200531962 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明提供一種共輛二烯之羰化方法。 【先前技術】 共軛二烯之羰化反應在該項技術中係熟知的。在此說明 書中，術語羰化係指共軛二烯在一氧化碳及共反應物存在 下藉由過渡金屬錯合物之催化作用所進行的反應。在此方 法中，將一氧化碳以及共反應物如WO-A-03/03 1457中所述 般添加至二烯。WO-A-03/03145 7揭示了一種共軛二烯之羰 化方法，藉此該共軛二烯與一氧化碳及一具有一活性氫原 子之化合物（例如氫、水、醇類及胺類）在一催化系統存在下 進行反應，该催化糸統基於（a) 一把陽離子源，（b) 一式（I) 之含磷配位體及其混合物： Q1>P-(CH2)n-PQ2Q3 ⑴ 其中Q1為二價基團，其連同其所連接之磷原子代表一未 經取代或經取代之2-磷雜-金剛烷基團或其衍生物，其中碳 原子之一或若干個係經雜原子置換，Q2及Q3獨立地代表一 具有1-20個碳原子之單價基團或接合代表具有2_2〇個碳原 子之二價基團，且η為4或5。 如W〇^A-03/040065中所述，在通常用於羰化之條件下， 共軛一烯亦可形成二聚體及/或調聚物。此副反應係高度不 當的，因為其減小了所要幾化產物的產率。對幾化產物對 於調聚反應產物之選擇性在本文中進—步稱作化學選擇 99480.doc 200531962 除需要達成盡可能高之化學選擇性外，亦存在達成對一 或若干種可能之異構羰化產物具有尤其高之選擇性的需 要，該選擇性在本文中進一步稱作區位選擇性。對於共軛 二烯之羰化而言，通常需要對直鏈產物，意即對初級碳原 子處之反應具有區位選擇性，因為分枝產物通常無工業用 途，而該等直鏈產物（例如）在合成供聚醯胺類使用之已二酸 衍生物中為重要的中間體。 WO-A-03/03 1457中所揭示之催化劑僅提供有限的化學 •選擇性及產率，同時需要相對大量之鈀及配位體來達成至 少滿思的週轉數且需要尚溫。此使得所揭示之方法操作代 價高。此外，所得產物混合物需要經歷實質性的純化及/或 歸因於低選擇性與副產物分離，及歸因於所採用之配位體 之低穩疋性與配位體剩餘物分離，此在工業製程中是不合 需要的。 因此，仍需提供一種具有以下性質之催化系統··組合對 φ 直鏈羰化產物之較高化學選擇性及較高區位選擇性，同時 採用較低量之鈀亦產生高週轉率及產率以增大該方法之總 體效率。該種組合亦避免產物混合物必須經受一實質性純 化來移除調聚或聚合副產物以及非直鏈產物。 吾人已發現以上所識別之共軛二烯與一具有至少一活性 氫原子之共反應物的幾化方法在以下戶斤陳狀新顆催化系 統存在下可非常有效地執行。 【發明内容】 因此，本發明提供一種共軛二烯之羰化方法，其包含使 99480.doc 200531962 該共軛二烯與一氧化碳及一具有一活w气 ’ 沽性虱原子之共反應物 在一催化系統存在下進行反應，該催化系統包括： (a)—鈀源；及 (b) —式II之雙齒二膦配位體， R^P^R-P^r^rS (ii) 其中P1與P2代表磷原子； R1代表一藉由兩個三級碳原子連接至該磷原子之視情況 經取代之二價有機基團；且&2及&3獨立地代表含有一個三 _ 級碳原子之mo個原子的單價基團，各基團藉由該三級碳 原子連接至該磷原子，或汉2與汉3接合形成一含有至少2個三 級碳原子之視情況經取代之二價有機基團，該基團藉由該 等三級碳原子連接至該磷原子；且尺代表一包含3個原子之 二價橋接基團，P1藉由該等原子線性連接至P2 ;及 (c) 一陰離子源。 在根據本發明之方法中，組份0)之合適鈀源包括鈀金屬 φ 及錯合物及其化合物，諸如鈀鹽，例如鈀及鹵化物酸、硝 酸、硫酸及磺酸之鹽；鈀錯合物，例如與一氧化碳或乙醯 基丙酮酸鹽之錯合物，或與諸如離子交換劑之固體材料組 &之把。