 탄화수소 라디칼이다.
이합체화를 위해 치환반응 생성물에 존재하는 내부의, 직쇄 펜텐 및 헥센을 사용하는 것이 바람직하다. 3-헥센을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
이합체화는 균일 또는 불균일 촉매작용으로 수행될 수 있다. 불균일 방법으로, 한편으로는 촉매 제거가 단순화되어 이 프로세스를 더욱 경제적으로 만들고, 다른 한편으로는 용해된 촉매를 제거하는 동안, 예를 들면 가수분해에 의해 통상적으로 형성되는 바대로, 환경에 위해한 폐수가 생성되지 않으므로 이 방법이 바람직하다. 불균일 방법의 또다른 장점은 이합체화 생성물이 할로겐, 특히 염소 또는 불소를 함유하지 않는다는 것이다. 균일하게 용해하는 촉매는 일반적으로 할라이드 함유 리간드를 함유하거나 또는 할로겐 함유 보조 촉매와 조합하여 사용된다. 이러한 촉매 시스템으로부터, 할로겐은 이합체화 생성물에 혼입될 수 있고, 이는 생성물 품질 및 추가의 프로세싱, 특히 계면활성 알콜을 얻기 위한 히드로포르밀화에 상당히 나쁘게 영향을 준다.
불균일 촉매작용을 위해, 예를 들면, DE-A-43 39 713으로부터 공지된 바대로, 실리콘 및 티타늄 옥사이드로부터 제조된 지지 물질상에 알루미윰 옥사이드와 VIII 아족의 금속 산화물의 조합으로 제조되어 편리하게 사용된다. 불균일 촉매는 고정상으로 -이후 바람직하게는 1 내지 1.5 mm 칩의 조미립 형태로- 또는 현탁 형태(0.05 내지 0.5 mm 입자 크기)로 사용될 수 있다. 불균일 방법의 경우에, 이합체화는 편리하게는 80 내지 200oC, 바람직하게는 100 내지 180oC의 온도에서, 반응온도에서 나타나는 압력에서, 폐쇄 시스템에서, 임의로 대기 이상 압력의 보호 기체하에서 수행된다. 최적의 변환을 이루기 위해, 반응 혼합물은 수회 순환되고, 순환 생성물의 특정 비율은 이 시스템으로부터 연속적으로 나오고 출발물질에 의해 대체된다.
본 발명에 따른 이합체화에서, 1치환된 탄화수소 혼합물은 그 성분이 출발 올레핀 쇄 길이의 2배의 쇄 길이를 갖는 것으로 얻는다.
상기 제공된 세부 사항의 범위 내에서, 이합체화 촉매 및 반응 조건은 편리하게는 이합체화 혼합물 성분의 80% 이상이 주쇄, 하나의 분지쇄, 또는 인접한 탄소원자의 2개의 분지쇄 길이의 1/4 내지 3/4, 바람직하게는 1/3 내지 2/3의 범위 내에 있도록 선택된다.
본 발명에 따라 제조된 올레핀 혼합물의 매우 특징적인 성질은 분지쇄를 함유하는 성분의 높은 - 통상적으로 75%보다 큰, 특히 80%보다 큰 - 비율 및 비분지쇄 올레핀의 낮은 - 통상적으로 25%보다 작은, 특히 20%보다 작은 - 비율이다. 추가의 특징은 주쇄의 분지 부위에서, (y-4) 및 (y-5) 탄소원자를 갖는 기들이 우세하게 결합되는 것이고, 여기서 y는 이합체화를 위해 사용되는 단량체에서의 탄소원자 수이다. 값 (y-5) = 0은 측쇄가 존재하지 않음을 의미한다.
본 발명에 따라 제조된 C12-올레핀 혼합물의 경우에, 주쇄는 바람직하게는 분지 지점에 메틸 또는 에틸기를 갖는다.
주쇄 상의 메틸 및 에틸기의 위치 또한 특징적이고: 1치환의 경우에, 메틸 또는 에틸기는 주쇄의 P = (n/2)-m 위치에 있고, 여기서 n은 주쇄의 길이이고 m은 측쇄의 탄소원자 수이고, 2치환 생성물의 경우에, 하나의 치환체는 위치 P에 있고 다른 하나는 인접한 탄소원자 P+1에 있다. 본 발명에 따라 제조된 올레핀 혼합물에서 1치환 생성물(단일 분지)의 비율은 특징적으로 전체가 40 내지 75 중량%의 범위에 있고, 이중 분지 성분의 비율은 5 내지 25 중량% 범위 내에 있다.
본 출원인들은 또한 이합체화 혼합물은 이중 결합의 위치가 특정한 요건을 만족할 때 특히 잘 추가로 유도체화될 수 있음을 밝혀 내었다. 이들 유익한 올레핀 혼합물에서, 분지에 대한 이중 결합의 위치는 "지방족" 수소원자 대 "올레핀" 수소원자의 비율이 하기 범위 내에 있도록 한다.
H지방족 : H올레핀 = (2*n-0.5) : 0.5 내지 (2*n-1.9) : 1.9
여기서, n은 이합체화에서 얻어진 올레핀의 탄소원자 수이다("지방족" 수소원자는 C=C 이중 결합(파이 결합)에 포함되어 있지 않는 탄소원자에 결합된 것들로 정의되고, "올레핀" 수소원자는 파이 결합에 참여하는 탄소원자에 결합된 것들이다). 하기 비율의 이합체 혼합물이 특히 바람직하다.
