KR20130099931A - 니켈 인 리간드 복합체의 제조 - Google Patents

니켈 인 리간드 복합체의 제조 Download PDF

Info

Publication number
KR20130099931A
KR20130099931A KR1020137005761A KR20137005761A KR20130099931A KR 20130099931 A KR20130099931 A KR 20130099931A KR 1020137005761 A KR1020137005761 A KR 1020137005761A KR 20137005761 A KR20137005761 A KR 20137005761A KR 20130099931 A KR20130099931 A KR 20130099931A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nickel
phosphorus
group
formula
ligand
Prior art date
Application number
KR1020137005761A
Other languages
English (en)
Inventor
존 제이 오스터마이어
Original Assignee
인비스타 테크놀러지스 에스.에이.알.엘.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인비스타 테크놀러지스 에스.에이.알.엘. filed Critical 인비스타 테크놀러지스 에스.에이.알.엘.
Priority claimed from PCT/US2011/040193 external-priority patent/WO2012033556A1/en
Publication of KR20130099931A publication Critical patent/KR20130099931A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table
    • C07F15/04—Nickel compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/18—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
    • B01J31/1845—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing phosphorus
    • B01J31/185—Phosphites ((RO)3P), their isomeric phosphonates (R(RO)2P=O) and RO-substitution derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/06—Carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00—Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/08—Preparation of carboxylic acid nitriles by addition of hydrogen cyanide or salts thereof to unsaturated compounds
    • C07C253/10—Preparation of carboxylic acid nitriles by addition of hydrogen cyanide or salts thereof to unsaturated compounds to compounds containing carbon-to-carbon double bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
    • C07C255/01—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/02—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and saturated carbon skeleton
    • C07C255/04—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and saturated carbon skeleton containing two cyano groups bound to the carbon skeleton
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
    • C07C255/01—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/06—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and unsaturated carbon skeleton
    • C07C255/07—Mononitriles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00—Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/30—Addition reactions at carbon centres, i.e. to either C-C or C-X multiple bonds
    • B01J2231/32—Addition reactions to C=C or C-C triple bonds
    • B01J2231/322—Hydrocyanation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80—Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/84—Metals of the iron group
    • B01J2531/847—Nickel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 니켈 금속의 적어도 일부를 적어도 1종의 인-함유 리간드와 반응시킴으로써, 니켈 및 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 니켈 금속은 니켈(II)을 포함하는 니켈 조성물로부터 제조된다.