較佳使用把及羧酸之鹽，適當地，具有高達12個 石反原子之羧酸的鹽，諸如乙酸、丙酸及丁酸之鹽，或諸如 二氯乙酸及三氟乙酸之經取代之羧酸的鹽。一非常合適之 源係乙酸鈀（II)。 在根據式（II)之雙齒二膦配位體（b)中，R1代表一藉由兩個 二級碳原子連接至該磷原子之視情況經取代之二價有機基 99480.doc 200531962 團；R2與R3 —起或獨立地代表含有一個三級碳原子之相同 或不同之視情況經取代之有機基團，各基團藉由該三級碳 原子連接至該磷原子。 基團R1、及R2及R3個別地或接合地可進一步含有一或多 個諸如氧、氮、硫或磷之雜原子及/或經一或多個包含（例如） 氧、氮、硫及/或鹵素之官能基取代，例如經氟、氣、演、 破及/或氰基取代。 R在各狀況下均為一分枝環狀之未經雜原子取代或經雜 ^ 原子取代的二價烷基，其在伸烷基鏈中具有4至1〇個原子， 其中該等CHr基團亦可經例如_c〇-、·〇_、_siR2·哎_nr之 雜基團置換且其中該等氫原子之一或多個可經例如芳基之 取代基置換。 合適之單價基團R2與R3僅藉由磷原子P2互相連接，且其 較佳具有4至20個碳原子，且其更佳具有4至8個碳原子。各 基團藉由其連接至該磷原子之三級碳原子可經脂族、環脂 φ 族或芳族取代基取代，或可形成經取代之飽和或不飽和脂 族環結構的部分，其均可含有雜原子。較佳地，該三級碳 原子經烷基取代，進而使該三級碳原子成為三級烷基之部 分，或經醚基取代。尤其合適之有機基團…及汉3之實例為 第三丁基、2- (2-甲基）丁基、2普乙基）丁基、2仆苯基） 丁基、2_(2-甲基）戊基、2-(2-乙基）戊基、2_(2_甲基_4•苯基） 戊基及1-(1-甲基）環己基。 土 雖然單價基團R2與R3由於較低量之不同原料在合成中的 使用可各自個別地為不同的有機基團，但其較佳代表相同 99480.doc 200531962 基團。然而更佳地，歸因於由此等基團誘導之高位阻及該 等配位體所達成之高選擇性，R2與R3代表第三丁基。 雖然使用基團R與R代表諸如第三丁基之相同單價三級 烧基之配位體已獲得非常良好之結果，但是由於需要使用 諸如格林納（Grignard)反應物之金屬有機化合物，該等配位 體在工業規模内係難以獲得的。 R1、及R2及R3接合代表經由兩個三級碳原子直接連接至 該磷原子之相同或不同之二價基團的二膦配位體亦可獲得 非常良好的結果。此二價基團可具有一單環結構或一多環 結構。 因此，如上文對R1所定義，R2連同R3可形成一視情況經 取代之二價有機基團，其係藉由兩個三級碳原子連接至該 填原子上。 各基團係藉由其連接至該磷原子之三級碳原子係可經脂 族、環脂族取代，或形成經取代之飽和或不飽和脂族環結 構的一部分，其均可含有雜原子。較佳地，三級碳原子係 經烧基取代，進而使該三級碳原子成為三級烷基之一部 分，或經鱗基取代。 合適之單環二膦結構包括Rl、及R2&R3一起代表未經取 代或經取代之CU-Cm-伸烷基且其中CH2·可經諸如-Ο-之雜 基團置換的彼等結構，其包括1，1，4,4-四甲基-丁 -1，4_二基 1’4 一 曱基-1，4 - 一 甲氧基丁 _1，4 -二基 _、l，l，5,5-四曱基一 戊-1，5-二基-、1，5_二甲基二曱氧基-戊—込^二基…3_ 噁-1，5-二曱氧基-戊_i，5_二基四甲基-戊“ 5_ 99480.doc -10- 200531962 基J惡-1，5·二甲基-1，％二甲氧基-戊_i，5_二基_及承載 兩個連接至該磷原子之三級碳原子的類似二價基結構。 3有忒等—價基團之二膦具有以下優勢··其可經由涉及 在溫和條件下反應膦之不同合成路徑來得到，此使其更容 易在工業規模上得到。因此，Rl、及R2AR3一起亦可代表 視ί月況經取代之二價環脂族基團，其中該環脂族基團經 由兩個三級碳原子連接至㈣原子。