H지방족 : H올레핀 = (2*n-1.0) : 1 내지 (2*n-1.9) : 1.6
본 발명에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있고 상기 제공된 구조적 특징을 갖는 신규한 올레핀 혼합물이 또한 본 발명에 의해 제공된다. 이들은 하기 기술된, 분지화된 1급 알콜 및 계면활성제의 제조에 특히 유용한 중간체이나, 특히 최종 생성물이 개선된 생분해능을 가질 때, 올레핀으로부터 출발하는 다른 상업적 방법에서 출발물질로서 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 올레핀 혼합물이 계면활성제 제조에 유용하다면, 이들은 공지된 방법 자체에 의해 우선적으로 유도체화되어 계면활성 알콜을 제공한다.
이를 이루기 위한 다양한 방법이 있고, 이는 이중 결합에 물을 직접 또는 간적으로 첨가(수화)하거나, 또는 C=C 이중 결합에 CO 및 수소를 첨가(히드로포르밀화)하는 것을 포함한다.
이 방법 단계 c)로부터 생성되는 올레핀의 수화는 양성자 촉매작용으로 물을 직접 첨가하여 편리하게 수행된다. 알칸올 설포네이트를 얻기 위한 높은 비율의 황산의 첨가 및 이어서 알칸올을 얻기 위한 가수분해를 통한 간접 경로도 물론 가능하다. 더 유익한 직접적인 물 첨가는 산성, 특히 불균일 촉매 존재하에서, 일반적으로 매우 높은 올레핀 부분 압력 및 매우 낮은 온도에서 수행된다. 적합한 촉매는 특히, 예를 들면, SiO2 또는 셀라이트(Celite), 또는 그밖의 산성 이온 교환기와 같은 지지체 상의 인산인 것으로 알려졌다. 조건의 선택은 반응될 올레핀의 반응성에 의존하고 보통 예비 실험에 의해 확인될 수 있다(예를 들면, A.J. Kresge et al., J. Am. Chem. Soc., 93, 4907 (1971); Houben-Weyl vol. 5/4 (1960), 페이지 102-132 및 535-539). 수화는 일반적으로 1급 및 2급 알칸올의 혼합물을 유도하고, 여기서 2급 알칸올이 우세하다.
계면활성제 제조를 위해, 1급 알칸올로부터 출발하는 것이 더욱 바람직하다. 그러므로 적합한 촉매, 바람직하게는 코발트- 또는 로듐-함유 촉매 존재하에서, 일산화탄소 및 수소와 반응시켜 단계 c)로부터 얻어지는 올레핀 혼합물의 유도체를 히드로포르밀화하여 분지화된 1급 알콜을 얻는 것이 바람직하다.
본 발명은 그러므로 바람직하게는 본 발명에 따르고 출발물질로서 상기 기술된 올레핀 혼합물을 사용하는 것을 포함하는, 올레핀의 히드로포르밀화에 의해, 계면활성제를 얻기 위한 추가의 프로세싱에 특히 적합한 1급 알칸올 혼합물 제조를 위한 방법을 추가로 제공한다. 수많은 다른 문헌의 히드로포르밀화 방법에 대한 개요는 예를 들면, 문헌 [Beller et al., Journal of Molecular Catalysis, A104 (1995) 17-85; 또는 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A5 (1986), 페이지 217 및 이하, 페이지 333] 및 관련 문헌에서 찾을 수 있다.
상기 문헌에 제공된 포괄적인 정보는 당업자가 심지어 본 발명에 따른 분지화된 올레핀이 히드로포르밀화하는 것을 허용한다. 이 반응에서, 일산화탄소 및 수소는 올레핀 이중 결합에 첨가되고, 하기 반응식에 따른 알데히드 및 알칸올의 혼합물을 제공한다:
Figure 112001015092754-pct00003
(A3 = 탄화수소 라디칼)
반응 혼합물에서 n- 및 이소-화합물의 몰비는 통상적으로 선택된 히드로포르밀화 프로세싱 조건 및 사용된 촉매에 따라 1:1 내지 20:1의 범위 내에 있다. 히드로포르밀화는 통상적으로 90 내지 200o의 온도 범위 및 2.5 내지 35 MPa (25 내지 350 바아)의 CO/H2 압력에서 수행된다. 일산화탄소 대 수소의 혼합 비율은 알칸알을 제조할 것인지 또는 알칸올을 제조할 것인지에 따른다. CO:H2 비율이 유익하게는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 3:1 내지 1:3이고, 여기서 알칸알 제조를 위해서는, 낮은 범위의 수소 부분압이 선택되고, 알칸올 제조를 위해서는, 높은 수소 부분압이 선택되고, 예를 들면, CO:H2 = 1:2이다.
적합한 촉매는 주로 화학식 HM(CO)4 또는 M2(CO)8의 금속 화합물이고, 여기서 M은 금속원자, 바람직하게는 코발트, 로듐 또는 루테늄 원소이다.
일반적으로, 히드로포르밀화 조건에서, 각각의 경우에 사용되는 촉매 또는 촉매 전구물질은 M이 VIII 아족의 금속이고 L이 리간드인, 화학식 HxMy(CO)zLq의 촉매 활성 종을 형성하고, 이것은 포스핀, 포스파이트, 아민, 피리딘 또는 중합체 형태를 포함한, 다른 공여 화합물일 수 있고, q, x, y 및 z는 금속의 원자가 및 유형, 및 리간드 L의 공유 원자가에 의존하는 정수이고, 여기서 q는 또한 0일 수 있다.
금속 M은 바람직하게는 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 플라티넘, 오스뮴 또는 이리듐이고, 특히 코발트, 로듐 또는 루테늄이다.
