TWI634946B - 粗質pnpnh化合物之純化方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於純化具下列通式結構式之粗質PNPNH化合物的方法,R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H其中R1、R2、R3、R4及R5獨立地為鹵素、胺基、三甲基矽基、C1-C10-烷基、經取代之C1-C10-烷基、C6-C20-芳基及經取代之C6-C20-芳基,或為任何環狀衍生物,其中該PNPN-H結構中的至少一個P或N原子為環系統的成員,該環系統係藉由取代PNPNH結構中之一或多個成分單元(constituent compound)而形成,該方法包含:A.a)在加熱下,將該粗質PNPNH化合物溶解於C1-C10醇或其混合物;b)冷卻由步驟a)獲得的溶液;及c)沉澱該PNPNH化合物、分離及隨意地乾燥;或B.(i)以C1-C10醇或其混合物洗滌該粗質PNPNH化合物;(ii)分離出該PNPNH化合物及隨意地將其乾燥。

Description

粗質PNPNH化合物之純化方法
本發明關於一種用於純化粗質PNPNH-化合物的方法。
具有一般結構式PNPNH之化合物已知為可成功地用於催化乙烯寡聚合的配位基系統。於此,它作為配位基較佳地和鉻催化劑反應。與合適的共催化劑一起,此系統在乙烯的二-、三-及/或四聚合反應中為有效的。
例如,EP 2 239 056 B1描述一種用於乙烯的二-、三-及/或四聚合反應之催化劑組成物及方法。該催化劑組成物包含鉻化合物、一種通式R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H的配位基以及一種作為活化劑的共催化劑。配位基的取代基R1、R2、R3、R4及R5獨立地選自一些功能性基團,包含(尤其是)C1-C10-烷基、芳基及經取代的芳基。鉻來源為CrCl3(THF)3、Cr(III)乙醯丙酮酸鹽、Cr(III)辛酸、Cr-六羰基、Cr(III)-2-乙基己酸或(苯)三羰基-鉻(其中THF為四氫呋喃)。共催化劑 或活化劑為三甲基鋁、三乙基鋁、三異丙基鋁、三異丁基鋁、三氮三乙基二鋁、二乙基氯化鋁、乙基二氯化鋁、甲基鋁氧烷或包含前述至少一種的組合。
催化劑成分的較佳選擇包含CrCl3(THF)3作為鉻源、三乙基鋁作為活化劑以及(Ph)2P-N(i-Pr)-P(Ph)-N(i-Pr)-H作為如下用於催化活性複合物的配位基 其中Ph為苯基基團且i-Pr為異丙基基團。此配位基特徵為典型的PNPN-H-骨架,其正是為何此類化合物通常被稱為“PNPNH-配位基”的理由,而不管其取代基的實際性質。
WO 2009/006979 A2描述一種已揭露於EP 2 239 056 B1之通用形式之基本上經修飾的催化劑系統。此種經修飾的催化劑系統具有來自相同之PNPNH-類型配位基的優點。然而,現在加入一種“改質劑”於該系統,(但不限於)形式[H4E]X、[H3ER]X、[H2ER2]X、[HER3]X或[ER4]X(其中E=N或P,X=Cl、Br或I及R=烷基、環烷基、醯基、芳基、烯基、炔基等)的銨或鏻鹽。
揭露於WO 2009/006979 A2之發明較佳的實施例,涉及了例如,改質劑如鏻四苯基氯化、銨四乙基氯化-單水合物,三乙基胺-氫氯化物等。而且,作為一種“形式[ER4]X”-改質劑,基於其低價位、足量供應以及在反應溶液的良好溶解度,可有利地使用氯化十二基三甲基銨。
事實上,PNPNH配位基之特別設計的配位行為是催化活性鉻複合物的高度選擇性之主要原因。顯然地,高產物選擇性對於技術方法的經濟可行性具有相當重要性。
當然,高選擇性直接地導致在工業寡聚合方法中非所欲副產物的最低化。因此,在工業規模中,明顯的需要以儘可能最高品質生產催化劑的“關鍵成分”。