Description

니켈 인 리간드 복합체의 제조{PREPARING A NICKEL PHOSPHORUS LIGAND COMPLEX}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2009년 12월 18일에 출원된 미국 가출원 제61/287,757호; 2010년 9월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/380,445호; 및 2010년 12월 15일에 출원된 PCT/US2010/060381을 우선권 주장하며, 그 각각은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 니켈 금속을 적어도 1종의 인-함유 리간드와 반응시킴으로써, 니켈 및 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 제조하는 것을 포함한다.
히드로시안화 촉매 계, 특히 에틸렌계 불포화 화합물의 히드로시안화에 관한 것이 당 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 부타디엔을 히드로시안화하여 펜텐니트릴(PN)을 형성하고, 펜텐니트릴의 이어지는 히드로시안화에 의해 아디포니트릴(ADN)을 형성하는 데 유용한 계가 상업적으로 중요한 나일론 합성 분야에 공지되어 있다.
한 자리 포스파이트 리간드를 갖는 전이 금속 복합체를 사용하여 에틸렌계 불포화 화합물을 히드로시안화하는 것은 선행 기술에 기재되어 있다. 예를 들어 미국 특허 제3,496,215호; 3,631,191호; 3,655,723호; 및 3,766,237호 및 문헌[Tolman et al., Advances in Catalysis, 1985, 33, 1]을 참조. 활성화된 에틸렌계 불포화 화합물의, 예컨대 공액 에틸렌계 불포화 화합물(예, 1,3-부타디엔 및 스티렌), 및 변형된 에틸렌계 불포화 화합물(예, 노르보넨)과의 히드로시안화는 루이스산 촉진제를 사용하지 않고 진행되는 한편, 활성화되지 않은 에틸렌계 불포화 화합물, 예컨대 1-옥텐 및 3-펜텐니트릴(3PN)의 히드로시안화는 루이스산 촉진제의 사용을 필요로 한다. 최근, 루이스산 촉진제의 존재 하에 0-가의 니켈 및 두 자리 포스파이트 리간드를 사용하는 모노에틸렌계 불포화 화합물의 히드로시안화를 위한 촉매 조성물 및 방법이 예를 들어 미국 특허 제5,512,696호; 5,723,641호; 및 6,171,996호에 기재되어 있다.
미국 특허 제3,903,120호는 Ni(MZ3)4 및 Ni(MZ3)2A (식 중, M은 P, As 또는 Sb이고; Z는 R 또는 OR이며 (여기에서 R은 18개 이하의 탄소 원자를 가지며 동일 또는 상이할 수 있는 알킬 또는 아릴 라디칼임), 적어도 하나의 Z는 OR이고; A는 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 모노올레핀계 화합물이며; Ni(MZ3)2A의 주어진 MZ3의 R 라디칼은 바람직하게는 리간드가 적어도 130°의 원뿔각을 갖도록 선택됨) 유형의 0가 니켈 복합체의 제조를 기재하고 있으며; 이들은 원소 니켈을 한 자리 MZ3 리간드와, 0℃ 내지 150℃ 범위의 온도에서, 촉매로 한 자리 MZ3 리간드의 할로겐-함유 유도체의 존재 하에 반응시킴으로써 제조된다. 유기니트릴 용매 중에서 제조를 수행함으로써 더 빠른 반응이 실현된다.
미국 특허 제4,416,825호는 또한, 한 자리 리간드의 양에 대하여 반응 온도를 조절하고, 반응을 염소 이온 및 아디포니트릴과 같은 유기 니트릴의 존재 하에 수행함으로써, 한 자리 유기인 화합물(리간드)을 갖는 0가의 니켈 복합체를 포함하는 히드로시안화 촉매를 제조하는 개선된 연속적 방법을 기재하고 있다.
미국 특허 제6,171,996호는 두 자리 포스파이트 리간드를 포함하는 0-가 니켈 복합체는 예를 들어 미국 특허 제3,496,217호; 3,631,191호; 3,846,461호; 3,847,959호; 및 3,903,120호에 기재된 것과 같이 당 분야에 공지된 기술에 따라 제조되거나 생성될 수 있음을 기재하고 있다. 예를 들어, 2가의 니켈 화합물이 환원제와 조합되어 반응에서 0-가 니켈의 공급원으로 기능할 수 있다. 적합한 2가의 니켈 화합물은 화학식 NiY2(식 중, Y는 할라이드, 카르복실레이트 또는 아세틸아세토네이트임)의 화합물을 포함한다고 언급된다. 적합한 환원제는 금속 보로히드라이드, 금속 알루미늄 히드라이드, 금속 알킬, Zn, Fe, Al, Na 또는 H2를 포함한다고 언급된다. 미국 특허 제3,903,120호에 기재된 것과 같이, 원소상 니켈, 바람직하게는 니켈 분말은 또한, 할로겐화된 촉매와 조합될 때, 0-가 니켈의 적합한 공급원이다.
다양한 실시양태에서, 본 발명은
(a). 니켈 금속 및 적어도 1종의 인-함유 리간드를 제1 반응 영역에 공급하는 단계; 및
(b). 단계 (a)의 제1 반응 영역 내에서, 니켈 금속의 적어도 일부를 적어도 1종의 인-함유 리간드와 반응시켜, 니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계
를 포함하며;
단계 (a)에서 공급된 니켈 금속의 적어도 일부는
(i). 니켈(II)을 포함하는 니켈 조성물을 제공하는 단계; 및
(ii). 단계 (i)의 니켈 조성물의 적어도 일부를 환원시켜 니켈 금속을 형성하는 단계를 포함하는 추가 단계에 의해 제조되는,
니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시양태는 특정의 예기치 못한 장점을 갖는다. 예를 들어, 본 발명의 방법의 일부 실시양태에 의해 제조된 BNC 니켈은 인-함유 리간드와 복합체를 형성하기 위한 전환에 특히 적합한 Ni(0)로 전환될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법의 일부 실시양태에 의해 생성되는 Ni(0)는 유동성일 수 있고, 더 낮은 탄소 함량, 더 작은 입자 크기, 또는 더 넓은 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, BNC 니켈의 제조 방법, Ni(0)의 제조 방법, 또는 양자는 BNC 또는 Ni(0)를 상업적으로 입수하는 것보다 효율적일 수 있고, 상업적으로 입수가능한 것들보다, 예를 들어 신규의 성질을 포함하여 더 우수한 성질을 갖는 BNC 또는 Ni(0)를 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 니켈-리간드 복합체는 효율적으로 및 높은 수율로 합성될 수 있고, 매우 효과적인 히드로시안화 촉매일 수 있다. 일부 실시양태에서, 니켈-리간드 복합체는 ADN을 수득하기 위한 펜텐니트릴의 히드로시안화를 촉매하기에 특히 적합하다.
일부 실시양태에서, 적어도 1종의 인-함유 리간드는 두 자리 인-함유 리간드, 또는 한 자리 인-함유 리간드일 수 있다. 단계 (a)는 적어도 1종의 루이스산을 제1 반응 영역에 공급하는 것을 임의로 더 포함할 수 있다. 단계 (a)는 적어도 1종의 펜텐니트릴 용매를 제1 반응 영역에 공급하는 것을 임의로 더 포함할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 본 발명은
(a). 니켈 금속, 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드, 적어도 1종의 루이스산을 제1 반응 영역에 공급하는 단계; 및
(b). 단계 (a)의 제1 반응 영역 내에서, 니켈 금속의 적어도 일부를 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드와 반응시켜, 니켈과 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계
를 포함하며;
공급 단계 (a)에서 니켈 금속의 적어도 일부는
(i). 니켈(II), 및 카르보네이트, 비카르보네이트, 옥살레이트, C1 내지 C6 카르복실레이트, 히드록시드 및 옥시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 니켈 조성물을 제공하는 단계; 및
(ii). 단계 (i)에서 수득된 니켈 조성물의 적어도 일부를 환원시켜 니켈 금속을 형성하는 단계를 포함하는 추가 단계에 의해 제조되는,
니켈과 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체의 제1 제조 방법을 제공한다.
"두 자리"라는 용어는 당 분야에 공지되어 있으며, 리간드 분자가 2개의 인 원자를 함유하고, 리간드의 두 인 원자가 모두 하나의 니켈 원자에 결합되어 단계 (b)의 니켈 복합체를 형성할 수 있음을 의미한다.
단계 (a)의 제1 반응 영역에 공급되는 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드는 두 자리 포스파이트, 두 자리 포스포나이트, 두 자리 포스피나이트, 두 자리 포스핀, 및 혼합된 두 자리 리간드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드일 수 있으며; 혼합된 두 자리 리간드는 포스파이트-포스포나이트, 포스파이트-포스피나이트, 포스파이트-포스핀, 포스포나이트-포스피나이트, 포스포나이트-포스핀 및 포스피나이트-포스핀으로 이루어진 군에서 선택된다.
단계 (a)의 제1 반응 영역에 공급되는 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드는 하기 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 화학식 IIIc, 또는 이들 중 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다:
<화학식 IIIa>
Figure pct00001
<화학식 IIIb>
Figure pct00002
<화학식 IIIc>
Figure pct00003
화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서,
R1은 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 페닐; 또는 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 나프틸; 또는 5,6,7,8-테트라히드로-1-나프틸이고;
<화학식 A>
Figure pct00004
<화학식 B>
Figure pct00005
(화학식 A 및 B에서,
Y1은 독립적으로 H, C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되고, Y2는 독립적으로 C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되며, Y3는 독립적으로 O 또는 CH2의 군에서 선택되고; n = 1 내지 4임)
상기 화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서
O-Z-O 및 O-Z1-O는 독립적으로 하기 화학식 IV, V, VI, VII 및 VIII로 이루어진 군에서 선택된다:
<화학식 IV>
Figure pct00006
<화학식 V>
Figure pct00007
(화학식 IV 및 V에서,
R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9는 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시로 이루어진 군에서 선택되고; X는 O, S 또는 CH(R10)이며;
R10은 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
<화학식 VI>
Figure pct00008
<화학식 VII>
Figure pct00009
(화학식 VI 및 VII에서,
R20 및 R30은 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시, 및 CO2R13으로 이루어진 군에서 선택되고;
R13은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴이며;
W는 O, S 또는 CH(R14)이고;
R14는 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
<화학식 VIII>
Figure pct00010
(화학식 VIII에서,
R15는 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시 및 CO2R16으로 이루어진 군에서 선택되고;
R16은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴임).
제1 방법은 단계 (a)에서 펜텐니트릴을 공급하는 것을 더 포함할 수 있고, 여기에서 펜텐니트릴은 2-펜텐니트릴, 3-펜텐니트릴, 4-펜텐니트릴, 2-메틸-3-부텐니트릴, 2-메틸-2-부텐니트릴로 이루어진 군의 하나 이상의 화합물에서 선택된다. 하나의 실시양태에서, 용매는 약 10% 내지 약 100 중량%의 3-펜텐니트릴을 포함한다.
단계 (a)의 제1 반응 영역에, 제1 방법은 한 자리 포스파이트, 한 자리 포스포나이트, 한 자리 포스피나이트 및 한 자리 포스핀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드를 공급하는 것을 더 포함할 수 있다.
"한 자리"라는 용어는 당 분야에 공지되어 있고, 각 리간드 분자가 하나의 니켈 원자에 결합할 수 있는 하나의 인 원자를 함유하는 것을 의미하며, 단 니켈 원자는 하나 이상의 한 자리 리간드에 의해 복합체를 형성하여 단계 (b)의 니켈 복합체를 형성할 수 있다.
단계 (a)의 제1 반응 영역에 공급되는 적어도 1종의 루이스산은 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 붕소, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 카드뮴, 레늄, 란타눔, 유로퓸, 이터븀, 탄탈룸, 사마륨 및 주석을 포함하는 군에서 선택된 원소를 포함하는 무기 또는 유기금속 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 적어도 1종의 루이스산은 염화 아연, 염화 제일철, 또는 염화 아연과 염화 제일철의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
방법은 제1 몰비를 0.5 내지 2.5로 조절하는 것을 더 포함할 수 있으며, 여기에서 제1 몰비는 단계 (a)에서 공급된 적어도 1종의 루이스산의 총 몰수를 단계 (a)에서 공급된 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드의 총 몰수로 나눈 값으로 정의된다.
하나의 실시양태에서, 본 발명은
(a). 니켈 금속 및 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드를 제1 반응 영역에 공급하는 단계; 및
(여기에서 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드는 한 자리 포스파이트, 한 자리 포스포나이트, 한 자리 포스피나이트 및 한 자리 포스핀으로 이루어진 군에서 선택됨);
(b). 단계 (a)의 제1 반응 영역 내에서, 니켈 금속의 적어도 일부를 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드와 반응시켜, 니켈과 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계
를 포함하며;
공급 단계 (a)에서 니켈 금속의 적어도 일부는
(i). 니켈(II), 및 카르보네이트, 비카르보네이트, 옥살레이트, C1 내지 C6 카르복실레이트, 히드록시드 및 옥시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 니켈 조성물을 제공하는 단계; 및
(ii). 단계 (i)에서 제공된 니켈 조성물의 적어도 일부를 환원시켜 니켈 금속을 형성하는 단계를 포함하는 추가 단계에 의해 제조되는,
니켈과 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체의 제2 제조 방법을 제공한다.
C1 내지 C6 카르복실레이트의 예는 화학식 HC(=O)O, H3CC(=O)O, H5C2C(=O)O, H7C3C(=O)O, H9C4C(=O)O, 및 H11C5C(=O)O를 갖는 카르복실레이트를 포함한다.
단계 (ii)의 환원은 탄소질 물질, 수소, 또는 탄소질 물질과 수소의 조합을 포함하는 환원제를 사용하여 수행될 수 있다. 온도는 150℃ 내지 700℃의 범위 내일 수 있고, 0.01 기압 내지 100 기압 범위 내의 총 압력에서일 수 있다. 예를 들어, 제1 방법의 단계 (ii)의 환원은 환원제로 수소를 사용하여 200℃ 내지 600℃의 온도에서 0.01 내지 24시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계 (ii)의 환원은 니켈 조성물 중 니켈(II)의 몰량에 대하여 몰 과량의 수소를 사용하여, 0.8 내지 5 기압 범위 내의 총 압력에서, 250℃ 내지 350℃의 온도에서, 0.16 내지 12시간 동안 수행되어, 90%를 초과하는 니켈 조성물을 니켈 금속으로 환원시킬 수 있다.
탄소질 물질은 예를 들어 탄소를 포함하는 물질일 수 있으며, 여기에서 물질은 산화될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 탄소질 물질은 C1 내지 C9 탄화수소, 천연 가스, 일산화 탄소, 일산화 탄소 및 수소를 포함하는 합성 기체, 연료 오일, 석탄, 또는 그러한 것들의 임의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
제2 방법은 또한 단계 (a)에서 제1 반응 영역에, PX3, R17PX2, R18OPX2, [R19][R20]PX, [R21][R22O]PX 및 [R23O][R24O]PX(식 중, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23 및 R24는 독립적으로 C1 내지 C18 히드로카르빌 라디칼로 이루어진 군에서 선택되고, 각각의 X는 클로라이드, 브로마이드 및 요오다이드로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된 할라이드임)로 이루어진 군에서 선택된 인-할라이드 결합을 포함하는 적어도 1종의 할로겐화된 촉매를 공급하는 것을 더 포함할 수 있다.
적어도 1종의 할로겐화된 촉매가 단계 (a)에서 제1 반응 영역에 공급될 경우, 제2 방법은 제2 몰비를 5 내지 1000으로 조절하는 것을 더 포함하며, 제2 몰비는 단계 (a)에서 공급된 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드의 백만 총 몰당 단계 (a)에서 공급된 할로겐화된 촉매의 총 몰수로 정의된다.
제2 방법에서, 단계 (a)의 제1 반응 영역에 적어도 1종의 루이스산이 공급될 수 있으며, 여기에서 루이스산은 그 양이온이 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 붕소, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 카드뮴, 레늄, 란타눔, 유로퓸, 이터븀, 탄탈룸, 사마륨 및 주석을 포함하는 군에서 선택된 무기 또는 유기금속 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
방법은 단계 (a)에서, 유기니트릴, 예컨대, 2-펜텐니트릴, 3-펜텐니르릴, 4-펜텐니트릴, 2-메틸-3-부텐니트릴, 2-메틸-2-부텐니트릴, 아디포니트릴, 2-메틸글루타로니트릴 및 에틸숙시노니트릴로 이루어진 군의 하나 이상의 화합물로부터 선택된 펜텐니트릴을 공급하는 것을 더 포함할 수 있다.
단계 (i)에서 제공된 니켈 조성물은 염기성 탄산 니켈(II); 수산화 니켈(II); 산화 니켈(II); 염기성 탄산 니켈(II), 수산화 니켈(II) 및 산화 니켈(II)의 수화물 복합체; 및 염기성 탄산 니켈(II), 수산화 니켈(II) 및 산화 니켈(II)의 암모니아 복합체로 이루어진 군 중 적어도 1종의 니켈 조성물로부터 선택될 수 있다. 염기성 탄산 니켈(II)은, 예를 들어 염기성 탄산 니켈(II) 샘플의 원소 분석에 의해 측정할 때, 0.5보다 작거나 같은 탄소 대 니켈 몰비를 가질 수 있다. 예를 들어, 0.01 내지 0.5의 탄소 대 니켈 몰비, 예를 들어 0.2 내지 0.5의 탄소 대 니켈 몰비.
단계 (i)에서 제공된 염기성 탄산 니켈(II)은 (1) 니켈(II), 암모니아, 탄산 암모늄 및 물을 포함하는 수용액; (2) 니켈(II), 카르보네이트 음이온 및 물을 포함하는 수용액; 및 (3) 니켈(II), 비카르보네이트 음이온 및 물을 포함하는 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 수용액으로부터 염기성 탄산 니켈(II)을 침전시킴으로써 제조될 수 있다.
단계 (i)에서 제공된 염기성 탄산 니켈(II)는 니켈을 포함하는 광석으로부터 제조될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 제1 또는 제2 방법의 단계 (i)에서 제공된 염기성 탄산 니켈(II)은 니켈을 포함하는 광석으로부터 제조될 수 있고, 상기 염기성 탄산 니켈(II)은 알루미늄, 칼슘, 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 망간, 나트륨, 황 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 임의로 포함할 수 있다.
단계 (i)에서 제공된 니켈 조성물은 단계 (ii)의 환원 전에 150℃ 내지 700℃로 예열될 수 있다. 예를 들어, 단계 (i)에서 제공된 니켈 조성물은 200℃ 내지 600℃로 예열될 수 있다. 가열은 산소 및/또는, 예를 들어 질소와 같은 비활성 기체, 및 예를 들어 이산화 탄소 및 수증기와 같은 기타 기체의 존재 하에 수행될 수 있다. 가열은 추가 단계 (ii)의 환원 전에 0.01 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
추가 단계 (ii)의 환원으로부터 얻어진 니켈 금속의 표면적은 니켈 금속 1 그램당 약 0.5 내지 약 30 제곱 미터의 범위 내에 해당할 수 있다.