적합한 로듐 화합물 또는 복합체는 예를 들면, 로듐(II) 및 로듐(III) 염, 예를 들면 로듐(III) 클로라이드, 로듐(III) 니트레이트, 로듐(III) 설페이트, 포타슘 로듐 설페이트, 로듐(II) 또는 로듐(III) 카르복실레이트, 로듐(II) 및 로듐(III) 아세테이트, 로듐(III) 옥사이드, 예를 들면, 트리암모늄 헥사클로로로데이트(III)와 같은 로듐(III)산의 염이다. 로듐 비스카르보닐아세틸아세토네이트, 아세틸아세토네이토비스에틸렌로듐(I)과 같은 로듐 복합체가 또한 적합하다. 로듐 비스카르보닐아세틸아세토네이트 또는 로듐 아세테이트를 사용하는 것이 바람직하다.
적합한 코발트 화합물은 예를 들면, 코발트(II) 클로라이드, 코발트(II) 설페이트, 코발트(II) 카르보네이트, 코발트(II) 니트레이트, 그의 아민 또는 히드레이트 복합체, 코발트 카르복실레이트, 예를 들면, 코발트 아세테이트, 코발트 에틸헥사노에이트, 코발트 나프타노에이트와 같은 코발트 카르복실레이트 및 코발트 카프로락타메이트 복합체이다. 디코발트 옥토카르보닐, 테트라코발트 도데카카르보닐 및 헥사코발트 헥사데카카르보닐과 같은, 코발트의 카르보닐 복합체를 사용하는 것이 또한 가능하다. 코발트, 로듐 및 루테늄의 상기 화합물은 원래 공지되어 있고 문헌에 충분히 기술되어 있거나, 또는 이들은 당업자에 의해 이미 알려진 화합물과 유사한 방법으로 제조될 수 있다.
히드로포르밀화는 불활성 용매 또는 희석제를 첨가하거나 하지 않고 수행될 수 있다. 적합한 불활성 첨가제는, 예를 들면, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 시클로헥사논, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠, 메틸렌 클로라이드, 헥산, 석유 에테르, 아세토니트릴, 및 이합체 생성물의 히드로포르밀화로부터 얻은 고비등 분획이다.
생성되는 히드로포르밀화 생성물이 너무 높은 알데히드 함량을 가지면, 이는 예를 들면, 라니 니켈(Raney nickel) 존재 하에서 수소를 사용하거나 또는 수소화 반응에 알려진 다른 촉매, 특히 구리, 아연, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 지르코늄 또는 티타늄을 함유하는 촉매를 사용하여, 수소화시켜 간단한 방법으로 제거될 수 있다. 이 방법에서, 알데히드 분획은 대개는 수소화되어 알칸올을 제공한다. 반응 혼합물로부터 알데히드 함량을 사실상 잔사 없이 제거하는 것은 바람직하다면 예를 들면, 알칼리 금속 보로히드리드를 사용하는 특히 온화하고 경제적인 조건하에서, 후수소화시켜 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 올레핀 혼합물의 히드로포르밀화에 의해 제조 가능한, 분지화된 1급 알칸올 혼합물이 또한 본 발명에 의해 제공된다.
비이온 또는 음이온성 계면활성제는 상이한 방법으로 본 발명에 따른 알칸올로부터 제조될 수 있다.
비이온성 계면활성제는 하기 화학식 II의 알킬렌 옥사이드(알콕실화)로 알칸올을 반응시켜 얻는다:
Figure 112001015092754-pct00004
상기 식에서, R1은 수소 또는 화학식 CnH2n+1의 직쇄 또는 분지쇄 지방족 라디칼이고, n은 1 내지 16, 바람직하게는 1 내지 8의 수이다. 특히 R1은 수소, 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 알칸올은 단일 알킬렌 옥사이드 종 또는 2개 이상의 상이한 종과 반응될 수 있다. 알칸올의 알킬렌 옥사이드와의 반응은 OH기를 갖는 화합물을 형성하여 1몰의 알킬렌 옥사이드와 다시 반응할 수 있다. 그러므로, 알칸올 대 알킬렌 옥사이드의 몰비에 따라, 다양한 길이의 폴리에테르 쇄를 갖는 반응 생성물이 얻어진다. 폴리에테르 쇄는 1 내지 약 200개의 알킬렌 옥사이드 구조의 기를 함유할 수 있다. 폴리에테르 쇄가 1 내지 10개의 알킬렌 옥사이드 구조의 기를 함유하는 화합물이 바람직하다.
쇄는 동일한 쇄 수로 구성되거나, 또는 라디칼 R1이 서로 다른 상이한 알킬렌 옥사이드 구조의 기를 가질 수 있다. 이들 다양한 구조의 기는 쇄 내에 무작위 분포로 또는 블록 형태로 존재할 수 있다.
하기 반응식은 예로서, 다양한 몰량의 x 및 y로 사용되는 2개의 상이한 알킬렌 옥사이드와의 반응을 사용하는 본 발명에 따른 알칸올의 알콕실화를 도시하기 위해 제공한다.
Figure 112001015092754-pct00005
R1 및 R1a는 R1에 제공된 정의 범위 내에 있는 상이한 라디칼이고, R2 -OH는 본 발명에 따른 분지화된 알칸올이다. 알콕실화는 바람직하게는 강 염기에 의해 촉매되고, 알칼리 금속 히드록시드 또는 알칼리성 토금속 히드록시드의 형태로, 통상적으로 알칸올 R2-OH의 양을 기준으로, 0.1 내지 1 중량%의 양으로 편리하게는 첨가된다(G. Gee et al., J. Chem. Soc. (1961), 페이지 1345; B. Wojtech, Makromol. Chem. 66, (1966), 페이지 180).
첨가 반응의 산성 촉매작용이 또한 가능하다. 브렌스테드산과 마찬가지로, 예를 들면, AlCl3 또는 BF3와 같은, 루이스산이 또한 적합하다(P. H. Plesch, The Chemistry of Cationic Polymerization, Pergamon Press, New York (1963)).