用於製備PNPNH配位基的實驗室程序,如下方實例1所示,產生了良好品質的材料。由於其非極性性質,己烷被假定為是一種良好的再結晶溶劑。
使用來自實驗室工作台規模合成法的配位基於乙烯三聚合至1-己烯之標準化催化測試中,很可能容易地得到91-93重量百分比的整體1-己烯產率,99.0-99.3%的1-己烯純度,且幾乎無任何可偵測的蠟/聚合物形成。
然而當轉換至工業規模時,實驗室程序一般需要某些修飾以符合在工業環境中由邊界條件所加入的需求。例如,為了避免反應質量的熱點,可能建議改變某些成分的用劑順序及/或用劑速度。此外,反應溫度低至-40℃時,最可能變成不利於或甚至不可行於工業規模。 而且,溶劑可能需要被回收。
即使在工業規模中之配位基生產方法最佳化後,似乎不可能達到可比擬於使用實驗室程序所合成之產物的配位基品質,即純度。
最嚴重的一個問題為所有已知工業規模的寡聚合方法會形成長鏈副產物如蠟與聚乙烯。明顯地,此經常導致儀器如反應器內表面、熱交換器等的污垢。此外,蠟或聚合物形成可導致管路、閥、幫浦及其他儀器的阻塞,為了必要之清除/洗滌及維持儀器,經常使工廠停工。
量測蠟/聚合物產生的速度必須在設計商業化乙烯寡聚合工廠時考慮到。為了提供商業成功工廠的操作,用於此種非所欲副產物的適當最小化量測及處理程序乃不可避免。
需記住的是,如上文已指出,高選擇性直接地導致在此工業方法中非所欲副產物的最小化,“關鍵成分”尤其即是配位基,須以儘可能最高品質在工業規模中被生產。
試圖使用薄膜蒸發器以真空蒸餾方式純化粗質PNPNH化合物變得相當不成功,因為在配位基與雜質之間幾乎沒有任何分離作用。
因此在本技術領域中,仍有一種用於純化粗質PNPNH化合物(配位基)的需求。該方法較佳地容易執行,僅有少數方法步驟。
總論
一種用於純化具下列結構式之粗質PNPNH化合物的方法,R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H其中R1、R2、R3、R4及R5獨立地為鹵素、胺基、三甲基矽基、C1-C10-烷基、經取代之C1-C10-烷基、C6-C20-芳基及經取代之C6-C20-芳基,或為任何環狀衍生物,其中PNPN-H結構中的至少一個P或N原子為環系統的成員,該環系統係藉由取代PNPNH-結構中之一或多個成分單元(constituent compound)而形成,其包含下列步驟:A.a)在加熱下,將該粗質PNPNH化合物溶解於C1-C10醇或其混合物,b)冷卻由步驟a)獲得的溶液,c)沉澱該PNPNH化合物,分離及隨意地乾燥,或B.(i)以C1-C10醇或其混合物洗滌該粗質PNPNH化合物,(ii)分離該PNPNH化合物及隨意地將其乾燥。
詳細說明
在此文中,術語PNPNH被理解為代表結構式R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H。
本發明關於純化粗質PNPNH化合物。術語“粗質(crude)”可稍微開放與不清楚,本發明的方法可被理解成經由本發明方法處理後獲得的PNPNH化合物比起起始材料具較高純度。此代表“粗質”起始材料之純度的程度並不重要,只要獲得的最終產物比起起始材料具較高純度。