반응 단계 (b)를 위한 반응 혼합물 온도는 약 0℃ 내지 약 150℃로 조절될 수 있다. 하나의 예에서, 반응 혼합물 온도는 약 40℃ 내지 약 100℃로 조절될 수 있다.
단계 (b)의 반응 혼합물로부터의 니켈 복합체를 제2 반응 영역에서 루이스산 촉진제의 존재 하에 3-펜텐니트릴 및 시안화 수소와 접촉시켜 아디포니트릴을 제조할 수 있다.
제1 또는 제2 방법의 단계 (b)의 반응 혼합물로부터 얻어진 니켈 복합체를 또한 제3 반응 영역에서 1,3-부타디엔 및 시안화 수소와 접촉시켜 3-펜텐니트릴, 2-메틸-3-부텐니트릴 또는 이들의 조합을 제조할 수도 있다.
제1 또는 제2 방법의 단계 (b)의 반응 혼합물로부터 얻어진 니켈 복합체를 제4 반응 영역에서 2-메틸-3-부텐니트릴과 접촉시켜 3-펜텐니트릴을 제조할 수 있다.
촉매는 0-가 니켈, 및 포스파이트, 포스포나이트, 포스피나이트, 포스핀, 및 혼합된 P-함유 리간드 또는 그러한 것들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 인-함유 (P-함유) 리간드를 포함한다. 여기에서 사용되는 "혼합된 P-함유 리간드"라는 용어는 포스파이트-포스포나이트, 포스파이트-포스피나이트, 포스파이트-포스핀, 포스포나이트-포스피나이트, 포스포나이트-포스핀 및 포스피나이트-포스핀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종의 여러 자리 P-함유 리간드의 조합을 포함하는 P-함유 리간드의 혼합물을 의미한다.
촉매는 포스파이트, 포스포나이트, 포스피나이트 및 포스핀 또는 그러한 것들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 한 자리 P-함유 리간드를 포함할 수 있으며, 한 자리 P-함유 리간드는 본 발명의 유익한 측면으로부터 제외되지 않는다. 한 자리 P-함유 리간드는 P-함유 리간드의 합성으로부터 불순물로 존재할 수 있거나, 한 자리 P-함유 리간드는 촉매의 단일 또는 추가 성분으로 첨가될 수 있다. 한 자리 P-함유 리간드는 P-함유 리간드의 혼합물일 수 있다.
본원에서 사용되는 "촉매"라는 용어는 그 의미에 있어서 촉매 전구체 조성물을 포함하며, 어떤 시점에 0-가 니켈이 적어도 1종의 P-함유 리간드에 결합하고, 히드로시안화 도중, 예를 들어 초기 촉매 조성물이 에틸렌계 불포화 화합물에 복합체 형성하는 것과 같은 추가의 반응이 거의 일어남을 의미한다. 본원에서 사용되는 "촉매"라는 용어는 그 의미에 있어서, 재순환된 촉매, 즉 본 발명의 방법에 사용되었고 상기 공정으로 되돌려지거나 되돌려져서 다시 사용될 수 있는, 0-가의 니켈 및 적어도 1종의 P-함유 리간드를 포함하는 촉매를 포함한다.
"히드로카르빌"이라는 용어는 당 분야에 공지되어 있고, 그로부터 적어도 하나의 수소 원자가 제거된 탄화수소 분자를 의미한다. 그러한 분자는 단일, 이중 또는 삼중 결합을 함유할 수 있다.
"아릴"이라는 용어는 당 분야에 공지되어 있고, 그로부터 적어도 하나의 수소 원자가 제거된 방향족 탄화수소 분자를 의미한다. 적합한 아릴 기의 예는, 예를 들어 치환되지 않았거나 단일 또는 다중 치환된 것일 수 있는, 6 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 것들을 포함한다. 적합한 치환기는 예를 들어 C1 내지 C4 히드로카르빌, 또는 플루오르, 염소 또는 브롬과 같은 할로겐, 또는 트리플루오로메틸과 같은 할로겐화된 히드로카르빌, 또는 페닐과 같은 아릴을 포함한다.
복합체로서 니켈에 화학 결합된, 0-가 니켈을 포함하는 P-함유 리간드, 및 상기 복합체에 결합되지 않은 유리된 P-함유 리간드는 한 자리 또는 여러 자리, 예를 들어 두 자리 또는 세 자리일 수 있다. "두 자리"라는 용어는 당 분야에 공지되어 있고, 하나의 리간드 분자가 2개의 인 원자를 함유하고, 그 리간드의 두 인 원자가 모두 하나의 금속 원자에 결합되는 것을 의미한다. "세 자리"라는 용어는 하나의 리간드 분자가 3개의 인 원자를 함유하고, 리간드 위의 3개의 인 원자가 모두 하나의 금속 원자에 결합되는 것을 의미한다. P-함유 리간드는 단일 화합물 또는 화합물의 혼합물일 수 있다. P-함유 리간드는 포스파이트, 포스포나이트, 포스피나이트, 포스핀, 및 혼합된 P-함유 리간드 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 여러 자리 P-함유 리간드는 하기 화학식 I로 표시될 수 있다.
<화학식 I>
Figure pct00011
식 중,
X11, X12, X13, X21, X22, X23은 독립적으로 산소 또는 단일 결합을 나타내고;
R11, R12는 독립적으로 동일 또는 상이한 단일 또는 가교된 유기 라디칼을 나타내며;
R21, R22는 독립적으로 동일 또는 상이한 단일 또는 가교된 유기 라디칼을 나타내고;
Y는 가교 기를 나타낸다.
화학식 I은 단일 화합물, 또는 표시된 화학식을 갖는 상이한 화합물들의 혼합물을 나타낼 수 있음이 이해되어야 한다.
하나의 실시양태에서, 모든 X11, X12, X13, X21, X22, X23 기는 산소를 나타낼 수 있다. 그러한 경우, 가교 기 Y는 포스파이트 기에 결합된다. 그러한 경우, 화학식 I로 표시된 여러 자리 P-함유 리간드는 포스파이트이다.
또 다른 실시양태에서, X11 및 X12는 각각 산소를, X13은 단일 결합을 나타낼 수 있거나; X11 및 X13은 각각 산소를, X12는 단일 결합을 나타내어, X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자일 수 있다. 그러한 경우, X21, X22 및 X23은 각각 산소를 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스파이트의 중심 원자일 수 있거나; X21 및 X22가 각각 산소를 나타내고, X23이 단일 결합을 나타낼 수 있거나; X21 및 X23이 각각 산소를, X22가 단일 결합을 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자일 수 있거나; X23이 산소를, X21 및 X22가 각각 단일 결합을 나타낼 수 있거나; X21이 산소를, X22 및 X23이 각각 단일 결합을 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자일 수 있거나; X21, X22 및 X23이 각각 단일 결합을 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 수 있다.
X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스파이트의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 리간드는 포스파이트-포스포나이트이고, 혼합된 P-함유 리간드의 일례이다. X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스포나이트이다. X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스포나이트-포스피나이트이고, 혼합된 P-함유 리간드의 일례이다. X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스포나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스포나이트-포스핀이고, 혼합된 P-함유 리간드의 일례이다.
또 다른 실시양태에서, X13은 산소를, X11 및 X12는 각각 단일 결합을 나타낼 수 있거나; X11은 산소를, X12 및 X13은 각각 단일 결합을 나타내어, X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자일 수 있다. 그러한 경우, X21, X22 및 X23은 각각 산소를 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스파이트의 중심 원자일 수 있거나; X23이 산소를, X21 및 X22가 각각 단일 결합을 나타낼 수 있거나; X21이 산소를, X22 및 X23이 각각 단일 결합을 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자일 수 있거나; X21, X22 및 X23이 각각 단일 결합을 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 수 있다.
X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스파이트의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스파이트-포스피나이트이고, 혼합된 P-함유 리간드의 일례이다. X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스피나이트이다. X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스피나이트의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스피나이트-포스핀이고, 혼합된 P-함유 리간드의 일례이다.
또 다른 실시양태에서, X11, X12 및 X13은 각각 단일 결합을 나타내어, X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 수 있다. 그러한 경우, X21, X22 및 X23은 각각 산소를 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스파이트의 중심 원자일 수 있거나; X21, X22 및 X23은 각각 단일 결합을 나타내어, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 수 있다.
X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스파이트의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스파이트-포스핀이고, 혼합된 P-함유 리간드의 일례이다. X11, X12 및 X13에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자이고, X21, X22 및 X23에 의해 둘러싸인 인 원자가 포스핀의 중심 원자일 경우, 화학식 I로 표시되는 여러 자리 P-함유 리간드는 포스핀이다.
가교 기 Y는, 예를 들어 C1 내지 C4 히드로카르빌, 또는 플루오르, 염소 또는 브롬과 같은 할로겐, 또는 트리플루오로메틸과 같은 할로겐화 히드로카르빌, 또는 페닐과 같은 아릴로 치환된 아릴 기, 또는 치환되지 않은 아릴 기, 예를 들어 6 내지 20개의 탄소 원자를 방향족 계에 갖는 것들, 예를 들어 2,2-비페닐, 1,1'-비-2-나프틸, 피로카테콜 또는 1,1'-페로세닐일 수 있다.
라디칼 R11 및 R12는 독립적으로 동일 또는 상이한 유기 라디칼을 나타낼 수 있다. R11 및 R12는 예를 들어 6 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 것들과 같은 아릴 라디칼일 수 있고, 이는 치환되지 않았거나, 예를 들어 C1 내지 C4 히드로카르빌, 또는 플루오르, 염소 또는 브롬과 같은 할로겐, 또는 트리플루오로메틸과 같은 할로겐화 히드로카르빌, 또는 페닐 또는 나프틸과 같은 치환되지 않은 나프틸, 또는 치환된 아릴 기로 단일 또는 다중 치환된 것일 수 있다.
라디칼 R21 및 R22는 독립적으로 동일 또는 상이한 유기 라디칼을 나타낼 수 있다. R21 및 R22는, 예를 들어 6 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 아릴 라디칼일 수 있고, 이는 치환되지 않았거나, 예를 들어 C1 내지 C4 히드로카르빌, 또는 플루오르, 염소 또는 브롬과 같은 할로겐, 또는 트리플루오로메틸과 같은 할로겐화 히드로카르빌, 또는 페닐 또는 나프틸과 같은 치환되지 않은 나프틸, 또는 치환된 아릴 기로 단일 또는 다중 치환된 것일 수 있다.
라디칼 R11 및 R12는 단일의 것이거나 가교된 것일 수 있다. 라디칼 R21 및 R22도 단일의 것이거나 가교된 것일 수 있다. 라디칼 R11, R12, R21 및 R22는 모두 단일의 것이거나, 2개는 가교되고 2개는 단일의 것이거나, 4개 모두 전술한 방식으로 가교된 것일 수 있다.
P-함유 리간드는 또한 예를 들어 미국 특허 제6,284,865호; 미국 특허 제6,924,345호 또는 미국 특허 출원 공보 제2003/135014호에 개시된 것과 같은 중합체성 리간드 조성물일 수 있다. 그러한 중합체성 리간드 조성물의 제조 방법은 당 분야에 공지되어 있고, 예를 들어 상기 인용된 문헌에 개시되어 있다.
촉매는 포스파이트, 포스포나이트, 포스피나이트 및 포스핀 또는 그러한 것들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 한 자리 P-함유 리간드를 포함할 수 있다. 한 자리 P-함유 리간드는 여러 자리 P-함유 리간드가 사용될 경우 추가 성분으로 첨가될 수 있거나, 예를 들어 P-함유 리간드의 합성으로부터 불순물로 존재할 수 있거나, 한 자리 P-함유 리간드는 여러 자리 P-함유 리간드 없이 사용될 수 있다. 한 자리 P-함유 리간드는 하기 화학식 II로 표시될 수 있다.
<화학식 II>
P(X1R31)(X2R32)(X3R33)
식 중,
X1, X2, X3는 독립적으로 산소 또는 단일 결합을 나타내고,
R31, R32, R33은 독립적으로 동일 또는 상이한 단일의 또는 가교된 유기 라디칼을 나타낸다.
화학식 II는 단일 화합물, 또는 표시된 화학식을 갖는 상이한 화합물의 혼합물을 나타낼 수 있음이 이해되어야 한다.
하나의 실시양태에서, 모든 X1, X2 및 X3 기는 산소를 나타내어, 화학식 II는 화학식 P(OR31)(OR32)(OR33)[식 중, R31, R32 및 R33은 본원에 정의된 의미를 가짐]의 포스파이트를 나타낼 수 있다.
X1, X2 및 X3 기 중 1개가 단일 결합을 나타내고 2개의 기가 산소를 나타낼 경우, 화학식 II는 화학식 P(OR31)(OR32)(R33), P(R31)(OR32)(OR33), 또는 P(OR31)(R32)(OR33)[식 중, R31, R32 및 R33은 본원에 정의된 의미를 가짐]의 포스포나이트를 나타낸다.
X1, X2 및 X3 기 중 2개가 단일 결합을 나타내고 1개의 기가 산소를 나타낼 경우, 화학식 II는 화학식 P(OR31)(R32)(R33) 또는 P(R31)(OR32)(R33) 또는 P(R31)(R32)(OR33)[식 중, R31, R32 및 R33은 본원에 정의된 의미를 가짐]의 포스피나이트를 나타낸다.
X1, X2, X3 기는 독립적으로 산소 또는 단일 결합을 나타낼 수 있다. X1, X2, X3 기가 모두 단일 결합을 나타낼 경우, 화학식 II는 화학식 P(R31)(R32)(R33)[식 중, R31, R32 및 R33은 본원에 정의된 의미를 가짐]의 포스핀을 나타낸다.
R31, R32 및 R33 라디칼은 독립적으로 동일 또는 상이한 유기 라디칼, 예를 들어 1 내지 20개의 탄소 원자를 포함하는 히드로카르빌 라디칼, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 tert-부틸, 아릴 기, 예컨대 페닐, o-톨릴, m-톨릴, p-톨릴, 1-나프틸 또는 2-나프틸을 나타낼 수 있다. R31, R32 및 R33 라디칼은 서로에 대하여 직접 연결될 수 있으며, 이는 중심 인 원자를 통해 단독으로가 아님을 의미한다. 예를 들어, 미국 특허 제5,543,536호에서 화학식 I의 한 자리 포스파이트 및 미국 특허 제6,242,633호에서 화학식 I의 한 자리 포스포나이트. 그렇지 않으면, R31, R32 및 R33 라디칼은 서로에 대하여 직접 연결될 수 없다.
예를 들어, R31, R32 및 R33은 페닐, o-톨릴, m-톨릴 및 p-톨릴로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 또 다른 예로, R31, R32 및 R33 기의 최대 2개가 페닐일 수 있다. 그렇지 않으면, R31, R32 및 R33 기의 최대 2개가 o-톨릴일 수 있다.
하기 화학식 IIa의 화합물이 한 자리 P-함유 리간드로 사용될 수 있다.
<화학식 IIa>
(o-톨릴-O-)w (m-톨릴-O-)x (p-톨릴-O-)y (페닐-O-)z P
(식 중, w, x, y 및 z는 정수이고, 다음 조건이 적용된다: w+x+y+z = 3이고, w, z ≤ 2)
화학식 IIa의 화합물의 예는 (p-톨릴-O-)(페닐-O-)2P, (m-톨릴-O-)(페닐-O-)2P, (o-톨릴-O-)(페닐-O-)2P, (p-톨릴-O-)2(페닐-O-)P, (m-톨릴-O-)2(페닐-O-)P, (o-톨릴-O-)2 (페닐-O-)P, (m-톨릴-O-)(p-톨릴-O-)(페닐-O-)P, (o-톨릴-O-)(p-톨릴-O-)(페닐-O-)P, (o-톨릴-O-)(m-톨릴-O-)(페닐-O-)P, (p-톨릴-O-)3P, (m-톨릴-O-)(p-톨릴-O-)2P, (o-톨릴-O-)(p-톨릴-O-)2P, (m-톨릴-O-)2(p-톨릴-O-)P, (o-톨릴-O-)2(p-톨릴-O-)P, (o-톨릴-O-)(m-톨릴-O-)(p-톨릴-O-)P, (m-톨릴-O-)3P, (o-톨릴-O-)(m-톨릴-O-)2P, (o-톨릴-O-)2(m-톨릴-O-)P, 또는 상기 화합물의 혼합물을 포함한다.
특히 원유의 증류 가공에서 나타나는 2:1의 몰비인 m-크레졸 및 p-크레졸을 함유하는 혼합물을, 삼염화 인과 같은 삼할로겐화 인과 반응시킴으로써, (m-톨릴-O-)3P, (m-톨릴-O-)2(p-톨릴-O-)P, (m-톨릴-O-)(p-톨릴-O-)2P, 및 (p-톨릴-O-)3P를 함유하는 혼합물이 수득될 수 있다.
한 자리 P-함유 리간드의 추가의 예는 미국 특허 제6,770,770호에 개시된 포스파이트이며, 본원에서는 화학식 IIb의 포스파이트라 한다:
<화학식 IIb>
P (OR31)x (OR32)y (OR33)z (OR34)p
상기 식 중,
R31은, 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-위치에 C1 내지 C18 알킬 치환기를 갖거나, 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-위치에 방향족 치환기를 갖거나, 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-위치에 융합된 방향족 계를 갖는 방향족 라디칼이고;
R32는 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 m-위치에 C1 내지 C18 알킬 치환기를 갖거나, 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 m-위치에 방향족 치환기를 갖거나, 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 m-위치에 융합된 방향족 계를 갖는 방향족 라디칼이며, 여기에서 방향족 라디칼은 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-위치에 수소 원자를 가지고;
R33은 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 p-위치에 C1 내지 C18 알킬 치환기를 갖거나, 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 p-위치에 방향족 치환기를 갖는 방향족 라디칼이며, 여기에서 방향족 라디칼은 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-위치에 수소 원자를 가지고;
R34는 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-, m- 및 p-위치에, R31, R32 및 R33에 정의된 것들 외의 치환기를 갖는 방향족 라디칼이며, 여기에서 방향족 라디칼은 인 원자를 방향족 계에 연결시키는 산소 원자에 대하여 o-위치에 수소 원자를 가지고;
x는 1 또는 2이며;
y, z 및 p는 서로 독립적으로 0, 1 또는 2이고, 단 x+y+z+p = 3이다.
R31 라디칼의 예는 o-톨릴, o-에틸페닐, o-n-프로필페닐, o-이소-프로필페닐, o-n-부틸페닐, o-sec-부틸페닐, o-tert-부틸페닐, (o-페닐)페닐, 또는 1-나프틸 기를 포함한다.
R32 라디칼의 예는 m-톨릴, m-에틸페닐, m-n-프로필페닐, m-이소-프로필페닐, m-n-부틸페닐, m-sec-부틸페닐, m-tert-부틸페닐, (m-페닐)페닐, 또는 2-나프틸 기를 포함한다.
R33 라디칼의 예는 p-톨릴, p-에틸페닐, p-n-프로필페닐, p-이소-프로필페닐, p-n-부틸페닐, p-sec-부틸페닐, p-tert-부틸페닐, 또는 (p-페닐)페닐 기를 포함한다. R34 라디칼은 예를 들어 페닐일 수 있다.
화학식 IIb의 화합물에서 지수 x, y, z 및 p는 다음의 가능성을 가질 수 있다:
Figure pct00012
화학식 IIb의 포스파이트의 예는 p가 0이고, R31, R32 및 R33이 o-이소-프로필페닐, m-톨릴 및 p-톨릴에서 독립적으로 선택된 것들이다.
화학식 IIb의 포스파이트의 추가의 예는, 지수들이 상기 표에 나열된 것과 같은, R31이 o-이소-프로필페닐 라디칼이고, R32가 m-톨릴 라디칼이며, R33이 p-톨릴 라디칼인 것들; 또한 지수들이 상기 표에 나열된 것과 같은, R31이 o-톨릴 라디칼이고, R32가 m-톨릴 라디칼이며, R33이 p-톨릴 라디칼인 것들; 또한 지수들이 상기 표에 나열된 것과 같은, R31이 1-나프틸 라디칼이고, R32가 m-톨릴 라디칼이며, R33이 p-톨릴 라디칼인 것들; 또한 지수들이 상기 표에 나열된 것과 같은, R31이 o-톨릴 라디칼이고, R32가 2-나프틸 라디칼이며, R33이 p-톨릴 라디칼인 것들; 그리고 마지막으로, 지수들이 상기 표에 나열된 것과 같은, R31이 o-이소-프로필페닐 라디칼이고, R32가 2-나프틸 라디칼이며, R33이 p-톨릴 라디칼인 것들; 및 이러한 포스파이트의 혼합물이다.
화학식 IIb를 갖는 포스파이트는 다음과 같이 수득될 수 있다:
a). 삼할로겐화 인을 R31OH, R32OH, R33OH 및 R34OH 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 알코올과 반응시켜 디할로게노인산 모노에스테르를 수득하고,