첨가 반응은 밀봉된 용기에서, 약 120 내지 약 220oC, 바람직하게는 140 내지 160oC의 온도에서 수행된다. 알킬렌 옥사이드 또는 상이한 알킬렌 옥사이드 혼합물이, 선택된 반응 온도에서 존재하는 알킬렌 옥사이드 혼합물의 증기압에서, 본 발명에 따른 알칸올 혼합물 및 알칼리의 혼합물에 첨가된다. 바람직하다면, 알킬렌 옥사이드는 불활성 기체를 사용하여 약 30 내지 60% 이하까지 희석될 수 있다. 이는 알칼리성 옥사이드의 폭발과 같은 다첨가에 대해 추가의 안전성을 갖는다.
알킬렌 옥사이드 혼합물이 사용되면, 폴리에테르 쇄는 다양한 알킬렌 옥사이드 빌딩 블록이 사실상 무작위적으로 분포되도록 형성된다. 폴리에테르 쇄를 따른 빌딩 블록의 분포 변화는 성분의 반응속도를 변화시킴으로써 일어나고 또한 프로그램이 조절된 조성물의 알킬렌 옥사이드 혼합물의 연속적 첨가에 의해 임의로 이루어질 수 있다. 다양한 알킬렌 옥사이드가 성공적으로 반응되면, 알킬렌 옥사이드 빌딩 블록의, 블록류 분포를 갖는 폴리에테르 쇄가 얻어진다.
폴리에테르 쇄의 길이는 실질적으로 첨가되는 양으로부터 초래되는 화학량론적 값인 평균근처에서 무작위적 방법으로 반응 생성물 내에서 변한다.
본 발명에 따른 알칸올 혼합물 및 올레핀 혼합물로부터 제조 가능한 알콕실레이트가 또한 본 발명에 의해 제공된다. 이들은 매우 좋은 표면 활성을 나타내고 그러므로 출원의 많은 분야에서 중성 계면활성제로서 사용된다.
본 발명에 따른 알칸올 혼합물로부터 출발하여, 표면 활성 글리코시드 및 폴리클리코시드(올리고글리코시드)를 제조하는 것이 또한 가능하다. 이들 물질은 또한 매우 좋은 계면활성제 성질을 갖는다. 이들은 물을 배제하고 산 촉매작용으로 모노-, 디- 또는 폴리사카라이드와 단일 또는 다수 반응(글리코실화, 폴리글리코실화)시켜 얻어진다. 적합한 산은, 예를 들면, 염산 또는 황산이다. 통상적으로, 이 방법은 무작위 쇄 길이 분포를 갖는 올리고글리코시드를 생성하고, 소중합체화 의 평균 정도는 1 내지 3개의 사카라이드 라디칼이다.
또다른 통상적인 합성에서, 사카라이드는 우선 저분자량 알칸올, 예를 들면,부탄올과 산 촉매작용으로 촉진되어 부탄올 글리코시드를 제공한다. 이 반응은 또한 사카라이드의 수성 용액으로 수행될 수 있다. 저급 알칸올 글리코시드, 예를 들면, 부탄올 글리코시드는 이후 본 발명에 따른 알칸올 혼합물과 반응하여 본 발명에 따른 바람직한 글리코시드를 제공한다. 산성 촉매가 중화된 후에, 과량의 장쇄 및 단쇄 알칸올은 평형 혼합물로부터, 예를 들면 갑압 하 증류에 의해 제거될 수 있다.
또다른 통상적인 방법은 사카라이드의 O-아세틸 혼합물을 통해 진행한다. 후자는 빙초산 중에 바람직하게는 용해되어 있는 수소 할라이드를 사용하여 상응하는 O-아세틸할로사카라이드로 변환되고, 산 결합제 존재하에서 알칸올과 반응하여 아세틸화된 글리코시드를 제공한다.
본 발명에 따른 알칸올 혼합물의 글리코실화는 모노사카라이드, 글루코스, 프럭토스, 갈락토스, 만노스와 같은 헥소스 또는 아라비노스, 자일로스 또는 리보스와 같은 펜토스에 바람직하다. 본 발명에 따른 알칸올 혼합물의 글리코실화는 글루코스에 특히 바람직하다. 물론 글리코실화를 위해 상기 사카라이드의 혼합물을 사용하는 것이 또한 가능하다. 무작위적으로 분포된 당 라디칼을 갖는 글리코시드가 반응 조건에 따라 얻어진다. 글리코실화는 또한 수회 일어나 알칸올의 히드록실기에 첨가되는 폴리글리코시드 쇄를 유도할 수 있다. 상이한 사카라이드를 사용하는 폴리글리코실화에서, 사카라이드 빌딩 블록은 쇄 내에 무작위적으로 분포 될 수 있거나 또는 동일한 구조의 기의 블록을 형성할 수 있다.
선택된 반응 온도에 따라, 퓨라노즈 또는 피라노즈 구조가 얻어질 수 있다. 용해도 비율을 개선시키기 위해, 이 반응은 또한 적합한 용매 또는 희석제에서 수행될 수 있다.
통상적인 방법 및 적합한 반응 조건은 여러 문헌, 예를 들면, 문헌 ["Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry," 제5판, vol. A25 (1994), 페이지 792-793] 및 그의 인용 문헌 [K. Igarashi, Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 34, (1977), 페이지 243-283; Wulff 및 Roehle, Angew. Chem. 86, (1974), 페이지 173-187], 또는 문헌 [Krauch and Kunz, Reaktionen der organischen Chemie, Reactions in Organic Chemistry, 페이지 405-408, Huethig, Heidelberg, (1976)]에 기술되었다.
본 발명에 따른 알칸올 혼합물 및 올레핀 혼합물로부터 출발하여 제조 가능한 글리코시드 및 폴리글리코시드(올리고글리코시드)가 또한 본 발명에 의해 제공된다.