如所理解的,PNPNH化合物的任何環狀衍生物可被使用,其中PNPN-單元的至少一個P或N原子為環成員,或任何環狀衍生物,其中PNPN-H結構中的至少一個P或N原子為環系統的成員,該環系統係藉由取代PNPNH-結構中之一或多個成分單元(constituent compound)而形成,即形式上消去每個成分單元中的兩個完整的基團R1-R5(如上所定義)或H,自兩基團R1-R5(如上所定義)中之每一者消去一個原子,或消去一個完整基團R1-R5(如上所定義)或H及另一個基團R1-R5(如上所定義)的一個原子,且藉由每個成分單元的一個共價鍵而連接形式上所產生的原子價-不飽和位點以提供與該指定位點最初存在的原子價相同的原子價。在一實施例中,該環藉由取代一個PNPNH分子的一或多個(較佳為兩個)單元而形成。換言之,該環狀衍生物可包括藉由移除一個PNPNH分子的二個基團R1-R5(如上所定義)或H而形成,且同時形成共價鍵以取代該基團。環狀衍生 物可包括藉由移除一個PNPNH分子的二個基團R1-R5(如上所定義)的一個原子或或H而形成,及形成共價鍵以取代該原子。或者,環狀衍生物可藉由移除一個PNPNH分子的一個基團R1-R5(如上所定義)或H,及相同PNPNH分子的一個基團R1-R5(如上所定義)的一個原子或H而形成,且形成共價鍵以取代該移除之基團及原子。
適當的環狀衍生物可為下列:
用於溶解步驟a)中粗質PNPNH化合物的較佳溶劑可選自於甲苯、正己烷、環己烷、1-己烯或包含至少一種前述之組合,較佳為甲苯。
步驟c)的分離較佳地可藉由過濾或離心而達成。隨意地可使用純溶劑洗滌。
較佳地,粗質PNPNH化合物係於步驟a)中溶解,或在步驟i)中以C1-C5醇,較佳為乙醇洗滌。
更佳地,乙醇/配位基重量比例是5.0-0.1,較佳為1.0-0.3。
尤佳地,步驟a)的加熱係為約50-100℃的溫 度。
更佳地,步驟b)中溶液冷卻至介於-20-+20℃的溫度,較佳為0-10℃。
更佳地,PNPNH晶種在步驟b)及/或c)之前或期間被加入。
在一較佳實施例中,於步驟c)所得到的沉澱物較佳在0-25℃的溫度以C1-C5醇洗滌,然後在5.0-500毫巴,較佳10-100毫巴真空在10-50℃,較佳15-25℃乾燥。
較佳地,步驟i)的洗滌在約0-25℃的溫度範圍,更佳15-25℃。
最佳地,C1-C10醇於步驟ii)中藉由在10-50℃,較佳地在15-25℃,於5.0-500毫巴真空,較佳10-100毫巴乾燥而被移除。
本發明之方法產生具有56℃熔點以及純度超過99.0重量百分比的白色結晶粉末。經純化的配位基可直接地用於選擇性乙烯-寡聚合方法。
驚訝地發現用於乙烯寡聚合程序之配位基系統的品質/純度對於避免蠟/聚乙烯形成為必要的。基於在此程序中獲得之寡聚合物/聚合物的全部重量,可達成低於0.30重量百分比的PE/蠟形成,然而根據技藝而製備的配位基系統則導致顯著地較高量的PE/蠟形成。
更驚訝地發現粗質配位基可成功地從C1-C10醇,尤其是乙醇再結晶而來。乙醇可被視為一種“R-取代 之水”(R=乙基),且已知該配位基對於水解並非完全穩定,尤其是在微量酸存在下。然而,已發現較佳地在適當之再結晶條件下以及經由仔細的動力控制,類似水解之醇解可被減緩至更足以提供非常滿意之純化效果的程度。
使用根據本發明而獲得之純化PNPNH配位基於乙烯寡聚合強烈降低副產物蠟以及聚乙烯的形成、延長寡聚合設備投入生產的時間、較不常為了清除、洗滌及維持而停工、減少設備污垢、由於設施阻塞而導致的操作打亂情形的機會較低,以及簡言之,普遍地改善工廠的可操作性。
更驚人事實為,已發現沒有其它顯示出對聚合物形成有任何顯著或可辨別的作用之“關鍵因子”(即影響蠟/聚乙烯形成的關鍵因子)的可能候選物。其他的關鍵因子可以是,例如,連結至金屬雜環機理的固有機理因素,其被認為是導向較佳寡聚合物的高選擇性、伴隨催化劑引入微量Fe、Ni、Ti、Zr等的金屬雜質、在反應器內表面上的表面-誘導的不勻相反應、氫化鉻類、自由基聚合機制或不利的鉻氧化態的原因。
作為有效純化PNPNH化合物方法的起點,已投入相當多的努力於研究雜質的化學本質。這些雜質的某些結構,在合成後的粗質材料中藉由31P-NMR及/或質譜分析被鑑定,如下方實例1所示。