b). 상기 언급된 디할로게노인산 모노에스테르를 R31OH, R32OH, R33OH 및 R34OH 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 알코올과 반응시켜 모노할로게노인산 디에스테르를 수득하고,
c). 상기 언급된 모노할로게노인산 디에스테르를 R31OH, R32OH, R33OH 및 R34OH 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 알코올과 반응시켜 화학식 IIb를 갖는 포스파이트를 수득함.
반응은 별도의 세 단계로 수행될 수 있다. 세 단계 중 둘을, 예를 들어 a)와 b) 또는 b)와 c)를 조합하는 것도 가능하다. 그렇지 않으면, 단계 a), b) 및 c)는 모두 서로와 조합될 수 있다.
R31OH, R32OH, R33OH 및 R34OH 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 알코올의 적합한 파라미터 및 양은 몇 가지 간단한 예비 실험을 수행함으로써 쉽게 결정될 수 있다. 특허 공개 WO2004/050588은 화학식 IIb를 갖는 유기포스파이트의 선택적 합성을 위한 방법을 기재하고 있다.
적합한 삼할로겐화 인은 원리적으로, 바람직하게는 Cl, Br, I, 특히 Cl이 할라이드로 사용되는 모든 삼할로겐화 인, 뿐만 아니라 이들의 혼합물이다. 서로 다른, 동일 또는 상이하게 할로겐-치환된 포스핀의 혼합물을, 예를 들어 PCl3와 같은 삼할로겐화 인으로 사용하는 것도 가능하다. 화학식 IIb의 포스파이트의 제조 도중 반응 조건에 관한 것과 그 처리에 관한 추가의 세부사항은 미국 특허 제6,770,770호에 개시되어 있다.
화학식 IIb의 포스파이트는, 리간드로서 상이한 포스파이트의 혼합물로 사용될 수도 있다. 그러한 혼합물은 예를 들어 화학식 IIb의 포스파이트의 제조에서 형성될 수 있다.
본 발명 방법의 하나의 실시양태에서, 촉매의 P-함유 리간드 및/또는 유리된 P-함유 리간드는 포스파이트, 포스포나이트, 포스피나이트, 포스핀, 및 혼합된 P-함유 리간드 또는 그러한 것들의 조합에서 선택된 적어도 1종의 여러 자리 P-함유 리간드, 및 트리톨릴 포스파이트 및 화학식 IIb의 포스파이트[식 중, R31, R32 및 R33은 o-이소-프로필페닐, m-톨릴 및 p-톨릴에서 독립적으로 선택되고, R34는 페닐이며, x는 1 또는 2이고, y, z 및 p는 독립적으로 0, 1 또는 2이며, 단 x+y+z+p = 3임]; 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 1종의 한 자리 P-함유 리간드로부터 선택된다.
여러 자리 P-함유 리간드의 예는 다음을 포함한다:
1) 미국 특허 제5,723,641호에 개시된 화학식 I, II, III, IV 및 V의 화합물;
2) 미국 특허 제5,512,696호에 개시된 화학식 I, II, III, IV, V, VI 및 VII의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 31에 사용된 화합물;
3) 미국 특허 제5,821,378호에 개시된 화학식 I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII, XIII, XIV 및 XV의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 73에 사용된 화합물;
4) 미국 특허 제5,512,695호에 개시된 화학식 I, II, III, IV, V 및 VI의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 6에 사용된 화합물;
5) 미국 특허 제5,981,772호에 개시된 화학식 I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII, XIII 및 XIV의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 66에 사용된 화합물;
6) 미국 특허 제6,127,567호에 개시된 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 29에 사용된 화합물;
7) 미국 특허 제6,020,516호에 개시된 화학식 I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX 및 X의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 33에 사용된 화합물;
8) 미국 특허 제5,959,135호에 개시된 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 13에 사용된 화합물;
9) 미국 특허 제5,847,191호에 개시된 화학식 I, II 및 III의 화합물;
10) 미국 특허 제5,523,453호에 개시된 화합물, 예를 들어 그 화학식 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21의 화합물;
11) 미국 특허 제5,693,843호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII 및 XIII의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 20에 사용된 화합물;
12) 미국 특허 제6,893,996호에 개시된 화학식 V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX, XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV, XXV 및 XXVI의 화합물;
13) 특허 공개 WO 01/14392에 개시된 화합물, 예를 들어 그 화학식 V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XXI, XXII 및 XXIII에 예시된 화합물;
14) 미국 특허 제6,242,633호에 개시된 킬레이트형성 화합물, 예를 들어 화학식 If, Ig 및 Ih의 화합물;
15) 미국 특허 제6,521,778호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 I, Ia, Ib 및 Ic의 화합물, 예를 들어 리간드 I 및 II로 언급된 화합물;
16) PCT 특허 공개 WO 02/13964에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 Ia, Ib, Ic, Id, Id, Ie, If, Ig, Ih, Ii, Ij 및 Ik의 화합물, 예를 들어 리간드 1, 2, 3, 4, 5 및 6으로 언급된 화합물;
17) 독일 특허 출원 DE 100 460 25에 개시된 화합물;
18) 미국 특허 제7,022,866호에 개시된 킬레이트 형성 화합물, 예를 들어 화학식 1 및 2의 화합물, 예를 들어 리간드 1 및 2로 언급된 화합물;
19) 미국 특허 출원 공보 제2005/0090677호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i, 1j, 1k, 1l, 1m, 1n, 1o, 2 및 3의 화합물;
20) 미국 특허 제7,067,685호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 1 및 2의 화합물, 예를 들어 리간드 1, 2, 3, 4, 5 및 6으로 언급되는 화합물;
21) 미국 특허 출원 공보 제2007/0060766호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i, 1j, 1k, 1l, 1m, 1n, 1o, 2, 3, 4, 5 및 6의 화합물, 예를 들어 리간드 1, 2, 3 및 4로 언급되는 화합물;
22) 미국 특허 제6,169,198호에 개시된 킬레이트 형성 화합물, 예를 들어 화학식 I의 화합물;
23) 미국 특허 제6,660,877호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 I, II 및 III의 화합물, 예를 들어 그 실시예 1 내지 27에 사용된 화합물;
24) 미국 특허 제6,197,992호에 개시된 화합물, 예를 들어 리간드 A 및 B의 화합물;
25) 미국 특허 제6,242,633호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 I, Ia, Ib, Ic, Id, Ie, If, Ig 및 Ih의 화합물;
26) 미국 특허 제6,812,352호에 개시된 화합물, 예를 들어 화학식 I의 화합물; 및
27) 미국 특허 제6,380,421호에 개시된 화합물, 예를 들어 실시예 1, 2 및 3의 화합물.
28) 문헌[Laura Bini et al., J. Am . Chem . Soc. 2007, 129, 12622-12623]에서 구조 5의 두 자리 포스핀.
상기 문헌들은 또한 화학식 I의 여러 자리 리간드를 제조하기 위한 방법을 개시하고 있다.
니켈과 조합되어, 1,3-부타디엔 또는 3-펜텐니트릴의 히드로시안화 및 2-메틸-3-부텐니트릴의 3-펜텐니트릴로의 이성체화를 위한 고도의 활성 촉매를 형성하는 리간드의 추가의 예는 하기 화학식의 구조를 갖는 두 자리 포스파이트 리간드이다:
<화학식 IIIa>
Figure pct00013
<화학식 IIIb>
Figure pct00014
<화학식 IIIc>
Figure pct00015
화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서,
R1은 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 페닐; 또는 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 나프틸; 또는 5,6,7,8-테트라히드로-1-나프틸이고;
<화학식 A>
Figure pct00016
<화학식 B>
Figure pct00017
(식 중, Y1은 독립적으로 H, C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되고, Y2는 독립적으로 C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되며, Y3는 독립적으로 O 또는 CH2의 군에서 선택되고; n = 1 내지 4임);
O-Z-O 및 O-Z1-O는 독립적으로 하기 화학식 IV, V, VI, VII 및 VIII로 이루어진 군에서 선택된다:
<화학식 IV>
Figure pct00018
<화학식 V>
Figure pct00019
(식 중,
R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9는 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시로 이루어진 군에서 선택되고; X는 O, S 또는 CH(R10)이며;
R10은 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
<화학식 VI>
Figure pct00020
<화학식 VII>
Figure pct00021
(식 중,
R20 및 R30은 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시, 및 CO2R13으로 이루어진 군에서 선택되고;
R13은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴이며;
W는 O, S 또는 CH(R14)이고;
R14는 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
<화학식 VIII>
Figure pct00022
(식 중,
R15는 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시 및 CO2R16으로 이루어진 군에서 선택되고;
R16은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴임).
화학식 IIIa, IIIb, IIIc 및 IV 내지 VIII에서, C1 내지 C12 알킬 및 C1 내지 C12 알콕시 기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다.
화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc는 단일 화합물 또는 표시된 화학식을 갖는 상이한 화합물의 혼합물을 나타낼 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명 방법에 유용한 두 자리 포스파이트 리간드의 예는 이하에 나타낸 화학식 IX 내지 XXXII를 갖는 것들을 포함하며, 각각의 화학식에서 R17은 메틸, 에틸 또는 이소-프로필로 이루어진 군에서 선택되고, R18 및 R19는 독립적으로 H 또는 메틸에서 선택된다:
<화학식 IX>
Figure pct00023
<화학식 X>
Figure pct00024
<화학식 XI>
Figure pct00025
<화학식 XII>
Figure pct00026
<화학식 XIII>
Figure pct00027
<화학식 XIV>
Figure pct00028
<화학식 XV>
Figure pct00029
<화학식 XVI>
Figure pct00030
<화학식 XVII>
Figure pct00031
<화학식 XVIII>
Figure pct00032
<화학식 XI>
Figure pct00033
<화학식 XXX>
Figure pct00034
<화학식 XXI>
Figure pct00035
<화학식 XXII>
Figure pct00036
<화학식 XXIII>
Figure pct00037
<화학식 XXIV>
Figure pct00038
<화학식 XXV>
Figure pct00039
<화학식 XXVI>
Figure pct00040
<화학식 XXVII>
Figure pct00041
<화학식 XXVIII>
Figure pct00042
<화학식 XXIX>
Figure pct00043
<화학식 XXX>
Figure pct00044
<화학식 XXXI>
Figure pct00045
<화학식 XXXII>
Figure pct00046
본 발명 방법에서 유용한 두 자리 포스파이트 리간드의 추가의 예는 하기 화학식 XXXIII 및 XXXIV로 표시되는 군에서 선택된 리간드를 포함하며, 모든 같은 참조 기호는 추가로 분명히 한정된 것 외에는 같은 의미를 갖는다:
<화학식 XXXIII>
Figure pct00047
<화학식 XXXIV>
Figure pct00048
식 중,
R41 및 R45는 독립적으로 C1 내지 C5 히드로카르빌로 이루어진 군에서 선택되고, R42, R43, R44, R46, R47 및 R48은 각각 독립적으로 H 및 C1 내지 C4 히드로카르빌로 이루어진 군에서 선택된다.
예를 들어, 두 자리 포스파이트 리간드는 화학식 XXXIII 및 화학식 XXXIV로 표시되는 군에서 선택될 수 있으며, 여기에서
R41은 메틸, 에틸, 이소프로필 또는 시클로펜틸이고;
R42는 H 또는 메틸이며;
R43은 H 또는 C1 내지 C4 히드로카르빌이고;
R44는 H 또는 메틸이며;
R45는 메틸, 에틸 또는 이소프로필이며;
R46, R47 및 R48은 독립적으로 H 및 C1 내지 C4 히드로카르빌로 이루어진 군에서 선택된다.
추가의 예로서, 두 자리 포스파이트 리간드는 화학식 XXXIII으로 표시되는 군에서 선택될 수 있고, 여기에서
R41, R44 및 R45는 메틸이고;
R42, R46, R47 및 R48은 H이며;
R43은 C1 내지 C4 히드로카르빌이거나;
R41은 이소프로필이고;
R42는 H이며;
R43은 C1 내지 C4 히드로카르빌이고;
R44는 H 또는 메틸이며;
R45는 메틸 또는 에틸이고;
R46 및 R48은 H 또는 메틸이며;
R47은 H, 메틸 또는 tert-부틸이거나;
두 자리 포스파이트 리간드는 화학식 XXXIV로 표시되는 군에서 선택될 수 있고, 여기에서
R41은 이소프로필 또는 시클로펜틸이고;
R45는 메틸 또는 이소프로필이며;
R46, R47 및 R48은 H이다.
또 다른 예에서, 두 자리 포스파이트 리간드는 화학식 XXXIII으로 표시될 수 있고, 여기에서 R41은 이소프로필이며; R42, R46 및 R48은 H이고; R43, R44, R45 및 R47은 메틸이다.
화학식 IX 내지 XXXIV는 3-차원 분자를 2-차원으로 나타낸 것이며, 화학 결합 주변으로 회전이 분자 내에서 일어나서, 보여진 것과 다른 배열을 가질 수 있음이 잘 인식될 것이다. 예를 들어, 화학식 IX 내지 XXXIV의 비페닐, 옥타히드로비나프틸 및/또는 비나프틸 가교 기의 2- 및 2'-위치 사이의 탄소-탄소 결합 주위의 회전은 각각, 각 화학식의 2개의 인 원자를 서로에 대하여 더 근접하게 할 수 있으며, 포스파이트 리간드가 두 자리 방식으로 니켈에 결합되도록 할 수 있다. "두 자리"라는 용어는 당 분야에 공지되어 있고 리간드의 두 인 원자가 모두 하나의 니켈 원자에 결합되는 것을 의미한다.
본 발명에 유용한 P-함유 리간드는 당 분야에 공지된 임의의 적합한 합성 수단에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 여러 자리 P-함유 리간드가 미국 특허 제6,171,996호 및 5,512,696호에 기재된 방법과 유사하게 합성될 수 있으며, 두 특허 모두 본원에 참고로 포함된다. 예를 들어, 2 당량의 오르토-치환된 페놀과 삼염화 인의 반응은 상응하는 포스포로클로리다이트를 제공한다. 포스포로클로리다이트와 원하는 비치환 또는 치환된 비페놀, 옥타히드로비나프톨 또는 비나프톨의 트리에틸아민 존재 하의 반응은 두 자리 포스파이트 리간드를 제공한다. 비정제 두 자리 포스파이트 리간드는 미국 특허 제6,069,267호 및 6,844,249호에 기재된 방법에 의해 후처리될 수 있으며, 이는 본원에 참고로 포함된다. 거기에 개시된 바와 같이, 두 자리 포스파이트 리간드 생성물 혼합물은 전형적으로 약 70% 내지 약 90% 선택성으로 원하는 생성물을 함유할 수 있으며, 한 자리 포스파이트와 같은 기타 포스파이트 부산물이 상기 생성물 혼합물의 나머지를 구성한다.
여러 자리 P-함유 리간드 자체, 여러 자리 P-함유 리간드 및 적어도 1종의 한 자리 P-함유 리간드의 혼합물, 또는 적어도 1종의 한 자리 P-함유 리간드 자체가 본 발명에 사용하기 적합하다.
BNC 니켈
본 발명 방법의 일부 실시양태에서, 단계 (ii)의 니켈 조성물의 Ni(II)의 공급원은 BNC 니켈이라고도 불리는 염기성 탄산 니켈이다. 일례로, BNC는 화학식 [Ni(CO3)x(OH)y]z(H2O)n[식 중, x = z - (y/2); y = 2z - 2x; z = 1 내지 100이고; n = 0 내지 400임]으로 표현될 수 있다. BNC는 니켈(II) 이온, 카르보네이트 이온, 수산화 이온 및 물 분자를 포함한다고 할 수 있다. 일례로, BNC 니켈은 상업적인 공급원을 통해 입수된다. 또 다른 예에서, BNC 니켈은 Ni(II)의 다른 공급원을 사용하여 합성된다. BNC 니켈은 본원에 개시된 과정을 이용하여 합성될 수 있다. 본원에 상세히 기재된 과정의 일부에 의해 생성된 BNC 니켈을 포함하는, BNC 니켈의 특정 형태는 인-함유 리간드와 니켈(0) 복합체를 형성하는 데 특히 적합한 Ni(0)를 생성할 수 있고, 본원에 개시된 니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 형성하는 방법에 특히 적합할 수 있다. 니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 형성하는 데 특히 적합한 Ni(0)는 니켈 복합체의 높은 형성 속도를 제공하는 Ni(0)를 포함한다. 니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 형성하는 데 적합한 Ni(0)의 특성은 예를 들어, 낮은 탄소 함량, 큰 표면적, 작은 결정자 크기 (예, 89 nm 미만) 및 임의로 넓은 크기 분포를 포함한다. Ni(0)는 1 그램당 약 0.5 제곱 미터, 2 m2/g, 4, 6, 10, 20, 30, 40, 약 50 m2/g, 또는 그 사이의 임의의 값의 표면적을 가질 수 있다. 일부 예에서, 약 2 m2/g, 5 m2/g, 10 m2/g, 20 m2/g을 초과하는 또는 약 30 m2/g을 초과하는 표면적을 갖는 Ni(0)가 인-함유 리간드와의 니켈 복합체를 형성하는 데 특히 적합하다. 예를 들어, 낮은 탄산염 함량, 적어도 약 10:1의 Ni:C 질량비와 함께 대략 1 미만의 NiCO3:Ni(OH)2 몰비, 또는 이들의 임의 조합을 포함하는 특성을 갖는 BNC 니켈은 낮은 수준의, 탄산염 불순물로 인한 탄소 불순물을 포함하여, 탄소 불순물을 갖는 Ni(0)를 생성할 수 있으며, 따라서 니켈-리간드 복합체 형성에 적합한 Ni(0)를 생성한다. 낮은 탄산염 함량, 적어도 약 10:1의 Ni:C 질량비와 함께 대략 1 미만의 NiCO3:Ni(OH)2 몰비, 또는 이들의 임의 조합을 포함하는 특성을 갖는 BNC 니켈의 소성 또는 가열은 더 쉽게 CO2를 생성하며, 따라서 탄산염 불순물을 포함하여, NiO 중 보다 적은 탄소 불순물을 가지고, 더 완전한 NiO로의 전환을 초래한다. 더 낮은 탄산염 함량을 포함하여, 더 낮은 탄소 함량을 갖는 NiO를 제조함으로써, Ni(0) 생성물 중 더 낮은 탄소 불순물이 결과된다.
염기성 탄산 니켈의 니켈 조성물로부터 유래된, 니켈 금속을 포함하는 신규의 니켈-함유 고체, 및 그의 제조 방법이 개시된다. 니켈 조성물은 침전 반응기에서 침전제 용액을 니켈 용액과 접촉시켜 반응 혼합물을 형성하고; (ii) 상기 반응 혼합물로부터 상기 니켈 조성물을 침전시킴으로써 제조될 수 있으며, 여기에서 상기 니켈 용액은 니켈(II) 이온 및 물을 포함하고 상기 침전제 용액은 (a) 비카르보네이트 이온 및 물, (b) 카르보네이트 이온 및 물, 및 (c) 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 상기 공급의 완료 시 반응 혼합물 중 비카르보네이트 이온 대 니켈 이온의 몰비는, 약 0.5:1 내지 약 1.6:1, 약 0.5:1 내지 약 1.2:1, 약 1:1 내지 약 1.9:1, 약 1.2:1 내지 약 1.9:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 약 1:1 내지 약 1.8:1, 약 1.0:1 내지 약 1.6:1, 약 1:1 내지 약 1.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 및 약 0.8:1 내지 약 1.2:1을 포함하여, 0.5:1 내지 2:1의 범위일 수 있다. 상기 공급의 완료 시 반응 혼합물 중 카르보네이트 이온 대 니켈 이온의 몰비는 약 0.5:1 내지 약 1.4:1, 약 1:1 내지 약 1.2:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 약 1.0:1 내지 약 1.6:1, 약 1.0:1 내지 약 1.6:1, 약 1.0:1 내지 약 1.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 및 약 0.8:1 내지 약 1.2:1을 포함하여, 0.3:1 내지 1.6:1의 범위일 수 있다. 중탄산염과 탄산염의 블렌드가 상기 침전제 용액에 사용될 수도 있다. 이하에 더욱 상세히 기재하는 바와 같이, 상기 몰비는 수득되는 니켈 금속의 인 리간드와 반응하는 효과에 경이적인 영향을 미친다.