본 발명에 따른 알칸올 혼합물 및 그로부터 제조된 폴리에테르 모두 황산 또는 황산 유도체로 공지 방법 자체로 그를 에스테르화(황산화)시켜 음이온성 계면활성제로 변환되어 산성 알킬 설페이트 또는 알킬 에테르 설페이트를 제공하거나, 또는 인산 또는 그의 유도체로 산성 알킬 포스페이트 또는 알킬 에테르 포스페이트를 제공할 수 있다.
알콜의 황산화 반응은 예를 들면, US-A-3 462 525, 3 420 875 또는 3 524 864에 이미 기술되었다. 이 반응 수행에 대한 세부 사항은 문헌 ["Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry," 제5판, vol. A25 (1994), 페이지 779-783] 및 그의 인용 문헌에서 찾을 수 있다.
황산 자체가 에스테르화를 위해 사용되면, 75 내지 100% 중량 강도, 바람직하게는 85 내지 98% 중량 강도의 산이 사용된다(소위 "농황산" 또는 "일수화물"). 에스테르화는 반응 조절, 예를 들면, 열 방출에 바람직할 때 용매 또는 희석제에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 알콜성 반응물질은 초기에 첨가되고, 황산화제는 연속적으로 혼합하면서 점차적으로 혼합된다. 알콜 성분의 완전 에스테르화가 바람직할 때, 황산화제 및 알칸올은 1:1 내지 1:1.5, 바람직하게는 1:1 내지 1:1.2의 몰비로 사용된다. 더 적은 양의 황산화제는 본 발명에 따른 알칸올 알콕실레이트 혼합물이 사용되고 중성 및 음이온성 계면활성제 조합을 제조하려 한다면 유익할 수 있다. 에스테르화는 통상적으로 실온 내지 85oC, 바람직하게는 45 내지 75oC의 온도에서 수행된다.
몇몇 경우에는, 물과 혼화하지 않는 저비등 용매 및 희석제 중에서 그의 비등점에서 에스테르화를 수행하는 것이 유익할 수 있고, 물은 에스테르화하는 동안 공비적으로 증류된다.
상기 제공된 농도의 황산 대신에, 본 발명에 따른 알칸올 혼합물의 황산화를 위해, 예를 들면, 황 삼산화물, 황 삼산화물 복합체, 황산 중 황 삼산화물 용액("올레움(oleum)"), 클로로설폰산, 설푸릴 클로라이드 또는 아미도황산을 사용하는 것이 또한 가능하다. 반응 조건은 이후 적합하게 조절된다.
황 삼산화물이 황산화제로 사용되고, 또한 지속적으로 원한다면, 반응은 또한 역류하는 강하막 반응기에서 편리하게 수행될 수 있다.
에스테르화에 이어, 혼합물은 알칼리를 첨가함으로써 중화되고, 과량의 알칼리 설페이트 및 존재하는 용매를 제거한 후 임의로, 워크업(work up)된다.
본 발명에 따른 알칸올 및 알칸올 에테르의 황산화에 의해 얻어진 산성 알칸올 설페이트 및 알칸올 에테르 설페이트 및 그의 염 및 그들의 혼합물이 또한 본 발명에 의해 제공된다.
유사한 방법으로, 본 발명에 따른 알칸올 및 알칸올 에테르 및 그들의 혼합물은 또한 반응되어(인산화되어) 산성 인산 에스테르를 제공한다. 적합한 인산화제는 주로 인산, 폴리인산 및 포스포러스 펜톡사이드이나, 남아있는 산 클로라이드관능기들이 순차적으로 가수분해될 때는 또한 POCl3이다. 알콜의 인산화는 예를 들면, 문헌 [Synthesis 1985, 페이지 449-488]에 기술되었다.
본 발명에 따른 알칸올 및 알칸올 에테르의 인산화에 의해 얻어진 산성 알칸올 포스페이트 및 알칸올 에테르 포스페이트 및 그들의 혼합물이 또한 본 발명에 의해 제공된다.
결국, 계면활성제로서 본 발명에 따른 올레핀 혼합물로부터 제조 가능한 알칸올 에테르 혼합물, 알칸올 글리코시드 및 알칸올 혼합물의 산성 설페이트 및 포스페이트 및 알칸올 에테르 혼합물의 산성 설페이트 및 포스페이트의 용도가 또한 본 발명에 의해 제공된다.
하기 실시예는 본 발명에 따른 제제 및 계면활성제의 용도를 설명한다.
실시예 1
치환반응에 의해 C 4 -올레핀 기류로부터 C 5 /C 6 -올레핀의 제조
84.2 중량%의 총 부텐 함량을 갖고 1-부텐:2-부텐의 몰비가 1.06인 부타디엔 없는 C4-분획("라피네이트 II")을 40oC, 10 바아에서 Re2O7/Al2O3 불균일 촉매가 첨가된 관형 반응기를 통과시킨다. 공간 속도는 4500 kg/(m2*h)로 조정한다. 반응기 유량은 증류에 의해 분리되고 하기 성분을 함유한다(중량%):
에텐: 1.15%, 프로펜: 18.9%, 부탄: 15.8%, 2-부텐: 19.7%, 1-부텐: 13.3%, i-부텐: 1.00%, 2-펜텐: 19.4%, 메틸부텐: 0.45%, 3-헥센: 10.3%.
실시예 2A 및 2B: 3-헥센의 불균일 촉매 이합체화
2A. 고정상 방법
16 mm 직경을 갖는 등온 가열 가능한 반응기를 질소 중 160oC에서 24시간 동안 조절하고, 1 내지 1.5 mm 칩으로 사용한, 하기 조성을 갖는 촉매 100 ml로 채웠다: 50 중량%의 NiO, 34 중량%의 SiO2, 13 중량%의 TiO2, 3 중량%의 Al2O3(DE-A-43 39 713에서와 같음).