在此狀況下，Ri、及 R2連同R3較佳為在伸烧基鏈上具有4至1()個原子之分枝環 狀之未經雜原子取代或經雜原子取代的二價烧基，其中該 等CH2-基團亦可經例如_c〇_、·〇_、_叫_或抓之雜基團 置換且其令氮,一 , 原子之或多個可經例如芳基之取代基置 換。 在此等中’尤佳之二價單環結構R1及視情況之R2及r3_ 起為例如2,2,6,6·四取代之膦_4,或2,2，M-四取代之膦_4_ 硫嗣結構’其環原子可視情況經雜原子取代。如. 02/064249中所述，包含兮莖社塞 便利地獲得。^亥^構之配位體可在溫和條件下 舉例而言，具有相同有機基團R1及接合汉2及 膦可藉由使化合物H2pl_R_p2H 雙^一 (Zl72C\-iC73\ in 2 (A)與化合物 (Z z C)-（cz h〇yMcZ4) z5z6 獲得，藉此Z、〜及力…主⑻進仃反應來便利地 Z及Z代表視情況經雜 機基團，Z3及Z4代表禎悴、π故E 取代之有 基，且藉此Y代表氧或硫。 *機基團或風 該種化合物之一實例為2,6_二曱美 土 ，_庚—稀-4-酿)（亦 99480.doc 200531962 稱為二亞異丙基丙酮或佛爾酮（ph_e))。㈣用多於一種 之單一化合物（B)，則形成具有包含R1及R2及包含R3及R4之 不同基團的配位體。該等雙齒配位體可以内消旋或外消旋 形式來製備。對於本發明之目的而言，較佳為内消旋形式。 在根據式（II)之二膦配位體種，R較佳代表包含3個原子之 二價橋接基團，P1經由該等原子線性連接至P2。對於熟練 者而言，術語”線性連接”清晰且明白地具有該磷原子尸及 P2藉由三個原子鏈線性及直接連接之意義。舉例而言，若r 為二亞甲基，則該配位體具有以下結構··
RkpLCHfCHydPWR3。 石適之橋接基團R可以碳原子為主，諸如視情況可經取代 之三亞甲基（正丙烷）及/或其衍生物，其中該等碳原子之一 或多個可經雜原子置換，諸如（例如）在氧基二甲烷中或在二 甲胺中。合適之雜原子包括氮、硫、石夕或氧原子。因此， 該橋接基團R可經（例如）烷基或雜原子取代或未經取代。橋 接基團之合適的取代基包括含有諸如鹵化物、硫、鱗、氧 及氮之雜原子的基團。該等基團之實例包括氯化物、漠化 物、碘化物及以下通式之基團：-〇·Η、-〇_χ2、_C0_X2、 -c〇-〇-x2、，S_H、_s_x、、_顺2、_ΝΗχ、_N〇2、 -CN、_CO-NH2、-CO-NHX及-CO-NX2，其中 x獨立地代表 具有1至4個碳原子之烷基，如甲基、乙基、丙基、異丙基 及正丙基。然而，因為該等配位體容易得到，所以R較佳代 表三亞甲基（正丙烷）。 根據本發明之尤佳二膦配位體係根據式（II)之化合物，其 99480.doc -12- 200531962 中R1、及R2連同R3連同個別磷原子p^p2形成2,2,6,6_四甲 基膦-4-酮，且其中R代表一伸丙基（三亞甲基）主鏈結構。 雙齒二膦（意即催化劑組份（b))之莫耳數與每莫耳鈀原子 (意即催化劑組份（a))之比率並非關鍵。其較佳在〇1至1〇〇 範圍内、更佳自0.5至10、更佳自}至5、更佳在1至3範圍内、 再佳在1至2範圍内、且更佳在丨至15範圍内。在氧存在下， 稍高於化學計量量係有益的。 令人十分驚奇的是，吾人已發現其中R為伸乙基之在磷原 子處具有第三丁基或環狀取代基的類似配位體與根據本發 明方法之配位體相比僅具有非常有限的活性。類似地， WO-A_03/03 1457所揭示之其中Ri與r4如本文中所定義、但 其中R代表具有多於3個原子、詳言之4或5個原子之橋接基 團的配位體活性顯著較小且需要更高量之鈀（在二烯基質 上約1:45 0)及較咼溫度以達成類似水平之轉換率，且僅達成 非常有限之選擇性。因此，在本方法中，該催化劑較佳以 每莫耳共軛二烯低於500莫耳鈀原子的量存在。 本方法允許共軛二烯與一氧化碳及一共反應物進行反 應。該共軛二烯反應物具有至少4個碳原子。該二烯較佳具 有4至20且更佳4至14個碳原子。