침전 반응기는 탱크 또는 관과 같은 임의의 적합한 봉쇄 용기일 수 있다. 침전은 배치식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 또한, 반응 혼합물은 니켈 조성물의 침전 이전 및/또는 도중에 교반될 수 있다. 예를 들어, 교반은 기계적 교반, 펌프에 의한 순환 루프, 또는 고정 믹서를 통한 유동에 의해 수행될 수 있다. 침전 도중 높은 전단의 사용은 입자 응집을 방지할 수 있고, 더 작은 수득되는 BNC 니켈 입자를 수득할 수 있게 한다. 반응기 디자인, 교반 디자인, 및 많은 양의 전력을 교반에 적용하는 것이 침전 도중 반응 혼합물의 고-전단 교반을 초래할 수 있는 요인의 예이다. 니켈 조성물은 약 20℃ 내지 약 90℃, 약 20℃ 내지 약 70℃, 약 20℃ 내지 약 50℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 60℃ 내지 약 80℃, 약 65℃ 내지 약 75℃의 온도 범위 내에서 침전될 수 있다. 일부 실시양태에서, 침전 도중 증가된 온도는 수득되는 BNC 니켈 중 카르보네이트 이온의 비율을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 니켈 조성물은 첨가된 이산화 탄소의 존재 하에 반응 혼합물로부터 침전될 수 있다. 예를 들어, 이산화 탄소는 침전 반응기에 첨가되거나, 니켈 용액에 첨가되거나, 침전제 용액에 첨가되거나, 반응 혼합물에 첨가되거나, 이들의 임의 조합일 수 있다. 또한, 침전제 용액은 약 30분 내지 약 60분의 시간에 걸쳐 침전 반응기에 공급될 수 있고, 반-연속식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 더 나아가서, 침전제 용액은 침전 반응기 중 니켈 용액에 반-연속식 또는 연속식으로, 예를 들어 점차적 첨가에 의해 첨가될 수 있다. 일부 실시양태에서, 침전 도중 더 높은 pH를 사용하는 것이 수득되는 BNC 니켈 침전물 중 카르보네이트 이온의 비율을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 약 4, 5, 6 또는 약 7의 pH 값이 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, pH는 침전 도중 약 4.9부터 약 5.8까지 증가한다.
반응 혼합물은 또한, 침전물 용액을 니켈 용액과 접촉시킨 후, 상기 반응 혼합물을 약 50℃ 내지 약 90℃에서 약 0.25시간 내지 약 24시간 동안 가열하여 침지시킬 수도 있다. 다른 적합한 온도 범위는 약 60℃ 내지 약 80℃ 및 약 65℃ 내지 약 75℃를 포함한다. 다른 적합한 시간은, 약 4시간 내지 약 20시간, 약 6시간 내지 약 16시간, 약 1 내지 약 6시간, 및 약 1시간 내지 약 2시간을 포함하여, 약 1시간 내지 약 24시간의 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 더 긴 침지 시간은 수득되는 침전물에서 더 큰 BNC 니켈 입자를 초래할 수 있다.
개시된 니켈 조성물 방법은, 침전 단계 후, 침전된 니켈 조성물을 물로 세척하고; 침전된 니켈 조성물을 부분적으로 건조시키는 것을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 혼합물로부터 침전된 니켈 조성물은 여과 또는 가만히 따라냄으로써 반응 혼합물로부터 분리되며, 수득되는 침전된 니켈 조성물을 여과 또는 가만히 따라냄으로써 물로 세척하고, 수득되는 침전된 니켈 조성물을 60℃ 내지 100℃에서 수분 증발에 의해 건조시킨다. 건조는 상압 또는 진공 하에, 그리고 질소와 같은 비활성 기체의 존재 하에 수행될 수 있다.
니켈(II) 이온과 물을 포함하는 니켈 용액은 니켈(II) 염을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 니켈 염은 물에 용해성인 임의의 염, 예를 들어 NiCl2, NiSO4 및 Ni(NO3)2일 수 있다. 중탄산염, 예를 들어 NaHCO3 및 NH4HCO3를 물에 용해시킴으로써, 또는 그 자리에서(in-situ) CO2 및 알칼리 금속 수산화물 또는 암모니아를 물에 용해시킴으로써 공지된 방법에 의해, 비카르보네이트 이온을 포함하는 침전제 용액을 제조할 수 있다. 마찬가지로, 카르보네이트 이온을 포함하는 침전제 용액은, 탄산염, 예를 들어 Na2CO3을 용해시킴으로써 제조되거나, 그 자리에서 CO2 및 알칼리 금속 수산화물을 물에 용해시킴으로써 공지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 니켈 염의 음이온 및 중탄산염 또는 탄산염의 양이온은, 반응 혼합물로부터 양이온과 음이온의 양자를 포함하는 (예를 들어 NaCl), 침전으로부터 생성된 염이 반응 혼합물의 물에 용해되도록 선택될 수 있다. 그러한 선택은 상기 염 생성물을 침전된 니켈 조성물로부터 분리하기 위한 방법을 제공한다.
또한, 니켈 금속을 포함하는 니켈-함유 고체의 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은: (i) 상기 개시된 니켈 조성물을 제공하고; (ii) 단계 (i)의 니켈 조성물의 적어도 일부를 환원제로 환원시켜 니켈 금속을 포함하는 니켈-함유 고체를 형성하는 것을 포함하며, 상기 니켈-함유 고체를 두 자리 인-함유 리간드와 효과적으로 반응하도록 적응시켜 인-함유 리간드의 니켈 복합체를 형성한다. 니켈-함유 고체는 다른 방법에 의해 제조된 니켈-함유 고체, 예컨대 인코 (INCO) 형 123 니켈 금속 분말, 또는 산화 니켈, 포름산 니켈, 옥살산 니켈, 수산화 니켈 및 탄산 니켈로부터 제조된 각종 기타 Ni(0) 조성물보다 인-함유 리간드와의 반응성이 더 크다. 높은 반응성은 부분적으로 상기 개시된 BNC 공정, 뿐만 아니라 환원 공정으로 인한 것으로 생각된다. 환원제는, 단지 적합한 환원제의 몇 가지 비제한적인 예를 들자면, 수소, 일산화 탄소, 메탄, 암모니아일 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 공급된 니켈(II) 이온에 대하여 공급된 비카르보네이트 또는 카르보네이트 이온의 양은, 수득되는 니켈-함유 고체와 인-함유 리간드의, 니켈 복합체를 제조하기 위한 반응성에 크게 영향을 준다. 니켈의 높은 단가 때문에, BNC-형 니켈 조성물의 생산자는 경제적으로 가능한 한 많은 니켈을 회수하도록 과량의 침전제 용액을 가하도록 선도될 것이다. 그러나, 과도한 침전제의 사용은 인-리간드 복합체 반응에 대하여 낮은 반응성의 니켈 금속을 생성한다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 감소된 양의 침전제가 사용될 경우 고도로 반응성인 니켈이 생성되며, 아마도 더 많은 니켈(II) 이온이, 수득되는 반응 혼합물 중 물에 용해된 채로 남게 된다.
비카르보네이트 이온을 사용하여 제조된 침전된 니켈 조성물이 카르보네이트 이온을 사용하여 제조된 침전된 니켈 조성물보다 훨씬 더 빨리 여과 및 세척된다는 것이 또한 밝혀졌다. 또한, 비카르보네이트 이온을 사용하여 제조된 여과된 침전된 니켈 조성물은 거의 수축되지 않고 부드러운 분말로 건조된다. 이러한 이유로, 비카르보네이트 이온을 사용하여 니켈-함유 고체를 제조하는 것은 하류의 공정 및 건조된 침전된 니켈 조성물의 취급에 있어 더 바람직한 성질을 제공한다.
니켈 조성물을 환원제로 환원시켜 니켈-함유 고체를 형성하는 것은, 약 250℃ 내지 약 450℃, 및 약 275℃ 내지 약 325℃를 포함하여, 약 200℃ 내지 약 650℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 환원 압력은 약 0.01 기압 내지 약 100 기압의 범위일 수 있다. 환원은, 니켈 조성물 1몰당 1몰의 수소가 환원에 요구되는 이론적이며 화학량론적인 양이지만, 화학량론적 과량의 환원제, 예컨대 수소를 사용하여, 적어도 약 30분의 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 환원 시간은 2:1 몰비의 수소 대 니켈 조성물을 사용하여 약 1 내지 약 2시간일 수 있다.
개시된 니켈 함유 고체를 인-함유 리간드와 반응시켜 인-함유 리간드의 니켈 복합체를 제조할 수 있다. 그러한 복합체는 다음 반응 중 적어도 하나를 위한 촉매 전구체로서 유용하다: (1) 1,3-부타디엔과 시안화 수소를 반응시켜 2-메틸-3-부텐니트릴 및 3-펜텐니트릴을 제조함; (2) 2-메틸-3-부텐니트릴을 반응시켜 3-펜텐니트릴을 제조함; (3) 3-펜텐니트릴과 시안화 수소를 루이스산의 존재 하에 반응시켜 아디포니트릴을 제조함; 및 (4) 2-펜텐니트릴과 시안화 수소를 루이스산의 존재 하에 반응시켜 3-펜텐니트릴, 4-펜텐니트릴 및 아디포니트릴을 제조함.
약어의 정의:
ADN = 아디포니트릴; 아릴 = 6 내지 18개의 탄소 원자를 포함하는 비치환 또는 치환된 아릴 라디칼; BD = 1,3-부타디엔; C 4 H 7 C ≡N = 4PN, 3PN, 2PN, 2M3BN 및 2M2BN 이성체에서 선택된 펜텐니트릴, 또는 그러한 것들의 임의 조합; hrs = 시간; c2PN = 시스-2-펜텐니트릴; c3PN = 시스-3-펜텐니트릴; 디니트릴 (들) = 구체적으로 한정되지 않는 한 ADN, MGN 및 ESN; ESN = 에틸숙시노니트릴; 2 M2BN = 구체적으로 한정되지 않는 한 (E)-2M2BN 및 (Z)-2M2BN 이성체의 양자를 포함하는 2-메틸-2-부텐니트릴; 2 M3BN = 2-메틸-3-부텐니트릴; (E)-2 M2BN = (E)-2-메틸-2-부텐니트릴; (Z)-2 M2BN = (Z)-2-메틸-2-부텐니트릴; MGN = 2-메틸글루타로니트릴; 펜텐니트릴 (들) = 구체적으로 한정되지 않는 한 4PN, 3PN, 2PN, 2M3BN 및 2M2BN 이성체; 2 PN = 구체적으로 한정되지 않는 한 c2PN 및 t2PN 이성체를 포함하는 2-펜텐니트릴; 3 PN = 구체적으로 한정되지 않는 한 c3PN 및 t3PN의 양자를 포함하는 3-펜텐니트릴; 4 PN = 4-펜텐니트릴; ppm = 달리 언급되지 않는 한 백만당 중량부; t2PN = 트랜스-2-펜텐니트릴; t3PN = 트랜스-3-펜텐니트릴; VN = 발레로니트릴; wt % = 중량%.
실시예
니켈의 공급원
베일 인코 리미티드(Vale Inco Limited, 캐나다 온타리오주 토론토)의 제품인 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말(Chemical Abstract Service 등록 번호 7440-02-0)은 니켈 카르보닐 Ni(CO)4의 열분해에 의해 제조되며, 피셔 (Fisher) 체-아래 사이저로 측정할 때 3.5 내지 4.5 μm의 입자 크기 및 약 0.4 m2/g의 전형적인 비표면적을 갖는다고 한다. 상기 니켈 분말은 실시예의 펜텐니트릴 용매에 불용성이다.
염기성 탄산 니켈(II)(BNC)의 샘플은 상기 물질의 미국 판매자인 메트켐 코포레이션(MetChem Corporation)에 의해 공급되었다. 판매자에 의하면, 공급된 염기성 탄산 니켈(II)은, 니켈(II), 암모니아, 탄산 암모늄 및 물을 포함하는 수용액으로부터 염기성 탄산 니켈(II)을 침전시킴으로써 제조된다. 판매자에 의하면, 염기성 탄산 니켈(II)은 니켈을 포함하는 광석으로부터 제조되며, 상기 염기성 탄산 니켈(II)은 알루미늄, 칼슘, 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 망간, 나트륨, 황 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 임의로 더 포함할 수 있다. 하나의 샘플은 하기 표 1에 나타낸 화학 분석을 가졌다.
Figure pct00049
적합한 염기성 탄산 니켈은 또한, 니켈(II), 카르보네이트 음이온 및 물을 포함하는 수용액으로부터 염기성 탄산 니켈(II)을 침전시킴으로써 제조될 수도 있다. 적합한 염기성 탄산 니켈은 또한, 니켈(II), 비카르보네이트 음이온 및 물을 포함하는 수용액으로부터 염기성 탄산 니켈(II)을 침전시킴으로써 제조될 수도 있다.
이와 같이, BNC는 니켈(II), 및 카르보네이트 및 히드록시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 니켈 조성물이다. 그러나 건조, 열 처리, 및 높은 온도에서의 환원 도중, BNC는 부분적으로 또는 완전히 분해되어 물, CO2 또는 물과 CO2의 양자를 상실하여, 니켈(II) 및 카르보네이트, 비카르보네이트, 히드록시드 및 옥시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 니켈 조성물을 생성할 수 있다.
본 발명의 적합한 니켈 조성물은 또한 염기성 탄산 니켈(II); 수산화 니켈(II); 산화 니켈(II); 염기성 탄산 니켈(II), 수산화 니켈(II) 및 산화 니켈(II)의 수화물 복합체; 및 염기성 탄산 니켈(II), 수산화 니켈(II) 및 산화 니켈(II)의 암모니아 복합체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
한 자리 인 -함유 리간드
실시예 1 및 6은 한 자리 포스파이트인 TTP를 사용하며, 이는 m-크레졸/p-크레졸/페놀 혼합물과 PCl3의 반응으로부터 유래된다. TTP는 화학식 II의 화합물의 일례이다.
[m-(CH3)C6H4O]x[p-(CH3)C6H4O]y(C6H5O)zP
TTP
(식 중, x + y + z = 3)
일련의 실험은 TTP의 공급원으로, (1) 3PN 및 2M3BN을 제조하기 위한 BD의 히드로시안화, (2) 2M3BN의 3PN으로의 이성체화, 및 (3) ADN을 제조하기 위하여, 0-가 니켈 및 상기 세 반응 단계 사이에 공유되는 한 자리 TTP 리간드를 포함하는 촉매를 이용한 3PN의 히드로시안화의 반응 단계를 포함하는 ADN 제조 플랜트로부터 재순환된 리간드를 사용한다. 상기 재순환된 리간드를 3PN으로 희석하여, 80 중량%의 TTP, (TTP)4Ni 복합체로 1.16 중량%의 0-가 니켈 [Ni(0)], 발레로니트릴 및 2PN, 3PN, 4PN, 2M3BN 및 2M2BN 이성체를 포함하는 펜텐니트릴의 혼합물, 및 ADN, MGN 및 ESN을 포함하는 디니트릴을 포함하는, "재순환 TTP 용액"이라 명명되는 것을 수득하였다.
실시예 1 내지 6 모두에서, 나열된 반응물을 건조 상자 내 100 mL 들이 유리 반응기에 가하여 산소와의 접촉을 제한한 다음, 반응 혼합물을 질소 대기 하에 자석 교반(1000 rpm)하면서 각 반응을 90℃에서 수행하였다. 여과된 액체 샘플을 반응기로부터 기재된 간격으로 회수하고 용해성 Ni(0) 함량에 대하여 분석하였다.
실시예 1 (비교)
공기와의 접촉을 피하기 위해, 건조 질소 대기로 작동되는 진공 분위기 건조 상자 내부에서 자석 교반 막대가 장치된 반응기 병에 반응물을 공급하였다. 상기 병에 100 gm의 재순환 TTP 용액 및 5.0 gm의 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말을 가하였다. 반응기 병을 봉하고, 건조 상자로부터 꺼내어, 실험실용 증기 후드로 옮기고, 거기에서 자석 교반 플레이트 위에 놓았다. 다음, 반응 병 내의 반응 혼합물을 80℃로 급속히 가열하였다. 반응 혼합물로부터 여과된 액체 샘플을 상이한 시간 간격에서 반응기 병으로부터 꺼내었고, 액체 크로마토그래피(LC)를 이용하여 회수된 샘플의 측정된 용해성 Ni(0) 함량을 표 2의 실시예 1 컬럼에 나타낸다.
TTP와 니켈 분말 사이에 TTP의 용해성 Ni(0) 복합체, 예를 들어 (TTP)4Ni를 형성하는 관찰가능한 반응이 없었던 것은 재순환 TTP 용액에 할로겐화된 촉매가 존재하지 않았던 것에 기인한다.
미국 특허 제3,903,120호 및 4,416,825호에 따르면, 리간드의 니켈 복합체를 형성하기 위하여 상기 반응에 적합한 할로겐화된 촉매는 화학식 (R'O)xR"yPX[식 중, R' 및 R"은 18개 이하의 탄소 원자를 갖는 동일 또는 상이한 알킬 또는 아릴 라디칼이고, x 및 z는 1-2이며, y는 0 또는 1이고, x, y 및 z의 합은 3이며, X는 클로라이드, 브로마이드 및 요오다이드로 이루어진 군에서 선택된 할라이드임]의 화합물을 포함한다. 그러한 화합물은 또한, 적어도 2개의 ROP (식 중, R은 18개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 아릴 라디칼이고, O는 산소 원자이며, P는 인 원자임) 결합을 갖는 적절한 리간드와, 개시제로 인, 비소 또는 안티몬의 할로겐화물 또는 알킬-치환된 할로겐화물, 예컨대 CH3PCl2, CH3AsCl2 또는 CH3SbCl2; 적절한 금속 할로겐화물; 염소, 브롬 또는 요오드와 같은 원소 할로겐; 또는 상응하는 할로겐화 수소 또는 티오닐 할라이드와 같은 적합한 할로겐화물 공급원을 반응시킴으로써 그 자리에서 제조된다고 한다. 이러한 목적을 위해 적합한 금속 할로겐화물은 Cr, Ni, Ti, Cu, Co, Fe, Hg, Sn, Li, K, Ca, Ba, Sc, Ce, V, Mn, Be, Ru, Rh, Pd, Zn, Cd, Al, Th, Zr 및 Hf의 할로겐화물을 포함한다. 할로겐화물은 염화물, 브롬화물 또는 요오드화물일 수 있다. 특히 적합한 할로겐화물의 공급원은 PX3, TiX4, ZrX4, HfX4 및 HX(식 중, X는 염소, 브롬 또는 요오드임)를 포함한다. 2종 이상의 개시제 또는 할로겐화된 촉매의 혼합물이 니켈 복합체를 형성하기 위한 반응을 수행하는 데 사용될 수 있다.
실시예 2 (비교)
본 실시예는, 건조 상자 내 100 mL 들이 유리 반응기(245 ppm Cl)에 20 마이크로리터의 PCl3를 또한 공급한 것 외에는 실시예 1과 동일하였고, 회수된 샘플의 측정된 용해성 Ni(0) 함량을 표 2의 실시예 2 컬럼에 나타낸다. 실시예 1과 비교할 때, 실시예 2는 PCl3를 반응 혼합물에 도입하면, 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말이 한 자리 TTP 리간드와 반응함을 보여준다.
실시예 3
25 그램의 메트켐 BNC를 유리 환원관 내에 공급하고, 상기 물질 위로 400℃에서 16시간 동안 0.5 리터/분 및 1 기압으로 수소를 유동시켰다. 온도-조절된 관형 로를 사용하여 환원관의 외벽에 열을 공급하고, 내부 온도를 열전쌍으로 측정하였다. 반응관을 봉하고, 건조 상자 내에 넣은 다음, 상기 환원관 내부의 분말상 니켈-함유 고체를 병으로 옮겼다. 고체는 자성이었고, 이는 환원에 의해 니켈 금속이 생성되었음을 의미한다. 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말과 같이, BNC의 환원으로부터의 니켈 금속은 실시예의 펜텐니트릴 용매에 불용성이었다.
니켈 금속의 측정된 표면적은 니켈 금속 1그램당 0.5 내지 2.5 제곱 미터였다. 다른 BNC 샘플로부터, 니켈 금속의 측정된 표면적은 니켈 금속 1그램당 30 제곱 미터 이하였다. 일부 경우에, 니켈 금속과 인-함유 리간드의 반응성은 니켈 금속의 표면적이 증가함에 따라 더 높아질 수 있다.
니켈 금속의 제조는 150℃ 내지 700℃, 예를 들어 200℃ 내지 600℃의 온도에서, 0.01 내지 24시간 동안 BNC 니켈 조성물을 예열하는 것을 더 포함하여 반복되어, 상기 예열된 물질 위로 400℃에서 16시간 동안 0.5 리터/분 및 1 기압의 수소를 유동시키기 앞서 예열된 물질을 생성하였다. 예를 들어, 공기 또는 질소 기체는 200℃ 내지 600℃의 온도에서 BNC 니켈 조성물 위로 유동한 다음, 수소 기체가 상기 예열된 물질 위로 250℃ 내지 350℃에서 0.16 내지 12시간 동안 0.5 리터/분 및 1 기압에서 유동한다.
건조 상자 내에서 100 mL 들이 유리 반응기에 100 gm의 재순환 TTP 용액 및 5.0 gm의 니켈 금속을 공급하고, 회수된 샘플의 측정된 용해성 Ni(0) 함량을 표 2의 실시예 3 컬럼에 나타낸다. 따라서, 상기 실시예는, 니켈 금속의 공급원이 다른 것 외에는 실시예 1과 동일하였다. 실시예 1과 비교할 때, 본 실시예는 미국 특허 제3,903,120호 및 4,416,825호의 할로겐화된 촉매가 반응 혼합물에 존재하지 않고, BNC의 환원으로부터 얻어진 니켈 금속이 한 자리 TTP 리간드와 반응함을 보여준다.
실시예 4
본 실시예는 20 마이크로리터의 PCl3가 또한 건조 상자(245 ppm Cl) 내 100 mL 들이 유리 반응기에 공급되는 것 외에는 실시예 3과 동일하였고, 회수된 샘플의 측정된 용해성 Ni(0) 함량을 표 2의 실시예 4 컬럼에 나타낸다.
베일 인코 형 123 니켈 금속 분말(실시예 2)과 같이, 본 실시예는 PCl3의 첨가가 또한 BNC의 환원으로부터 얻어진 니켈 금속과 한 자리 TTP 리간드 사이의 반응을 촉진함을 보여준다.
그러나 실시예 2와 비교할 때, 본 실시예는, 같은 양의 PCl3가 반응 혼합물에 공급된 경우, BNC의 환원으로부터 얻어진 니켈 금속이 한 자리 TTP 리간드와 더 신속히 반응함을 보여준다.
Figure pct00050