在實驗室方法放大至工業規模(每批次大約20-100kg)中,藉由使用31P-NMR及/或質譜分析偵測 及鑑定這些雜質。在粗質配位基材料中每一雜質的量根據粗質配位基的由來而不同。某些雜質來自於合成本身,其它則為反應產物與微量的氧或水。該配位基易受水及空氣/氧影響的事實對於純化步驟亦為重要的,因此較佳地必須避免與水及氧的任何接觸。
本發明另外的優點及特點現說明於以下章節。
實例1:配位基製備,實驗室規模 雙(異丙基-胺基-)苯基膦(NPN)之製備
在0℃下於異丙胺(30ml,352mmol)於二乙基醚(250ml)的攪拌溶液中加入二氯苯膦(9.63ml,71mmol,溶於50ml二乙基醚)歷時30分鐘。攪拌共72小時,後過濾溶液,將殘餘物用二乙基醚洗滌並在真空中除去溶劑,剩餘的油於0.2托/76-78℃下蒸餾得到產率33%(5.3g)的無色液體。31P{H}NMR:49.0ppm。
在合成之後,於粗質Ph2P-N(i-Pr)-P(Ph)-N(i-Pr)-H-配位基中發現一些如下所示的雜質。
(Ph)2PN(i-Pr)P(Ph)NH(i-Pr)(PNPN-H)之製備
在-40℃下,NPN-物質(2.4g,10.7mmol)於四氫呋喃(10ml)的溶液逐滴加至攪拌中之三乙胺(6ml)和氯二苯基膦(2.36g,10.7mmol)在THF(40ml)中的溶液。在室溫下額外地攪拌24小時後,將三乙基銨鹽濾出,將殘餘物溶於正己烷,再次過濾,並將溶液保持在-30℃下,進行結晶。產率52%(2.3g,5.6mmol)。31P{H}NMR:41.2,68.4(寬峰)。
實例2: 從乙醇再結晶化
對於再結晶,75-80wt%純度的粗質配位基材料與乙醇於環境溫度下以5.0-0.1,較佳為1.0-0.3之乙醇/配位基重量比混合,然後在攪拌下加熱直到得到沒有任何固體的澄清溶液。隨後,將溶液迅速冷卻至-20到20℃的溫度,較佳為0-10℃,如果需要,令溶液與PNPN-H的晶種接觸以促進沉澱。然後藉由過濾或離心將固體分離,並於0-25℃用乙醇洗滌。
最後,藉由在10-50℃,較佳15-25℃,在真空5.0-500毫巴,較佳10-100毫巴乾燥而除去乙醇。
實例3: 以乙醇洗滌
或者,可應用使用乙醇的洗滌過程。根據該程序,在環境溫度(20℃)將粗質材料以5.0-0.1,較佳1.0-0.3的乙醇/配位基重量比與乙醇混合。然後將漿液藉由攪拌器或捏合機而攪拌。
隨後,將固體PNPN-H配位基藉由過濾或離心分離出,並在與再結晶過程中之相同的條件下乾燥。
實例4:
實施標準乙烯寡聚合(三聚合成1-己烯),並使用由不同純化技術製備得到配位基。測量PE/蠟形成 。結果顯示於表1。表1顯示在乙烯三聚合成1-己烯的過程中,(Ph)2P-N(i-Pr)-P(Ph)-N(i-Pr)-H-配位基純度與聚乙烯/蠟形成的相關性,係以標準效能測試法量測。標準反應條件為:p乙烯=30巴,T=50℃,共催化劑=三乙基鋁,改質劑=氯化十二基三甲基銨,滯留時間=60分鐘,[Cr]=0.3mmol/l,[配位基]/[Cr]=1.75,[Al]/[Cr]=25,[Cl]/[Cr]=8(所有比例均為莫耳濃度單位)。
綜上所述,於一實施例中,一種用於純化具下列結構式之粗質PNPNH化合物的方法R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H其中R1、R2、R3、R4及R5獨立地為鹵素、胺基、三甲基矽基、C1-C10-烷基、經取代之C1-C10-烷基、C6-C20-芳基及經取代之C6-C20-芳基,或為任何環狀衍生物,其中 