실험을 5회 수행하였고, 3-헥센(99.9% 중량 강도, 0.1 중량%의 C7 내지 C11 분획)은 반응기 용량을 기준으로, 0.25 kg/1*h의 속도로(WHSV) 고정 촉매상을 통과하고, 24 내지 28 g/h의 속도로 시스템으로부터 나왔다. 각 실험간에 다른 파라미터는 반응 온도 또는 실험 작동 기간이다.
표 1은 5회 실험의 실험 조건 및 얻어진 결과를 보여준다.
공정 조건 및 고정상 방법에서의 결과
반응 조건
온도 [oC] 100 120 140 160 160 C12 증류물
압력 [바아] 20 20 20 25 25
작동 시간 12 19 36 60 107
생성된 액체 [g/h] 24 27 27 28 27
조성 (중량%)
C6 68.5 52.7 43.6 57.0 73.2 0.1
C7-C11 0.2 0.2 0.3 0.2 0.2 -
C12 25.9 38.6 44.0 35.6 23.6 99.9
>C12 5.4 8.5 12.1 7.2 3.0 -
변환 31.4 47.2 56.4 42.9 26.7 -
C12 선택성 [중량%] 82.5 81.5 78.2 83.0 88.4 -
생성된 액체 중 S 함량 [ppm] - - - - - -
제조된 생성물을 분별 증류하고, C12 분획의 골격 이성질체의 결정을 수행하였다. 분석 결과는 14.2 중량%의 n-도데센, 31.8 중량%의 5-메틸운데센, 29.1 중량%의 4-에틸데센, 6.6 중량%의 5,6-디메틸데센, 9.3 중량%의 4-메틸-5-에틸노넨 및 3.7 중량%의 디에틸옥텐을 나타내었다.
B. 현탁 방법(유동상 방법)
20 mm 직경 및 157 ml 용량을 갖는 등온 가열 가능한 반응기를, 질소 중 160oC에서 24시간 동안 조절하고, 0.05 내지 0.5 mm 스프레이 물질로 사용한, 하기 조성을 갖는 촉매 30g으로 채웠다: 50 중량%의 NiO, 34 중량%의 SiO2, 13 중량%의 TiO2, 3 중량%의 Al2O3(DE-A-43 39 713에서와 같음).
실험을 6회 수행하였고, 3-헥센(99.9% 중량 강도, 0.1 중량%의 C7 내지 C11 분획)을 반응기 용량을 기준으로, 0.25 kg/1*h의 속도로 유동상 촉매를 통과시켰다. 반응기를 떠난 반응 생성물은 대개는 재순환시켰다(재순환: 약 45 및 60 사이에 다른 공급량). 각 실험간에 다른 파라미터는 또한 반응 온도, 공급량, 순환 기류, 재순환율 및 실험의 WHSV이다. 실험 기간은 8시간이었다.
표 2A 및 2B는 6회 실험의 실험 조건 및 얻어진 결과를 보여준다.
표 2는 현탁 방법의 실험 조건 및 결과이다.
실험 조건
실험 번호 온도 [oC] 압력 [바아] 공급 [g/h] 순환 [g/h] 재순환율 [X:1] WHSV 작동 시간 [h]
1 130 11.0 20 1200 60.0 0.127 8
2 130 11.0 23 1200 52.2 0.146 8
3 130 12.0 21 1100 52.4 0.134 8
4 130 12.2 24 1100 45.8 0.153 8
5 140 13.4 23 1180 51.3 0.146 8
6 150 14.1 22 1200 54.5 0.140 8
반응 생성물의 조성
실험 번호 %C6 %>C6 %C12 %C18 %C24 % 변환 % C12선택성
1 83.9 0.5 14.3 1.1 0.2 16.1 88.82
2 80.5 0.5 16.9 1.8 0.3 19.5 86.67
3 80.3 0.4 17.0 1.9 0.3 19.7 86.29
4 81.6 0.5 15.5 2.0 0.3 18.4 84.24
5 75.9 0.5 20.4 2.6 0.5 24.1 84.65
6 71.1 0.6 24.0 3.5 0.7 28.9 83.04
제조된 생성물을 분별 증류하고, C12 분획의 골격 이성질체의 결정을 수행하였다. 분석 결과는 14 중량%의 n-도데센, 32 중량%의 5-메틸운데센, 29 중량%의 4-에틸데센, 7 중량%의 5,6-디메틸데센, 9 중량%의 4-메틸-5-에틸노넨 및 4 중량%의 디에틸옥텐을 나타내었다.
실시예 3, 본 발명에 따른 도데센 혼합물의 히드로포르밀화
실시예 2B에서 제조된 도데센 혼합물 750 g을 185oC 및 CO/H2(용량비 = 1:1.5) 280 바아에서 리프터(lifter) 교반기가 부착된 2.5 l 오토클레이브에 물 75 g을 첨가하여 5시간 동안 Co2(CO)8 3.0 g으로 히드로포르밀화한다. 코발트를 90o C에서 공기를 도입하고 10% 중량 강도의 아세트산을 사용하여 반응 생성물로부터 산화적으로 제거한다. 옥소 생성물을 125oC 및 280 바아의 수소 압력에서 라니 니켈을 함유하는 리프터 교반기가 부착된 2.5 l 오토클레이브에 10 중량%의 물을 첨가하여 10시간 동안 수소화시킨다. 반응 생성물을 분별 증류한다. 이 방법으로 제조된 트리데칸올 분획 450 g을 NaBH4 3.5 g으로 후수소화시킨다. 생성된 트리데칸올의 OH 수는 KOH/g의 277 mg이다. 1H-NMR 스펙트로스코피를 사용하여, 2.3 메틸기/분자 의 평균 분지도를 결정하였고, 1.3의 분지도에 상응하였다.