然而，在一不同之較佳實 施例中，該方法亦可應用至在其分子結構中、例如在諸如 合成橡膠之聚合物的鏈中含有共軛雙鍵的分子。 該共軛二烯可為經取代型或未經取代型。該共軛二烯較 佳為未經取代之二烯。有用共軛二烯之實例為丨’弘丁二烯、 共軛戊二烯、共軛己二烯、環戊二烯及環己二烯，其均可 99480.doc -13· 200531962 為經取代型。具有特定商業利益者係丨，^丁二烯與2_甲基 -丁^一烤（異戊二稀）。 含有該二烯反應物之餵料未必必須免於與烯烴混合，因 為本發明之羰化反應對於二烯餵料尤其具有選擇性。甚至 疋以孩一烯反應物計具有高達5莫耳％之炔烴的混合物在 該餵料亦係可容許的。 假料中之二稀與共反應物之比率（v/v)可在寬界限内變化 且適宜在1:0·1至1:500範圍内。 •根據本發明之共反應物可為任何具有流動氫原子之化合 物，且能在催化作用下作為親核體與二烯進行反應。該共 反應物之本質很大程度上決定了所形成產物之類型。一合 適之共反應物為水、羧酸、醇、氨或胺、硫醇或其組合物。 因為該共反應物為水，所以所得產物為乙烯系不飽和羧 酸。因為該共反應物為羧酸，所以獲得乙烯系不飽和酸酐 類。對於醇共反應物而言，羰化產物為酯。類似地，使用 φ 氨（ΝΙί3)或一級或二級胺RNH2或R，R，，NH產生醯胺，而使用 硫醇RSH產生硫酯。在上文所定義之共反應物中，r、r，及 /或R"代表視情況經雜原子取代之有機基團，較佳為烷基、 稀基或芳基。當採用氨或胺類時，一小部分此等共反應物 與在形成醯胺及水下存在的酸進行反應。因此，在氨或胺 共反應物狀況下，總有水存在。 羧酸共反應物較佳具有與二烯反應物相同之碳原子數加 1的碳原子數。 較佳的醇共反應物為每分子具有1至2〇個、更佳具有1至6 99480.doc -14- 200531962 個碳原子的烷醇及每 的烧二醇。書亥等境醇〃有2_20個、更佳2至6個石炭原子 之方法中，合適之户心腊族、環脂族或芳族。在本發明 1，3_丙二醇、異二包括J醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、 -1-丙醇（異丁醇）、丁 ~ 2·丁醇（第二丁醇；）、2_甲基 戊醇、3-戊醇、2·甲美土 2丙醇（第二丁醇）、；!__戊醇、2_ 2-甲基-2-丁醇（第—^小丁醇、3-甲基小丁醇（異戊醇）、 …基二:，1·己醇、2_己醇、…戊醇、 產物之特定：用:其中歸因於可達成之高週轉率及所得 特疋只用性，以甲醇為最佳。 較佳胺類為每分早且 有至20個、更佳i至6個碳 :胺類為每分子具有2，個、更佳2至6個碳原子原子； 為脂族、環脂族或芳族。歸因於所達成之高週轉率，更佳 為乳及-級胺。在催化系統之陰離子⑷為酸之狀況下氨 或胺的量較佳小於當時以胺官能度計之化學計量量。 不注意地，當共反應物為氨，且少部分為一級胺時，少 量存在的酸在水解離下反應成醯胺。因此，亦總存在少量 自共輛一烯、一氧化碳及水形成的酸，其接著置換藉由如 上所述直接進行反應轉換成醯胺之酸。 硫醇共反應物可為脂族、環脂族或芳族。較佳的硫醇共 反應物為每分子具有1至20個、更佳具有1至6個碳原子的脂 族硫醇類，及每分子具有2-20個、更佳2至6個碳原子的脂 族二硫醇類。 陰離子源（c)較佳為酸、更佳為竣酸，其可用作促進劑組 99480.doc -15- 200531962 份（C)以及反應溶劑。 再佳地，該陰離子源為具有高於20之{)1^(在18。(:：下於水 溶液中量測）的酸，且更佳地，催化劑組份（c)為具有高於30 之pKa、更佳高於3.6之pKa的酸。 較佳酸之實例包括羧酸，諸如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、 戊烯酸及壬酸，吾人發現由於低極性及高pKa而高度較佳之 後二者增大催化系統之反應性。