100 mL 들이 유리 반응기에 R17PCl2, R18OPCl2, [R19][R20]PCl, [R21][R22O]PCl 및 [R23O][R24O]PCl[식 중, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23 및 R24는 독립적으로 C1 내지 C18 히드로카르빌 라디칼로 이루어진 군에서 선택됨]로 이루어진 군에서 선택된 인-할라이드 결합을 포함하는 적어도 할로겐화된 촉매를 공급하는 것을 더 포함하여, 실시예 4를 반복하여 TTP의 니켈 복합체를 형성하였다.
제2 몰비를 5 내지 1000으로 조절하는 것을 더 포함하여, 실시예 4를 반복하여 TTP의 니켈 복합체를 형성하였다. 상기 조절은 100 mL 들이 유리 반응기에, 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드의 백만 총몰수당 인-할라이드 결합을 포함하는 적어도 1종의 할로겐화된 촉매 5 내지 1000 총 몰수를 공급하는 것을 수반한다.
실시예 5 (비교)
실험실용 증기 후드에서 90℃로 가열하기에 앞서 건조 상자 내 반응기에 0.047 gm의 염화 아연(ZnCl2)을 또한 공급한 것 외에는 실시예 1을 반복하였다. 상기 ZnCl2 공급물은 반응기 중 245 ppm Cl에 해당하며, 실시예 2의 PCl3 공급에 의해 제공된 Cl 농도와 같다. 상기 실시예에서, 용해성 Ni(0) 농도의 증가는 24시간의 반응 시간에 걸쳐 관찰되지 않았다. 본 실시예는 미국 특허 제3,903,120호를 따르지만, 이 경우 반응은 일어나지 않았다. 이러한 불일치의 이유는 미국 특허 제3,903,120호의 ZnCl2 실험에 사용된 TTP 리간드가 또한, 첨가된 할로겐화 금속염(ZnCl2)보다는 니켈 복합체를 형성하는 반응을 위한 할로겐화된 촉매인 화학식 (R'O)xR"yPX의 유기클로로다이트를 함유하였기 때문인 것으로 생각된다.
실시예 6 (본 발명에 의해 제공된 방법의 실시양태)
실험실용 증기 후드에서 90℃로 가열하기에 앞서 건조 상자 내 반응기(245 ppm Cl)에 0.047 gm의 염화 아연(ZnCl2)을 공급한 것 외에는 실시예 3을 반복하였다. 반응기 내용물 중 Ni(0) 농도(중량%)를 하기 표 2에서 시간의 함수로 나타낸다:
Figure pct00051
ZnCl2의 존재 하에, 실시예 5 및 6의 결과는 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말에 비하여 BNC를 환원시켜 유래된 니켈 금속의 훨씬 더 높은 반응성을 나타낸다.
실시예 1-6은 BNC로부터의 니켈 금속이 Ni(CO)4 열 분해로부터 유래된 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말보다 한 자리 TTP 리간드와 훨씬 더 반응성이 크다는 것을 보여준다.
두 자리 인 -함유 리간드
실시예 7 내지 12 및 14 내지 16은 두 자리 포스파이트 리간드인 리간드 A를 사용한다. 리간드 A는 당 분야에 공지된 임의의 적합한 합성 수단에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 3,3'-디이소프로필-5,5',6,6'-테트라메틸-2,2'-비페놀은 미국 특허 출원 공보 제2003/0100802호에 개시된 과정에 의해 제조될 수 있는데, 여기에서 4-메틸티몰은 구리 클로로히드록시드-TMEDA 복합체(TMEDA는 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민) 및 공기의 존재 하에 치환된 비페놀에 산화적 커플링이 진행될 수 있다. 2,4-크실레놀의 포스포로클로리다이트 [(CH3)2C6H3O]2PCl은 예를 들어 미국 특허 출원 공보 제2004/0106815호에 개시된 과정에 의해 제조될 수 있다. 상기 포스포로클로리다이트를 선택적으로 형성하기 위해, 무수 트리에틸아민 및 2,4-크실레놀을 적절한 용매에 용해된 PCl3에 온도-제어된 조건 하에 별도로 및 동시에 조절된 방식으로 가할 수 있다. 원하는 리간드 A를 형성하기 위한 포스포로클로리다이트와 3,3'-디이소프로필-5,5',6,6'-테트라메틸-2,2'-비페놀의 반응은 예를 들어 미국 특허 제6,069,267호에 개시된 방법에 따라 수행될 수 있다. 상기 포스포로클로리다이트는 유기 염기의 존재 하에 3,3'-디이소프로필-5,5',6,6'-테트라메틸-2,2'-비페놀과 반응하여 리간드 A를 형성할 수 있고, 이는 당 분야에 공지된, 예를 들어 미국 특허 제6,069,267호에 기재된 기술에 따라 단리될 수 있다. 리간드 A는 화학식 I의 화합물의 일례이고, 하기 3PN 용매 중 리간드 A 용액은 미국 특허 제3,903,120호의 임의의 할로겐화된 촉매를 함유하지 않는다.
Figure pct00052
리간드 A
실시예 7 (비교)
공기와의 접촉을 피하기 위해, 건조 질소 대기로 작동되는 진공 분위기 건조 상자 내부에서 자석 교반 막대가 장치된 반응기 병에 반응물을 공급하였다. 상기 병에 3PN 용매 중 80 gm의 10 중량% 리간드 A 용액, 3.2 gm의 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말 및 1.0 gm의 무수 ZnCl2를 가하였다. 반응기 병을 봉하고, 건조 상자로부터 꺼내어, 실험실용 증기 후드로 옮기고 거기에서 자석 교반 플레이트 위에 놓았다. 다음, 반응 병 내부의 반응 혼합물을 80℃로 가열하였다. 반응 혼합물로부터 여과된 액체 샘플을 1시간 간격으로 반응기 병으로부터 꺼내고, 24시간 후 마지막 샘플을 취하였다. 24시간 샘플에서 용해성 니켈의 양을 LC를 이용하여 측정하였고, 용해성 니켈이 검출되지 않았다. 상기 결과는 반응이 리간드 A의 용해성 니켈 복합체의 형태로 약 20 내지 50 ppm 미만의 용해성 니켈을 생성하였음을 보여준다.
실시예 8 (비교)
반응 병에 3PN 용매 중 80 gm의 5 중량% 리간드 A 용액, 3.2 gm의 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말, 0.5 gm의 ZnCl2 및 15 마이크로리터의 PCl3를 공급한 것 외에는 실시예 7을 반복하였다. 380 nm의 파장에서 흡수량에 의해 2가의 니켈 복합체 (리간드 A) Ni(η3-C4H7)C≡N-ZnCl2를 검출하는 보정된 흡광법을 사용하였다. 상기 흡광법은 총 용해성 니켈에 있어서 LC 분석에 대하여 보정되었다. 하기 데이터는 72시간의 반응 시간에 걸쳐 단지 약 11 ppm의 용해성 니켈/hr의 속도를 나타낸다.
Figure pct00053
실시예 9
메트켐 BNC를 수소로 환원시켜, 50 gm의 BNC를 유리 환원관 내에 공급한 다음 수소 기체를 400℃에서 4시간의 짧은 시간 동안 상기 물질 위에 0.5 리터/분으로 유동시킨 것 외에는 실시예 3에 기재된 것과 유사한, 니켈 금속을 포함하는 니켈-함유 고체를 제조하였다.
니켈 금속의 측정된 표면적은 니켈 금속 1그램당 0.5 내지 2.5 제곱 미터였다.
예열된 물질 위에서 400℃에서 16시간 동안 0.5 리터/분 및 1 기압으로 수소를 유동시키기에 앞서, BNC 니켈 조성물을 150℃ 내지 400℃로 예열하여 예열된 물질을 제조하는 것을 더 포함하여, 니켈 금속의 제조를 반복하였다. 예를 들어, 질소를 BNC 니켈 조성물 위에 유동시켜 150℃ 내지 400℃에서 일정 시간 동안 BNC 니켈 조성물 위에서 질소를 유동시킨 다음, 상기 예열된 물질 위에 400℃에서 16시간 동안 수소를 0.5 리터/분 및 1 기압으로 유동시켰다.
실시예 7에 기재된 것과 유사한 2가지 실험을 수행하였다. 별도의 실험 모두에서, 각각의 반응 병에 3PN 용매 중 80 gm의 5 중량% 리간드 A 용액, 3.2 gm 의 상기 실시예의 니켈 금속 및 0.5 gm의 무수 ZnCl2를 공급하였다. 다음, 반응기 병 내부의 반응 혼합물을 80℃로 가열한 후, 실시예 7에 기재된 것과 유사하게, 여과된 액체 샘플을 시간의 함수로 회수하였다. 샘플을 각 샘플의 용해성 니켈 함량에 대하여 LC로 분석하여, 다음 결과를 수득하였다.
Figure pct00054
BNC의 환원으로부터 얻어진 니켈 금속은 ZnCl2의 존재 하에 리간드 A와 반응하여, 2가의 니켈 복합체 (리간드 A)Ni(η3-C4H7)C≡N-ZnCl2를 포함하여, 리간드 A의 용해성 니켈 복합체를 형성하였다. LC 분석은 또한 상기 반응의 도중 리간드 A의 분해를 나타내지 않았다.
PCl3 공급이 없어도, BNC로부터 얻어진 니켈 금속을 이용한 1040 ppm 총 용해성 니켈/hr의 초기 반응 속도는 실시예 8에서 베일 인코 형 123 니켈 금속 분말로 수득된 것보다 대략 100배 더 높았다.
반응 혼합물에 초음파 에너지를 가하면서, 리간드 A 용액과 실시예 9의 니켈 금속의 반응을 반복하여 리간드 A의 니켈 복합체를 형성하였다.
실시예 10
본 실시예는, 반응 시작 시 반응 병에 15 마이크로리터의 PCl3를 또한 공급한 것 외에는 실시예 9와 동일하였다.
Figure pct00055
실시예 9와 비교할 때, 상기 데이터는 용해성 니켈 복합체를 형성하는 초기 반응 속도가 약간 더 빨랐으나, 반응 혼합물에 PCl3를 가하는 것이 24시간 동안 총 용해성 니켈 농도를 증가시키지 않았음을 보여준다.
실시예 11 (비교)
본 실시예는 반응기에 ZnCl2가 공급되지 않은 것 외에는 실시예 9와 동일하였다. 24시간 후 반응 혼합물로부터 취한 여과된 액체 샘플의 LC 분석은 단지 23 ppm의 총 용해성 니켈이 존재함을 보였다. 본 실시예는 ZnCl2와 같은 루이스산이, 본 발명의 반응성 니켈을 사용할 때에도 보다 높은 수준의 총 용해성 니켈을 제공함을 보여준다.
실시예 9를 반복하여, 적어도 1종의 루이스산이, 그 양이온이 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 붕소, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 카드뮴, 레늄, 란탄, 유로퓸, 이터븀, 탄탈룸, 사마륨 및 주석을 포함하는 군에서 선택되는, 무기 또는 유기금속성 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 리간드 A의 니켈 복합체를 형성하였다. 예를 들어, FeCl2 또는 ZnCl2 및 FeCl2의 조합을 이용하여 실시예 9를 반복하였다.
제1 몰비를 0.5 내지 2.5로 조절하는 것을 더 포함하여, 실시예 9를 반복하여 리간드 A의 니켈 복합체를 형성하였다. 상기 조절은 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드의 총 몰당 적어도 1종의 루이스산 0.5 내지 2.5 총 몰을 반응기 병에 공급하는 것을 수반한다.
제2 몰비를 5 내지 1000으로 조절하는 것을 더 포함하여, 실시예 4를 반복하여 TTP의 니켈 복합체를 형성하였다. 상기 조절은 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드의 백만 몰당 인-할라이드 결합을 포함하는 할로겐화된 촉매 5 내지 1000 몰을 100 mL 들이 유리 반응기에 공급하는 것을 수반한다.
실시예 12 (본 발명에 의해 제공된 방법의 실시양태)
실시예 9를 반복하였으며, 여기에서 3PN 용매 중 리간드 A 용액은 하기 화학식의 한 자리 포스파이트 리간드를 더 포함하였다.
Figure pct00056
리간드 B 리간드 C
리간드 A, B 및 C를 포함하는 3PN 용매 중 리간드 A 용액은 미국 특허 제3,903,120호의 임의의 할로겐화된 촉매를 함유하지 않았다. 리간드 B 및 리간드 C의 농도는 각각 3PN 용매 중 리간드 A 용액의 0.01% 내지 3 중량%였다. BNC로부터 얻어진 니켈 금속을 이용한 반응 성능은 (리간드 A)Ni(η3-C4H7)C≡N-ZnCl2를 포함하는 니켈 복합체를 형성하기 위한 실시예 9의 실험과 동일하였다.
실시예 13
다른 한 자리 인-함유 리간드의 니켈 복합체를 형성하기 위해, 실시예 3, 4 및 6을 반복하였으며, 여기에서 화학식 II의 리간드가 재순환 TTP 용액의 TTP 리간드를 대신하였다.
<화학식 II>
P(X1R31)(X2R32)(X3R33)
식 중,
X1, X2, X3는 독립적으로 산소 또는 단일 결합을 나타내고,
R31, R32, R33은 독립적으로 동일 또는 상이한, 단일 또는 가교된 유기 라디칼을 나타낸다.
화학식 II의 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드는 한 자리 포스파이트, 한 자리 포스포나이트, 한 자리 포스피나이트 및 한 자리 포스핀으로 이루어진 군에서 선택된다.
다른 두 자리 인-함유 리간드의 니켈 복합체를 형성하기 위해, 실시예 9, 10 및 12를 반복하였는데, 여기에서는 화학식 I의 리간드가 리간드 A를 대체하였다.
<화학식 I>
Figure pct00057
식 중,
X11, X12, X13, X21, X22, X23은 독립적으로 산소 또는 단일 결합을 나타내고;
R11, R12는 독립적으로 동일 또는 상이한 단일 또는 가교된 유기 라디칼을 나타내며;
R21, R22는 독립적으로 동일 또는 상이한 단일 또는 가교된 유기 라디칼을 나타내며;
Y는 가교 기를 나타낸다.
화학식 I의 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드는 두 자리 포스파이트, 두 자리 포스포나이트, 두 자리 포스피나이트, 두 자리 포스핀 및 혼합된 두 자리 리간드로 이루어진 군에서 선택되고; 여기에서 혼합된 두 자리 리간드는 포스파이트-포스포나이트, 포스파이트-포스피나이트, 포스파이트-포스핀, 포스포나이트-포스피나이트, 포스포나이트-포스핀 및 포스피나이트-포스핀으로 이루어진 군에서 선택된다.
적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드는 하기 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 화학식 IIIc, 또는 이들의 임의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
<화학식 IIIa>
Figure pct00058
<화학식 IIIb>
Figure pct00059
<화학식 IIIc>
Figure pct00060
화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서,
R1은 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 페닐; 또는 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 나프틸; 또는 5,6,7,8-테트라히드로-1-나프틸이고;
<화학식 A>
Figure pct00061
<화학식 B>
Figure pct00062
(화학식 A 및 B에서,
Y1은 독립적으로 H, C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되고, Y2는 독립적으로 C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되며, Y3는 독립적으로 O 또는 CH2의 군에서 선택되고; n = 1 내지 4임)
화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서
O-Z-O 및 O-Z1-O는 독립적으로 하기 화학식 IV, V, VI, VII 및 VIII로 이루어진 군에서 선택된다:
<화학식 IV>
Figure pct00063
<화학식 V>
Figure pct00064
(화학식 IV 및 V에서,
R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9는 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시로 이루어진 군에서 선택되고; X는 O, S 또는 CH(R10)이며;
R10은 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
<화학식 VI>
Figure pct00065
<화학식 VII>
Figure pct00066
(화학식 VI 및 VII에서,
R20 및 R30은 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시, 및 CO2R13으로 이루어진 군에서 선택되고;
R13은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴이며;
W는 O, S 또는 CH(R14)이고;
R14는 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
<화학식 VIII>
Figure pct00067
(화학식 VIII에서,
R15는 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시, 및 CO2R16으로 이루어진 군에서 선택되고;
R16은, C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴임).
한 자리 및 두 자리 인-함유 리간드의 니켈 복합체를 각각 형성하기 위해, 니켈 (II) 및 옥살레이트, C1 내지 C6 카르복실레이트, 히드록시드 및 옥시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 니켈 조성물의 환원으로부터 얻어진 니켈 금속을 이용하여 실시예 4 및 9를 반복하였다.
실시예 14
제이티 베이커 케미칼 캄파니(J. T. Baker Chemical Company)의 제품인 블랙 산화 니켈(II)(번호 2792)을 300℃에서 16시간 동안, 0.2 리터/분의 수소 유량을 사용하여 수소로 환원시켰다. 환원 후, 수득되는 니켈-함유 고체는 검정색이었고 자성을 가져서, 니켈 금속의 존재를 나타냈다.
질소 대기 하에, 반응기 병에 3PN 용매 중 80 gm의 5 중량% 리간드 A 용액, 3.2 gm의 본 실시예의 니켈 금속, 및 0.5 gm의 무수 ZnCl2를 공급하였다. 반응기 병 내부의 반응 혼합물을 80℃로 가열한 후, 여과된 액체 샘플을 시간의 함수로 회수하고, 용해성 니켈 농도에 대하여 분석하여 다음 결과를 수득하였다.
Figure pct00068
실시예 15
리서치 인오가닉스 케미칼 캄파니(Research Inorganics Chemical Company)의 제품인 수산화 니켈(II)을 300℃에서 16시간 동안 0.2 리터/분의 수소 유량으로 수소로 환원하였다. 환원 후, 수득되는 니켈-함유 고체는 검정색이었고 자성을 가져서, 니켈 금속의 존재를 나타냈다.
질소 대기 하에, 반응기 병에 3PN 용매 중 80 gm의 5 중량% 리간드 A 용액, 3.2 gm의 본 실시예의 니켈 금속, 및 0.5 gm의 무수 ZnCl2를 공급하였다. 반응기 병 내부의 반응 혼합물을 80℃로 가열한 후, 여과된 액체 샘플을 시간의 함수로 회수하고, 용해성 니켈 농도에 대하여 분석하여 다음 결과를 수득하였다.
Figure pct00069
실시예 16
제이티 베이커 케미칼 캄파니의 제품인, 언급된 화학식 NiCO3 및 46.9%의 측정된 니켈 함량을 갖는 탄산 니켈(II)(번호 2764)을 300℃에서 16시간 동안, 0.2 리터/분의 수소 유량을 사용하여 수소로 환원시켰다. 환원 후, 수득되는 니켈-함유 고체는 검정색이었고 자성을 가져서, 니켈 금속의 존재를 나타냈다.
질소 대기 하에, 반응기 병에 3PN 용매 중 80 gm의 5 중량% 리간드 A 용액, 3.2 gm의 본 실시예의 니켈 금속, 및 0.5 gm의 무수 ZnCl2를 공급하였다. 반응기 병 내부의 반응 혼합물을 80℃로 가열한 후, 여과된 액체 샘플을 시간의 함수로 회수하고, 용해성 니켈 농도에 대하여 분석하여 다음 결과를 수득하였다.
Figure pct00070
실시예 17 (니켈 복합체를 이용한 3PN 히드로시안화)
ZnCl2, 트리페닐붕소 또는 미국 특허 제4,749,801호에 개시된 화학식 [Ni(C4H7C≡N)6][(C6H5)3BC≡NB(C6H5)3]2의 화합물과 같은 루이스산 촉진제의 존재 하에, 실시예 3, 4 또는 6의 반응기로부터 TTP의 용해성 니켈 복합체를 반응 영역에서 HC≡N 및 3PN과 접촉시켰다. 3PN을 ADN, MGN 및 ESN을 포함하는 디니트릴로 전환시키는 촉매가 형성되며, 여기에서 ADN이 주요 디니트릴 생성물이다.
ZnCl2, 트리페닐붕소 또는 미국 특허 제4,749,801호에 개시된 화학식 [Ni(C4H7C≡N)6][(C6H5)3BC≡NB(C6H5)3]2의 화합물과 같은 루이스산 촉진제의 존재 하에, 실시예 13의 반응기로부터 얻어진 화학식 II의 한 자리 인-함유 화합물의 용해성 니켈 복합체를 반응 영역에서 HC≡N 및 3PN과 접촉시켰다. 3PN을 ADN, MGN 및 ESN을 포함하는 디니트릴로 전환시키는 촉매가 형성되었다.
ZnCl2와 같은 루이스산 촉진제의 존재 하에, 실시예 9, 10, 12, 14, 15 또는 16의 반응 병으로부터 얻어진 리간드 A의 용해성 니켈 복합체를 반응 영역에서 HC≡N 및 3PN과 접촉시켰다. 90% 초과하는 3PN을 ADN, MGN 및 ESN을 포함하는 디니트릴로 전환시키는 촉매가 형성되었으며, ADN 분포는 95 내지 96%였다. ADN 분포는 기체 크로마토그래피(GC)로 측정할 때 100% * wt% ADN / (wt% ADN + wt% MGN + wt% ESN)과 같다.
(리간드 A)Ni(η3-C4H7)C≡N-ZnCl2 형태의 2가 니켈 복합체는 (리간드 A)Ni(η3-C4H7C≡N) 형태의 2가 니켈 복합체 및 (리간드 A)Ni(η2-C4H7C≡N) 형태의 0가 니켈 복합체와 평형을 이룰 수 있다.
ZnCl2와 같은 루이스산 촉진제의 존재 하에, 실시예 13의 반응 병으로부터 얻어진 화학식 I의 두 자리 인-함유 화합물의 용해성 니켈 복합체를 반응 영역에서 HC≡N 및 3PN과 접촉시켰다. 3PN을 ADN, MGN 및 ESN을 포함하는 디니트릴로 전환시키는 촉매가 형성되었다.
실시예 18 (니켈 복합체를 이용한 BD 히드로시안화)
실시예 3, 4, 6, 9, 10, 12, 13, 14, 15 또는 16의 반응기의 반응 혼합물로부터 얻어진 니켈 복합체를 반응 영역에서 1,3-부타디엔 및 시안화 수소와 접촉시켰다. 3-펜텐니트릴, 2-메틸-3-부텐니트릴 또는 이들의 조합을 생성하는 촉매가 형성되었다.
실시예 19 (니켈 복합체를 이용한 2M3BN 이성체화)
실시예 3, 4, 6, 9, 10, 12, 13, 14, 15 또는 16의 반응기의 반응 혼합물로부터 얻어진 니켈 복합체를 반응 영역에서 2-메틸-3-부텐니트릴과 접촉시켰다. 2-메틸-3-부텐니트릴의 적어도 일부를 3-펜텐니트릴로 전환시키는 촉매가 형성되었다.