실시예 3A, 본 발명에 따른 도데센 혼합물의 히드로포르밀화
실시예 2A에서 제조된 도데센 혼합물 2.12 kg을 185oC 및 CO/H2(용량비 = 1:1) 280 바아에서 5 l 회전 교반기 오토클레이브에 물 210 g을 첨가하여 5시간 동안 Co2(CO)8 8 g으로 히드로포르밀화한다. 코발트를 90oC에서 공기를 도입하고 10% 중량 강도의 아세트산을 사용하여 반응 생성물로부터 산화적으로 제거한다. 생성된 옥소 생성물을 175oC 및 280 바아의 수소 압력에서 10 중량%의 물을 첨가하여 Co/Mo 고정상 촉매의 트리클 형태의 5 l 관형 반응기에서 수소화시킨다. 알콜 혼합물을 증류에 의해 워크업한다. 생성된 트리데칸올은 KOH/g의 279 mg의 OH 수를 갖는다; 1H-NMR 스펙트로스코피를 사용하여, 측정된 평균 분지도는 1.53이다.
실시예 3B, 본 발명에 따른 도데센 혼합물의 히드로포르밀화
로듐 비스카르보닐아세틸아세토네이트 50 mg, 전체 질소원자의 60%가 라우르산으로 아실화된, 분자량 Mw = 460,000의 폴리에틸렌이민 4.5 g, 실시예 2A에서 제조된 도데센 혼합물 800 g 및 톨루엔 196 g을 CO/H2(용량비 = 1:1) 280 바아의 압력에서 리프터 교반기가 부착된 2.5 l 오토클레이브에서 7시간 동안 150oC로 가열한다. 오토클레이브를 이후 냉각시키고, 압착을 풀고 비운다. 기체 크로마토그래피에 의해 생성된 반응 생성물의 분석은 93%의 올레핀 변환율을 나타낸다. 생성되는 옥소 생성물을 175oC 및 280 바아의 수소 압력에서 10 중량%의 물을 첨가하여 Co/Mo 고정상 촉매의 트리클 형태의 2.5 l 관형 반응기에서 수소화시키고, 생성된 알콜 혼합물을 증류에 의해 워크업한다. 생성된 트리데칸올은 KOH/g의 279 mg의 OH 수를 갖는다; 1H-NMR 스펙트로스코피를 사용하여, 측정된 평균 분지도는 1.63이다.
실시예 3C, 본 발명에 따른 도데센 혼합물의 히드로포르밀화
로듐 비스카르보닐아세틸아세토네이트 50 mg, 전체 질소원자의 60%가 라우르산으로 아실화된, 분자량 Mw = 460,000의 폴리에틸렌이민 4.5 g, 실시예 2A에서 제조된 도데센 혼합물 800 g 및 톨루엔 196 g을 CO/H2(용량비 = 1:1) 280 바아의 압력에서 리프터 교반기가 부착된 2.5 l 오토클레이브에서 7시간 동안 160oC로 가열한다. 오토클레이브를 이후 냉각시키고, 압착을 풀고 비운다. 기체 크로마토그래피에 의해 생성된 반응 생성물의 분석은 94%의 올레핀 변환율을 나타낸다. 생성되는 옥소 생성물을 175oC 및 280 바아의 수소 압력에서 10 중량%의 물을 첨가하여 Co/Mo 고정상 촉매의 트리클 형태의 2.5 l 관형 반응기에서 수소화시키고, 생성된 알콜 혼합물을 증류에 의해 워크업한다. 생성된 트리데칸올은 KOH/g의 279 mg의 OH 수를 갖는다; 1H-NMR 스펙트로스코피를 사용하여, 측정된 평균 분지도는 1.69이다.
실시예 4A 및 4B, 지방 알콜 에톡실레이트의 제조
A. 7몰의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 지방 알콜 에톡실레이트
실시예 3에서 제조된 알칸올 혼합물 400 g을 건조한 2 l 오토클레이브에 NaOH 1.5 g과 함께 첨가한다. 오토클레이브 내용물을 150oC로 가열하고, 에틸렌 옥사이드 616 g을 오토클레이브에 가하고, 에틸렌 옥사이드를 모두 투입한 후 오토클레이브를 150oC에서 30분 동안 유지한다. 냉각한 후, 촉매를 황산을 첨가하여 중화한다.
생성된 에톡실레이트는 중성 계면활성제이다. 이것은 DIN 53917에 의해 측정하여 72oC의 클라우드 포인트, 10% 중량 강도의 수성 부틸디글리콜 용액 중 1% 중량 강도를 가진다. 물에서 물질 1 g/l 용액의 표면 장력은 DIN 53914에 의해 측정하여 27.3 mN/m이다.
B. 3몰의 에틸렌 옥사이드를 함유하는 지방 알콜 에톡실레이트
실시예 3B에서 제조된 알칸올 혼합물 600 g을 건조한 2 l 오토클레이브에 NaOH 1.5 g과 함께 첨가한다. 오토클레이브 내용물을 150oC로 가열하고, 에틸렌 옥사이드 396 g을 가압하에서 오토클레이브에 가하고, 에틸렌 옥사이드를 모두 투입한 후 오토클레이브를 150oC에서 30분 동안 유지한다. 냉각한 후, 촉매를 황산을 첨가하여 중화한다.