PNPN-H結構中的至少一個P或N原子為環系統的成員,該環系統係藉由取代該PNPNH結構中之一或多個成分單元而形成,較佳為其中該環藉由取代一個PNPNH分子的兩個成分而形成,該方法包含下列步驟:(a)在加熱下,較佳加熱至50-100℃的溫度,將粗質PNPNH-化合物溶解於C1-C10醇或其混合物,較佳為C1-C5醇,更佳為乙醇,以及較佳是其中醇或乙醇/配位基重量比例從5.0-0.1,較佳為1.0-0.3;(b)冷卻由步驟a)獲得的溶液,較佳為冷卻至-20-+20℃的溫度,更佳為0-10℃;及(c)分離該PNPNH化合物,較佳地藉由從溶液沉澱出該PNPNH化合物,從溶液分離出該PNPNH化合物以及隨意地乾燥該PNPNH化合物,較佳其中PNPNH晶種在步驟b)及/或c)之前或之間加入,以及較佳其中由步驟c)獲得的沉澱物較佳在0-25℃的溫度以C1-C5醇洗滌,然後在10-50℃,較佳15-25℃,5.0-500毫巴,較佳10-100毫巴的真空中乾燥。
於其它實施例中,一種用於純化具下列結構之粗質PNPNH化合物的方法,R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H其中R1、R2、R3、R4及R5獨立地為鹵素、胺基、三甲基矽基、C1-C10-烷基、經取代之C1-C10-烷基、C6-C20-芳基及經取代之C6-C20-芳基,或為任何環狀衍生物,其中PNPN-H結構式中的至少一個P或N原子為環系統的成員,該環系統係藉由取代該PNPNH結構式之一或多個成 分單元而形成,較佳為其中該環藉由取代一個PNPNH分子中的兩個成分而形成,該方法包含:(i)以C1-C10醇或其混合物,較佳C1-C5醇,更佳乙醇,洗滌粗該質PNPNH-化合物,以及較佳是其中醇或乙醇/配位基重量比例從5.0-0.1,較佳為1.0-0.3,較佳是其中洗滌在約0-25℃,較佳15-25℃的溫度;及(ii)從洗滌液中分離出經洗滌的PNPNH化合物;及隨意地將其乾燥,其中該C1-C10醇在步驟ii)中藉由在5.0-500毫巴,較佳10-100毫巴真空中以10-50℃,較佳15-25℃乾燥而被移除。
單數形式“一(a)”、“一(an)”及“該(the)”包含複數的指示對象,除非上下文清楚地指出不同。“或”代表“及/或”。除非另有定義,此文所使用的技術及科學用語與本發明所屬之技術者普遍理解的相同。“組合物“為摻合物、混合物、合金、反應產物及其類似物的總括。
所有引用的專利,專利申請案,和其它參考文獻都藉由引用其整體併入本文。但是,如果在本申請中的術語與併入的參考文獻的術語矛盾或衝突,本申請案的術語優先於併入之參考文獻的衝突術語。
於上述說明、申請專利範圍和圖式中所揭露的特徵,可單獨和以其任何組合而實現本發明之不同形式的材料。

Claims (4)

  1. 一種用於純化具下列結構式之粗質PNPNH化合物的方法,R1R2P-N(R3)-P(R4)-N(R5)-H其中R1、R2、R3、R4及R5獨立地為鹵素、胺基、三甲基矽基、C1-C10-烷基、經取代之C1-C10-烷基、C6-C20-芳基及經取代之C6-C20-芳基,或為任何環狀衍生物,其中該PNPN-H結構中的至少一個P或N原子為環系統的一成員,該環系統係藉由取代該PNPNH-結構中之一或多個成分單元(constituent compound)而形成,該方法包含:(i)在0至25℃的溫度下對包含該粗質PNPNH化合物和乙醇的漿液進行漿液洗滌;(ii)利用攪拌器或捏合機攪拌該漿液;(iii)分離出該PNPNH化合物,其中該乙醇係藉由在5.0-500毫巴的真空中於10-50℃乾燥而被移,其中該乙醇/配位基重量比例是5.0至0.1。
  2. 如請求項1之方法,其中該乙醇/配位基重量比例是1.0至0.3。
  3. 如請求項1之方法,其中步驟i)的洗滌係在15-25℃的溫度下進行。
  4. 如請求項1之方法,其中乾燥係在10至100毫巴的真空中於15至25℃進行。
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