Claims (23)

  1. (a). 니켈 금속 및 적어도 1종의 인-함유 리간드를 제1 반응 영역에 공급하는 단계; 및
    (b). 단계 (a)의 제1 반응 영역 내에서, 니켈 금속의 적어도 일부를 적어도 1종의 인-함유 리간드와 반응시켜, 니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계
    를 포함하며;
    단계 (a)에서 공급된 니켈 금속의 적어도 일부는
    (i). 니켈(II), 및 카르보네이트, 옥살레이트, C1 내지 C6 카르복실레이트, 히드록시드 및 옥시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 니켈 조성물을 제공하는 단계; 및
    (ii). 단계 (i)의 니켈 조성물의 적어도 일부를 환원시켜 니켈 금속을 형성하는 단계를 포함하는 추가 단계에 의해 제조되는, 니켈과 적어도 1종의 인-함유 리간드를 포함하는 니켈 복합체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 적어도 1종의 루이스산을 제1 반응 영역에 공급하는 것을 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 1종의 루이스산이 무기 화합물, 유기금속 화합물, 및 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 붕소, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 카드뮴, 레늄, 란타눔, 유로퓸, 이터븀, 탄탈룸, 사마륨 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 원소를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 펜텐니트릴을 포함하는 용매를 제1 반응 영역에 공급하는 것을 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 용매가 2-펜텐니트릴, 3-펜텐니트릴, 4-펜텐니트릴, 2-메틸-3-부텐니트릴 및 2-메틸-2-부텐니트릴로 이루어진 군의 1종 이상의 화합물을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 단계 (ii)의 니켈 조성물이
    a. 침전제 용액을 침전 반응기 내에서 니켈 용액과 접촉시켜 반응 혼합물을 형성하고;
    b. 상기 니켈 조성물을 상기 반응 혼합물로부터 침전시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조되며,
    상기 니켈 용액이 니켈(II) 이온 및 물을 포함하고, 상기 침전제 용액이 (i) 비카르보네이트 이온 및 물, (ii) 카르보네이트 이온 및 물, 및 (iii) 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되며; 또한 반응 혼합물 중 비카르보네이트 이온 대 니켈 이온의 몰비가 0.5:1 내지 2:1이고, 반응 혼합물 중 카르보네이트 이온 대 니켈 이온의 몰비가 0.5:1 내지 1.6:1인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 단계 (ii)의 니켈 조성물이 염기성 탄산 니켈, 또는 카르보네이트, 옥살레이트, C1 내지 C6 카르복실레이트, 히드록시드 및 옥시드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 음이온을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계 (ii)의 니켈 조성물이 염기성 탄산 니켈(II); 수산화 니켈(II); 산화 니켈(II), 염기성 탄산 니켈(II), 수산화 니켈(II) 및 산화 니켈(II)의 수화물 복합체; 및 염기성 탄산 니켈(II), 수산화 니켈(II) 및 산화 니켈(II)의 암모니아 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 니켈 조성물이, (1) 니켈(II), 암모니아, 탄산 암모늄 및 물을 포함하는 수용액; (2) 니켈(II), 카르보네이트 음이온 및 물을 포함하는 수용액; 및 (3) 니켈(II), 비카르보네이트 음이온 및 물을 포함하는 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 수용액으로부터 침전에 의해 생성된 염기성 탄산 니켈(II)을 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 니켈 조성물이 니켈을 포함하는 광석으로부터 제조된 염기성 탄산 니켈(II)을 포함하고; 염기성 탄산 니켈(II)은 알루미늄, 칼슘, 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 망간, 나트륨, 황 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 임의로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 1종의 인-함유 리간드가 두 자리 포스파이트, 두 자리 포스포나이트, 두 자리 포스피나이트, 두 자리 포스핀, 및 혼합된 두 자리 리간드로 이루어진 군에서 선택된 두 자리 인-함유 리간드이고; 혼합된 두 자리 리간드는 포스파이트-포스포나이트, 포스파이트-포스피나이트, 포스파이트-포스핀, 포스포나이트-포스피나이트, 포스포나이트-포스핀 및 포스피나이트-포스핀으로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 적어도 1종의 인-함유 리간드가 하기 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 화학식 IIIc, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 두 자리 인-함유 리간드인 방법.
    <화학식 IIIa>
    Figure pct00071