與所要反應產物對應之酸 可非常便利地用作催化劑組份（c)。 在共輛二烯為1，3_丁二烯之狀況下，戊烯酸為尤佳的。催 化劑組份（c)亦可為含有羧酸基團之離子交換樹脂。此有利 地間化了產物混合物之純化。 陰離子源與把（意即催化劑組份（c)與（b))之莫耳比率並非 關鍵。然而，歸因於催化系統之經增強之活性，其適宜在 2:1與107··1之間且更佳在1〇2:1與1〇6:1之間、更佳在丨…^與 105:1之間、且最佳在1〇2:1與1〇4:1之間。 若共反應物應與用作陰離子源之酸進行反應，則應以使 得合適量之游離酸存在之方式來選擇該酸相對於共反應物 的量。通常，歸因於經增強之反應速率，對於共反應物大 量過剩的酸係較佳的。 其中使用元全催化糸統的數量並非關鍵且可在寬界限内 變化。通常每莫耳共輛二烯使用把原子在1〇-8至莫耳範 圍内、較佳在10-7至10-2莫耳範圍内、較佳在每莫耳1〇_5至 10 2公克原子範圍内的量。該方法可視情況在溶劑存在下進 行’然而’用作組份（c)之酸較佳用作溶劑及用作促進劑。 99480.doc -16- 200531962 根據本發明之羰化反應在適中溫度及壓力下進行。合適 之反應溫度在〇-250°C範圍内、更佳在50-200°C範圍内、更 佳在80-150°C範圍内。 反應壓力通常為至少大氣壓。合適之壓力在〇丨至15 MPa(l至150巴）範圍内、較佳在〇 5至8 5 乂〜（5至85巴）範圍 内。在〇·1至8 MPa(l至80巴）範圍内之一氧化碳分壓為較 佳，4至8MPa之上範圍為更佳。較高壓力需要提供特殊設 備。 在根據發明之方法中，一氧化碳可以其純淨形式使用或 經諸如氮之惰性氣體、二氧化碳或諸如氬之稀有氣體或諸 如氨之共反應物氣體稀釋。 此外，添加有限量之氫，諸如所用一氧化碳量之3莫耳％ 至20莫耳％，促進該羰化反應。然而，使用較高量之氫傾 向於引起二浠反應物及/或不飽和竣酸產物之不當氫化。 【實施方式】 本發明藉由下列非限制實例來說明。 實例1及對照性實例A-D-以甲醇使丁二烯羰化的分批反應 使一 250 ml磁力攪拌高壓釜中連續潰入醋酸鈀（〇1 mmol)、20 ml甲醇、40 ml戊烯酸及〇·3 mm〇l實例丨及對照性 貫例A及B中之個別配位體，及〇 · 5 mmo 1對照性實例c及D中 所採用之配位體。 接著關閉該高壓蒼且將其抽空及以氮沖洗，及接著抽取 入20 ml 丁二烯。該高壓爸以c〇加壓至6.0 MPa、密封、加 99480.doc -17- 200531962 熱至135°C且在該溫度下維持10小時。最後冷卻該高壓釜且 用GLC分析反應混合物。 如表I中所表示，此分批操作之初始羰化速率（莫耳/小時/ 莫耳Pd)定義為第一個兩小時内消耗CO之平均速率。 在實例1中，以戊烯酸甲酯之高於95%之選擇性轉換約 80%之丁二烯。在對照性實例A及B中，約30%之丁二烯已 反應成4-乙烯基環己烯與丁二烯聚合物之混合物。在對照 性實例C及D中，可量測到無CO轉換。
實例 配位體 初始幾化速 率 對戊烯酸酯 之選擇性 丁二烯轉 換率[%] 副產物 mol/mol Pd/hr 1 1，3-P，P’-雙(2,2,6,6-四甲基-膦-4-酮）-丙烧 500 >95 80 4-乙烯基環己烷 (VCH) A 1，3-雙（二-第三丁 基膦基)丙烷 80 <50 30 聚丁二烯及VCH B 1，2-雙-(2,2,6,6-四 甲基-膦-4-酮）乙烷 35 <10 15 聚丁二烯及VCH C 1,2-雙- (9-磷雜雙環 -[3.3.1]-壬基乙烧 ―氺 30 聚丁二烯及VCH D 1，4-(聯苯基膦基)-丁烧 30 聚丁二烯及VCH *可量測到無CO轉換。 該等結果指示本方法顯示申請專利範圍之催化系統之令 人驚奇的高轉換率及選擇性，而未根據本發明之配位體儘 管結構緊密相關但仍顯示差的多的效能。 99480.doc -18-