생성된 에톡실레이트는 중성 계면활성제이다. 이것은 DIN 53917에 의해 측정하여 43.5oC의 클라우드 포인트, 10% 중량 강도의 수성 부틸디글리콜 용액 중 1% 중량 강도를 가진다. 물에서 물질 1 g/l 용액의 표면 장력은 DIN 53914에 의해 측정하여 26.1 mN/m이다.
실시예 5A 및 5B, 알킬 및 알킬 에테르 포스페이트의 제조
A. 알킬 포스페이트
실시예 3B에서 제조된 알콜 혼합물 300 g을 질소하 교반 용기 내에서 60oC로 가열하고, 여기에 폴리인산 125 g을 천천히 첨가한다. 첨가하는 동안, 온도는 65oC를 초과하지 않아야 한다. 첨가 말미에, 혼합물을 70oC로 가열하고 이 온도에서 1시간 동안 더 교반한다.
생성물은 음이온성 계면활성제이다. 물질의 수성 용액은 1 g/l의 농도에서, DIN 53914에 의해 측정하여 29.8 mN/m의 표면 장력을 갖는다.
B. 알킬 에테르 포스페이트
실시예 4B에서 제조된 알콜 에톡실레이트 혼합물 560 g을 질소하 교반 용기 내에서 60oC로 가열하고, 여기에 폴리인산 92 g을 천천히 첨가한다. 첨가하는 동안, 온도는 65oC를 초과하지 않아야 한다. 첨가 말미에, 혼합물을 70oC로 가열하고 이 온도에서 1시간 동안 더 교반한다.
생성물은 음이온성 계면활성제이다. 물질의 수성 용액은 1 g/l의 농도에서, DIN 53914에 의해 측정하여 37.7 mN/m의 표면 장력을 갖는다.

Claims (20)

  1. a) C4-올레핀 혼합물을 치환반응(metathesis)시키는 단계,
    b) 5 내지 8개의 탄소원자를 갖는 올레핀을 치환반응 혼합물로부터 분리해내는 단계,
    c) 상기 분리해낸 올레핀을 개별적으로 또는 혼합물로서 이합체화시켜 10 내지 16개의 탄소원자를 갖는 올레핀 혼합물을 얻는 단계,
    d) 생성된 올레핀 혼합물을, 임의로 분획화한 후에, 유도체화하여 계면활성제 혼합물을 얻는 단계, 및
    e) 상기 계면활성 알콜을 임의로 알콕실화시키는 단계
    를 포함하는, 10 내지 20개의 탄소원자를 갖는 올레핀 또는 이러한 올레핀의 혼합물을 유도체화시키고 임의로 이어서 알콕실화시켜 계면활성 알콜 및 계면활성 알콜 에테르를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 이하의 특징 A 내지 D 중 하나 이상을 포함하는 방법:
    A) 상기 단계 a)의 치환반응이 몰리브덴, 텅스텐 또는 레늄을 함유하는 촉매 존재 하에서 수행되는 것,
    B) 상기 단계 b)에서, 5 및 6개의 탄소원자를 갖는 올레핀을 분리해내는 것,
    C) 상기 단계 c)의 이합체화가 불균일 촉매로 수행되는 것,
    D) 유도체화(단계 d)가 히드로포밀화에 의해 수행되는 것.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원소 주기율표의 VIII 아족으로부터의 1개 이상의 원소를 함유하는 이합체화 촉매가 사용되고, 상기 촉매 조성 및 반응 조건이 하기 화학식 I(비닐리덴기)의 구조 요소를 갖는 화합물 10 중량% 미만을 포함하는 이합체 혼합물이 얻어지도록 선택되는 것인 방법.
    <화학식 I>
    Figure 112004060227140-pct00007
    상기 식에서, A1 및 A2는 지방족 탄화수소 라디칼이다.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이하의 특징 E 및 F 중 하나 이상을 포함하는 방법:
    E) 상기 단계 c)에서, 5 및 6개의 탄소원자를 갖는 올레핀이 개별적으로 또는 혼합물로 이합체화되는 것,
    F) 상기 단계 c)에서, 3-헥센이 이합체화되는 것.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 10 내지 16개의 탄소원자를 갖고, 비분지화된 올레핀의 비율이 25 중량% 미만이고, 하기 화학식 I (비닐리덴기)의 구조 요소를 갖는 성분의 비율이 10 중량% 미만인, 제1항의 방법의 단계 a), b) 및 c)에 의해 제조 가능한 신규한 올레핀 혼합물.
    <화학식 I>
    Figure 112006055107064-pct00008
    상기 식에서, A1 및 A2는 지방족 탄화수소 기이다.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 이하의 특징 G 내지 I 중 하나 이상을 포함하는 올레핀 혼합물:
    G) 상기 이합체 혼합물의 성분 80% 이상이 주쇄, 하나의 분지쇄 또는 인접한 탄소원자의 2개의 분지쇄 길이의 1/4 내지 3/4의 범위 내에 있는 것,
    H) 주쇄의 분지 부위에, (y-4) 및 (y-5) 탄소원자를 갖는 기가 주로 결합되어 있고, 여기서 y는 이합체화를 위해 사용되는 단량체에서 탄소원자수인 것,
    I) 지방족 수소원자 대 올레핀 수소원자의 비율이 H지방족 : H올레핀 = (2*n-0.5) : 0.5 내지 (2*n-1.9) : 1.9의 범위 내에 있는 것 (여기서 n은 이합체화에서 얻어진 올레핀에서의 탄소원자수).
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 11 내지 17개의 탄소원자를 갖고, 25 중량% 이하의 비분지화된 알콜 비율을 포함하는, 제1항의 제조 단계 a), b), c), d) 및 임의로 e)에 의해 제조 가능한 계면활성 알콜 또는 그의 알콕실화 생성물.
  16. 삭제
  17. 삭제
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  19. 삭제
  20. 삭제
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