    <화학식 IIIb>
    Figure pct00072

    <화학식 IIIc>
    Figure pct00073

    [화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서,
    R1은 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 페닐; 또는 하나 이상의 C1 내지 C12 알킬, C1 내지 C12 알콕시 기, 또는 하기 화학식 A 및 B의 기, 또는 -(CH2)nOY2로 치환되거나 치환되지 않은 나프틸; 또는 5,6,7,8-테트라히드로-1-나프틸이고;
    <화학식 A>
    Figure pct00074

    <화학식 B>
    Figure pct00075

    (화학식 A 및 B에서,
    Y1은 독립적으로 H, C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되고, Y2는 독립적으로 C1 내지 C18 알킬, 시클로알킬 또는 아릴의 군에서 선택되며, Y3는 독립적으로 O 또는 CH2의 군에서 선택되고; n = 1 내지 4임)
    화학식 IIIa, IIIb 및 IIIc에서
    O-Z-O 및 O-Z1-O는 독립적으로 하기 화학식 IV, V, VI, VII 및 VIII로 이루어진 군에서 선택된다:
    <화학식 IV>
    Figure pct00076

    <화학식 V>
    Figure pct00077

    (화학식 IV 및 V에서,
    R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9는 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시로 이루어진 군에서 선택되고; X는 O, S 또는 CH(R10)이며;
    R10은 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
    <화학식 VI>
    Figure pct00078

    <화학식 VII>
    Figure pct00079

    (화학식 VI 및 VII에서,
    R20 및 R30은 독립적으로 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시, 및 CO2R13으로 이루어진 군에서 선택되고;
    R13은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴이며;
    W는 O, S 또는 CH(R14)이고;
    R14는 H 또는 C1 내지 C12 알킬임);
    <화학식 VIII>
    Figure pct00080

    (화학식 VIII에서,
    R15는 H, C1 내지 C12 알킬, 및 C1 내지 C12 알콕시, 및 CO2R16으로 이루어진 군에서 선택되고;
    R16은 C1 내지 C4 알킬로 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C12 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴임)]
  13. 제1항에 있어서, 적어도 1종의 인-함유 리간드가 두 자리 인-함유 리간드이고, 단계 (a)에서 한 자리 포스파이트, 한 자리 포스포나이트, 한 자리 포스피나이트 및 한 자리 포스핀으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드를 공급하는 것을 더 포함하는 방법.
  14. 제2항에 있어서, 단계 (a)에서 적어도 1종의 인-함유 리간드가 두 자리 인-함유 리간드이고, 제1 몰비를 약 0.5 내지 약 2.5로 조절하는 것을 더 포함하며, 제1 몰비는 단계 (a)에서 공급되는 적어도 1종의 루이스산의 총 몰수를 단계 (a)에서 공급되는 적어도 1종의 두 자리 인-함유 리간드의 총 몰수로 나눈 값으로 정의되는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 제1 반응 영역에, PCl3, R17PCl2, R18OPCl2, [R19][R20]PCl, [R21][R22O]PCl 및 [R23O][R24O]PCl(식 중, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23 및 R24는 독립적으로 C1 내지 C18 히드로카르빌 라디칼로 이루어진 군에서 선택됨)로 이루어진 군에서 선택된 인-할라이드 결합을 포함하는 적어도 1종의 할로겐화된 촉매를 공급하는 것을 더 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 단계 (a)에서 적어도 1종의 인-함유 리간드가 한 자리 인-함유 리간드이고, 제2 몰비를 약 5 내지 약 1000으로 조절하는 것을 더 포함하며, 제2 몰비는 단계 (a)에서 공급되는 할로겐화된 촉매의 총 몰수를 단계 (a)에서 공급되는 적어도 1종의 한 자리 인-함유 리간드의 백만 총 몰수로 나눈 값으로 정의되는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 단계 (b)의 반응 혼합물의 온도를 약 0℃ 내지 약 150℃로 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 추가 단계 (ii)의 환원 전에 니켈 조성물을 150℃ 내지 700℃로 예열하는 것을 더 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 니켈 금속의 표면적이 니켈 금속 1 그램당 0.5 내지 30 제곱 미터인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 단계 (b)의 반응 혼합물로부터의 니켈 복합체를 제2 반응 영역에서 루이스산 촉진제의 존재하에 3-펜텐니트릴 및 시안화 수소와 접촉시켜 아디포니트릴을 제조하는 것을 더 포함하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 단계 (b)의 반응 혼합물로부터의 니켈 복합체를 제3 반응 영역에서 1,3-부타디엔 및 시안화 수소와 접촉시켜 3-펜텐니트릴, 2-메틸-3-부텐니트릴 또는 3-펜텐니트릴과 2-메틸-3-부텐니트릴의 조합을 제조하는 것을 더 포함하는 방법.
  22. 제1항에 있어서, 단계 (b)의 반응 혼합물로부터의 니켈 복합체의 적어도 일부를 제4 반응 영역에서 2-메틸-3-부텐니트릴과 접촉시켜 3-펜텐니트릴을 제조하는 것을 더 포함하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 추가 단계 (ii)의 환원이 탄소질 물질, 수소, 또는 탄소질 물질과 수소의 조합을 포함하는 환원제를 사용하여 150℃ 내지 700℃ 범위의 온도 및 0.01 기압 내지 100 기압 범위의 총 압력에서 수행되는 방법.
KR1020137005761A 2010-09-07 2011-06-13 니켈 인 리간드 복합체의 제조 KR20130099931A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US38044510P 2010-09-07 2010-09-07
US61/380,445 2010-09-07
US6038110A 2010-12-15 2010-12-15
WOPCT/US2010/060381 2010-12-15
PCT/US2011/040193 WO2012033556A1 (en) 2010-09-07 2011-06-13 Preparing a nickel phosphorus ligand complex

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130099931A true KR20130099931A (ko) 2013-09-06

Family

ID=49451053

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147015649A KR20140084339A (ko) 2010-09-07 2011-06-13 니켈 금속 및 니켈 착물 제조용 니켈 조성물
KR1020137005767A KR20140001830A (ko) 2010-09-07 2011-06-13 니켈 금속 및 니켈 착물 제조용 니켈 조성물
KR1020137005761A KR20130099931A (ko) 2010-09-07 2011-06-13 니켈 인 리간드 복합체의 제조

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147015649A KR20140084339A (ko) 2010-09-07 2011-06-13 니켈 금속 및 니켈 착물 제조용 니켈 조성물
KR1020137005767A KR20140001830A (ko) 2010-09-07 2011-06-13 니켈 금속 및 니켈 착물 제조용 니켈 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (3) KR20140084339A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023537878A (ja) * 2020-08-12 2023-09-06 エルジー・ケム・リミテッド ０価ニッケル化合物の製造方法および重合体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140084339A (ko) 2014-07-04
KR20140001830A (ko) 2014-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9371346B2 (en) Preparing a nickel phosphorus ligand complex
US9371343B2 (en) Nickel metal compositions and nickel complexes derived from basic nickel carbonates
CN101479236B (zh) 通过丁二烯的氢氰化制备3-戊烯腈的方法
EP2044007A2 (en) Process for making 3-pentenenitrile by hydrocyanation of butadiene
WO2008008926A2 (en) Hydrocyanation process with reduced yield losses
KR20130099931A (ko) 니켈 인 리간드 복합체의 제조
US9687835B2 (en) Composition for improved nickel-ligand solubility

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination