TWI766115B

TWI766115B - 氫甲醯化方法

Info

Publication number: TWI766115B
Application number: TW107136487A
Authority: TW
Inventors: 麥克Ａ布萊莫
Original assignee: 美商陶氏科技投資公司
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2022-06-01
Also published as: RU2020115090A; CN111212826A; CN111212826B; JP7356419B2; RU2020115090A3; EP3700882B1; JP2021501141A; TW201917112A; US10981851B2; EP3700882A1; WO2019083700A1; US20200247741A1

Abstract

本發明之一些實施例係關於用於減少包括一或多種醛之溶液，諸如氫甲醯化方法中之反應流體中的重組分形成之方法。在一些實施例中，所述方法包括提供以醛溶液之總重量計，0.1至5重量百分比之有機含氮化合物，所述有機含氮化合物包括：

其中R₁ 至R₅ 中之每一者獨立地為氫、烷基或芳基。

Description

氫甲醯化方法

本發明係關於用於減少醛溶液中之重組分形成，包含例如減少氫甲醯化方法中的醛溶液中之重組分的方法。

眾所周知，連續氫甲醯化方法將隨時間推移緩慢形成相對較高沸點的醛衍生之副產物（參見例如，美國專利第4,148,830號及第4,247,486號)。由於此等「重組分」通常充當反應溶劑，因此最初允許其在液體循環過程中積聚，但必須調整產物分離條件（例如溫度、壓力、剝離氣體流速等）以防止其濃度增加超出實際限值。確定引入分離區之反應器流出物（進料）相對於返回至反應區之非揮發物（尾料）的比率，同時仍維持所需醛產生速率將最終確定系統可維持的重組分之最大濃度。一旦達至重組分濃度限值，就必須以與其形成速率相當的速率將其移除，以維持所需平衡。目前較佳的重組分移除方法為揮發；然而，若相關副產物沸點過高而不能塔頂蒸餾（例如衍生自高級烯烴），則可能需要將其以液體淨化流形式自系統移除（例如移除分離區液體流出物）以延長催化劑壽命。成本與液體淨化有關，包含所含銠之貴金屬回收，配位體損失及產物醛之潛在損失（參見例如，美國專利第7,232,931號）。

儘管雜質（例如金屬、酸、鹼等）之存在可能催化副反應，但在正常情況下，重組分形成之主要動因為高溫。即使在重組分可經由以其形成速率揮發而移除時，其仍然為產物低效之源。因此，即使在使用較低碳數之烯烴的方法中，當確定可接受之反應器溫度時，由於存在重組分而引起之損失亦為一項考慮因素。

因此，期望在氫甲醯化方法中，尤其在高級烯烴之氫甲醯化中減少重組分之替代方法。

出人意料地發現，添加特定類別之有機含氮化合物將會減緩醛溶液，諸如氫甲醯化方法中的反應流體中的醛衍生之重質副產物的速率。通常，添加含氮物種將會預期藉由鹼催化之醛醇縮合導致形成更多的重組分，但此類不僅不會增加重組分形成速率，而且即使在不存在氫甲醯化催化劑之情況下亦會出人意料地降低重組分形成速率。在一些實施例中，本發明方法亦具有利用有機單亞磷酸酯作為配位體減少催化劑溶液中銠損失的優點。

在一個態樣中，本發明係關於一種減少包括一或多種醛之溶液中之重組分形成之方法，所述方法包括提供以醛溶液之總重量計，0.1至5重量百分比之有機含氮化合物，所述有機含氮化合物包括：

其中R₁ 至R₅ 中之每一者獨立地為氫、烷基或芳基。

在另一態樣中，本發明係關於一種減少氫甲醯化方法中之重組分形成以產生至少一種醛之方法，所述方法包括在包括有機單亞磷酸酯配位體與銠及鈷中之至少一者的催化劑存在下在反應區中使包括烯烴、氫氣及一氧化碳之反應物與以反應區中之流體之總重量計，0.1至5重量百分比之有機含氮化合物接觸，所述有機含氮化合物包括：

其中R₁ 至R₅ 中之每一者獨立地為氫、烷基或芳基，其中在氫甲醯化方法中形成複數種重組分，其中重組分形成速率比當在不存在有機含氮化合物下進行所述方法時的重組分形成速率低至少10百分比，且其中所述氫甲醯化方法為連續方法，且重組分形成速率係歷經至少七天之時段使用氣相層析法來量測。

此等及其他實施例會較詳細地描述於[實施方式]中。

所有對元素週期表及其中各族之引用均參見CRC化學與物理手冊（CRC Handbook of Chemistry and Physics），第72版 (1991-1992) CRC Press，第I-11頁中所公佈之版本。

除非相反陳述或自上下文暗示，否則所有份數及百分比均按重量計且所有測試方法均為截至本申請案申請日期之現行方法。出於美國專利實務之目的，任何所參考之專利、專利申請案或公開案之內容均以全文引用之方式併入（或其等效US版本如此以引用之方式併入），尤其在此項技術中之定義（在與本發明中特定提供之任何定義無不一致的程度上）及常識之揭示方面。

如本文所用，「一（a/an）」、「所述」、「至少一種（個）」及「一或多種（個）」可互換使用。術語「包括（comprise）」、「包含（include）」及其變化形式在此等術語出現在說明書及申請專利範圍中時不具有限制性含義。因此，例如，包括「一」疏水性聚合物之粒子的水性組合物可解釋為意謂組合物包括「一或多種」疏水性聚合物之粒子。

另外，在本文中，藉由端點對數值範圍進行的敍述包含所述範圍內所包含之所有數值（例如1至5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等）。出於本發明之目的，應理解，與本領域中一般熟習此項技術者將理解的一致，數值範圍意欲包含且支持所述範圍內所包含的所有可能子範圍。舉例而言，1至100之範圍意欲表示1.01至100、1至99.99、1.01至99.99、40至60、1至55等。亦在本文中，數值範圍及/或數值之敍述（包含申請專利範圍中之此類敍述）可解讀為包含術語「約（about）」。在此類情況下，術語「約」係指與本文所敍述之數值範圍及/或數值實質上相同的彼等數值範圍及/或數值。

如本文所用，術語「ppm」及「ppmw」可互換使用且意謂重量百萬分率。

出於本發明之目的，涵蓋術語「烴」以包含所有具有至少一個氫原子及一個碳原子之可容許化合物。此類可容許化合物亦可具有一或多個雜原子。在一廣泛態樣中，可容許烴包含可經取代或未經取代之非環狀（具有或不具有雜原子）及環狀、分支鏈及非分支鏈、碳環及雜環、芳族及非芳族有機化合物。

如本文所用，除非另外指明，否則預期術語「經取代」包含有機化合物之所有可容許之取代基。在一廣泛態樣中，可容許之取代基包括有機化合物之非環狀及環狀、分支鏈及非分支鏈、碳環及雜環、芳族及非芳族取代基。說明性取代基包含例如烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、羥烷基、胺基烷基（其中碳之數目可在1至20或大於20、較佳1至12之範圍內）以及羥基、鹵基及胺基。對於合適有機化合物，可容許取代基可為一或多個且相同或不同。本發明並不意欲以任何方式受有機化合物之可容許之取代基限制。

如本文所用，涵蓋術語「氫甲醯化」以包括（但不限於）所有氫甲醯化方法，其涉及將一或多種經取代或未經取代之烯烴化合物或包括一或多種經取代或未經取代之烯烴化合物的反應混合物轉化為一或多種經取代或未經取代之醛或包括一或多種經取代或未經取代之醛的反應混合物。醛可為不對稱或非不對稱的。

術語「反應流體」、「反應介質」及「催化劑溶液」在本文中可互換使用且可包含（但不限於）包含以下之混合物：（a）金屬-有機磷配位體錯合物催化劑；（b）自由有機磷配位體；（c）反應中形成之醛產物；（d）未反應之反應物；（e）用於所述金屬-有機磷配位體錯合物催化劑及所述自由有機磷配位體之溶劑；及視情況選用之（f）一或多種磷酸性化合物，其可溶解及/或懸浮、形成於反應物中。反應流體可涵蓋（但不限於）：（a）反應區中之流體；（b）流向分離區之流體流；（c）分離區中之流體；（d）再循環流；（e）自反應區或分離區排出之流體；（f）經酸移除系統（諸如提取器）或其他不可混溶的流體接觸系統處理之排出流體；（g）返回至反應區或分離區的經處理或未經處理之流體；（h）外部冷卻器中之流體及（i）配位體分解產物及自其衍生之組分，諸如氧化物、硫化物、鹽、寡聚物及其類似者。

「有機單亞磷酸酯配位體」為含有與三個氧原子結合之單個磷原子的化合物；所述三個氧原子各自另外與碳部分結合。說明性實例包含（但不限於）單有機亞磷酸酯、二有機亞磷酸酯、三有機亞磷酸酯化合物，其實例包含：參(2,4-二第三丁基苯基)亞磷酸酯、4,8-二第三丁基-6-(2-(第三丁基)-4-甲氧基苯基)-2,10-二甲氧基二苯并[d,f][1,3,2]二氧雜磷雜環庚烷及其類似者。

出於本發明之目的，「龐大有機單亞磷酸酯」或「空間位阻有機單亞磷酸酯」為具有135至190°之托爾曼空間參數（Tolman steric parameter）的有機單亞磷酸酯。托爾曼空間參數定義為圓柱形錐體之頂角，其中心位於距離磷原子中心2.28埃的位置處，所述位置剛好接觸鍵合至磷原子的基團中最外部存在的原子之凡得瓦半徑（Van der Waals radii），如Tolman, 《化學評論（Chem. Rev.）》, 177, 313 (1977)中所闡述。

「可水解有機磷配位體」為含有至少一個P-Z鍵之三價磷配位體，其中Z為氧、氮、氯、氟或溴。實例包含（但不限於）亞磷酸酯、膦基-亞磷酸酯、亞膦酸二酯、次膦酸酯、亞磷醯胺、膦基-亞磷醯胺、氟亞磷酸酯等。

術語「自由配位體」意謂不與錯合物催化劑之金屬（例如金屬原子）錯合（或結合）的配位體。

出於本發明之目的，術語「重質副產物」及「重組分」可互換使用，且指正常沸點高於氫甲醯化方法之所需產物的正常沸點至少25℃之液體副產物。已知此等物質在正常操作下經由一或多種副反應，包含例如藉由羥醛縮合在氫甲醯化方法中形成。

出於本發明之目的，當提及來自氫甲醯化反應之重質副產物時，術語「二聚體」係指衍生自兩個醛分子之重質副產物。同樣，當提及來自氫甲醯化反應之重質副產物時，術語「三聚體」係指衍生自三個醛分子之重質副產物。

出於本發明之目的，術語「分離區」及「汽化器」可互換使用，且指其中產物醛通常在塔頂揮發、縮合及收集之分離裝置，而含有均相催化劑之非揮發性濃縮流出物（尾料，或汽化器尾料）返回至反應器中之一或多者。汽化器溫度通常高於反應器溫度，且可視情況在減壓下操作。在一個實施例中，汽化器之特徵在於具有不同組成之流動氣體，其有助於產物移除且視情況幫助穩定催化劑（「剝離氣體汽化器」）。亦可採用其他分離區過程，諸如液/液提取或膜過濾。

出於本發明之目的，術語「進料比尾料」及「進料與尾料比」可互換使用，且指進入分離區的反應流體之質量相對於離開分離區且返回至氫甲醯化反應器的汽化器尾料之質量。「進料比尾料」指示自反應流體移除揮發物（諸如醛產物）之速率。舉例而言，「進料與尾料比」為2意謂進入分離區的反應流體之重量比返回至氫甲醯化反應器的濃縮流出物之重量大兩倍。

本發明之一些實施例係關於用於減少包括一多種醛之溶液中的重組分形成之方法。在一些實施例中，減少包括一或多種醛之溶液中的重組分形成之方法包括提供以醛溶液之總重量計，0.1至5重量百分比之有機含氮化合物，所述有機含氮化合物包括：

其中R₁ 至R₅ 中之每一者獨立地為氫、烷基或芳基。在一些實施例中，有機含氮化合物包括苯并咪唑。在一些實施例中，溶液中之醛為C₃ 或更高。

在一些實施例中，醛溶液為氫甲醯化方法中之反應流體，其包括烯烴、氫氣、一氧化碳及包括銠及鈷中之至少一者及可水解有機磷配位體之催化劑。在一些實施例中，可水解有機磷配位體為龐大有機單亞磷酸酯。在一些實施例中，烯烴為C₃ 或更高。在一些實施例中，烯烴為C₈ 或更高。在一些實施例中，以反應流體之總重量計，反應流體中的有機含氮化合物之量為0.25至2.5重量百分比。在一些實施例中，重組分形成速率比當在不存在有機含氮化合物下進行所述方法時的重組分形成速率低至少10百分比，其中所述氫甲醯化方法為連續方法，且重組分形成速率係歷經至少七天之時段使用氣相層析法來量測。在一些實施例中，催化劑包括銠，且銠損失速率比在不存在有機含氮化合物下的銠損失速率低至少25%。

在一些實施例中，本發明係關於一種減少氫甲醯化方法中之重組分形成以產生至少一種醛之方法，所述方法包括在包括有機單亞磷酸酯配位體與銠及鈷中之至少一者的催化劑存在下在反應區中使包括烯烴、氫氣及一氧化碳之反應物與以反應區中之流體之總重量計，0.1至5重量百分比之有機含氮化合物接觸，所述有機含氮化合物包括：

氫甲醯化方法需要氫氣及一氧化碳。此等可自任何適合源，包括石油裂解及精煉廠操作獲得。合成氣混合物較佳為氫氣及CO之源。

合成氣（來自合成氣體（synthesis gas ））為針對含有變化量CO及H₂ 之氣體混合物給定之名稱。製造方法已為所熟知且包含例如：（1）天然氣或液體烴之蒸汽重整及部分氧化及（2）煤及/或生質之氣化。氫氣及CO通常為合成氣之主要組分，但合成氣亦可含有二氧化碳及諸如CH₄ 、N₂ 及Ar之惰性氣體。H₂ 與CO之莫耳比變化極大但一般在1:100至100:1範圍內且較佳在1:10與10:1之間。合成氣為市售的且通常用作燃料來源或用作生產其他化學品之中間物。對於大多數氫甲醯化應用，化學生產中之最佳H₂ :CO莫耳比在3:1與1:3之間，且通常目標在約1:2與2:1之間。

可用於本發明氫甲醯化方法中的烯烴原料反應物包含含有2至40，較佳3至20個碳原子之光學活性（前掌性及掌性）及非光學活性（非掌性）烯系不飽和化合物。此類烯系不飽和化合物可以為取代或未取代的、末端或內部不飽和的、直鏈、分支鏈或環狀的。可採用烯烴混合物，諸如由丙烯、丁烯、異丁烯等之寡聚反應獲得的烯烴混合物（諸如，如美國專利4,518,809及4,528,403中所揭示的所謂二聚、三聚或四聚丙烯及其類似者）。此外，此類烯烴化合物可進一步含有一或多種其他烯系不飽和基團，且若需要，可使用兩種或大於兩種不同烯系不飽和化合物之混合物作為起始氫甲醯化物質。舉例而言，含有四個或大於四個碳原子之商用α烯烴可含有少量相應內烯烴及/或其相應飽和烴且此類商用烯烴不必在氫甲醯化之前自其純化。可用於氫甲醯化反應中之說明性烯烴起始物質混合物包括例如混合丁烯，例如萃餘物（Raffinate）I與II。其他此類烯系不飽和化合物及自其衍生之相應醛產物亦可含有不會過度不利地影響氫甲醯化方法或本發明方法的一或多個基團或取代基，諸如美國專利3,527,809及4,769,498及其類似者中所述。

本發明尤其適用於藉由氫甲醯化含有2至30、較佳3至20個碳原子之非掌性α-烯烴及含有4至20個碳原子之非掌性內烯烴以及此類α烯烴與內烯烴之起始物質混合物來製造非光學活性醛。

說明性α烯烴及內烯烴包含例如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十一烯、1-十二烯、1-十三烯、1-十四烯、1-十五烯、1-十六烯、1-十七烯、1-十八烯、1-十九烯、1-二十烯、2-丁烯、2-甲基丙烯（異丁烯）、2-甲基丁烯、2-戊烯、2-己烯、3-己烷、2-庚烯、2-辛烯、環己烯、丙烯二聚體、丙烯三聚體、丙烯四聚體、丁二烯、戊二烯、異戊二烯、2-乙基-1-己烯、苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-異丙基苯乙烯、4-第三丁基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、4-第三丁基-α-甲基苯乙烯、1,3-二異丙烯基苯、3-苯基-1-丙烯、1,4-己二烯、1,7-辛二烯、3-環己基-1-丁烯以及1,3-二烯、丁二烯、烯酸烷酯（例如戊烯酸甲酯、烷酸烯酯）、烯基烷基醚、烯醇（例如戊烯醇）、烯醛（例如戊烯醛）、烯丙醇、丁酸烯丙酯、己-1-烯-4-醇、辛-1-烯-4-醇、乙酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、乙酸3-丁烯酯、丙酸乙烯酯、丙酸烯丙酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基乙基醚、乙烯基甲基醚、烯丙基乙基醚、正丙基-7-辛烯酸酯、3-丁烯腈、5-己烯醯胺、丁香酚、異丁香酚、黃樟素、異黃樟素、茴香腦、4-烯丙基苯甲醚、茚、檸檬烯、β-蒎烯、二環戊二烯、環辛二烯、莰烯（camphene）、沉香醇及其類似者。

可用以產生對映異構性醛混合物之不對稱氫甲醯化中適用的前掌性及掌性烯烴包含由下式表示之彼等者：

其中R₁ 、R₂ 、R₃ 及R₄ 為相同或不同的（其限制條件為R¹ 不同於R² 或R³ 不同於R⁴ ）且選自氫；烷基；經取代之烷基，所述取代基選自諸如苯甲基胺基及二苯甲基胺基之二烷胺基、諸如甲氧基及乙氧基之烷氧基、諸如乙醯氧基之醯氧基、鹵基、硝基、腈、硫基、羰基、甲醯胺、甲醛、羧基、羧酸酯；包括苯基之芳基；經取代之芳基（包括苯基），所述取代基選自烷基、包括諸如苯甲基胺基及二苯甲基胺基之烷胺基及二烷胺基的胺基、羥基、諸如甲氧基及乙氧基之烷氧基、諸如乙醯氧基之醯氧基、鹵基、腈、硝基、羧基、甲醛、羧酸酯、羰基及硫基；諸如乙醯氧基之醯氧基；諸如甲氧基及乙氧基之烷氧基；包括諸如苯甲基胺基及二苯甲基胺基之烷胺基及二烷胺基的胺基；諸如乙醯基苯甲基胺基及二乙醯胺基之醯胺基及二醯胺基；硝基；羰基；腈；羧基；甲醯胺；甲醛；羧酸酯；及諸如甲基巰基之烷基巰基。此定義之前掌性及掌性烯烴亦包含上述通式之分子，其中R基團連接形成環化合物，例如3-甲基-1-環己烯及其類似者。

適用於不對稱氫甲醯化之說明性光活性或前手性烯系化合物包含例如對異丁基苯乙烯、2-乙烯基-6-甲氧基-2-伸萘基、3-乙烯基苯基苯基酮、4-乙烯基苯基-2-噻吩基酮、4-乙烯基-2-氟聯苯、4-(1,3-二氫-1-側氧基-2H-異吲哚-2-基)苯乙烯、2-乙烯基-5-苯甲醯基噻吩、3-乙烯基苯基苯基醚、丙烯基苯、異丁基-4-丙烯基苯、苯基乙烯基醚及其類似者。其他烯系化合物包含如例如US專利4,329,507、5,360,938及5,491,266中所述之經取代之芳基乙烯。

在所述方法中宜使用溶劑作為醛溶液之溶劑或氫甲醯化方法中之溶劑。可使用不會過度地干擾氫甲醯化方法之任何適合溶劑。藉助於說明，用於銠催化之氫甲醯化之適合溶劑包含揭示於例如美國專利3,527,809、4,148,830、5,312,996及5,929,289中之彼等溶劑。適合溶劑之非限制性實例包含飽和烴（烷烴）、芳烴、水、醚、聚醚、烷基化聚醚、醛、酮、腈、醇、酯及醛縮合產物。溶劑之特定實例包含：四乙二醇二甲醚、戊烷、環己烷、庚烷、苯、二甲苯、甲苯、乙醚、四氫呋喃、丁醛及苯甲腈。有機溶劑亦可含有達至飽和限度之溶解水。可用於製造醛的說明性較佳溶劑包含酮（例如丙酮及甲基乙基酮）、酯（例如乙酸乙酯、鄰苯二甲酸二-2-乙基己酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯）、烴（例如甲苯）、硝基烴（例如硝基苯），醚（例如四氫呋喃（THF））及環丁碸。一般而言，關於非掌性（非光活性）醛之製造，較佳採用對應於需要製造之醛產物及/或較高沸點醛液體縮合副產物之醛化合物作為如此項技術中所常用之主要有機溶劑。若需要，亦可預先形成且相應地使用此類醛縮合副產物。在銠催化之氫甲醯化中，可較佳採用對應於需要製造之醛產物及/或較高沸點醛液體縮合副產物（例如如可在如描述於例如US 4,148,830及US 4,247,486中之氫甲醯化方法期間原位產生）之醛化合物作為主要溶劑。實際上，在吾人可在啟動連續方法時採用（若需要）任何適合溶劑時，由於所述連續方法之性質，主要溶劑通常將最終包括醛產物及較高沸點醛液體縮合副產物（「重組分」）。溶劑量並不特別關鍵且僅需要足以為反應介質提供所需量之過渡金屬濃度即可。通常，以反應流體之總重量計，溶劑量在約5重量%至約95重量%範圍內。亦可採用兩種或大於兩種溶劑之混合物。

適用於氫甲醯化方法之催化劑包含催化金屬。催化金屬可包含選自銠（Rh）、鈷（Co）、銥（Ir）、釕（Ru）、鐵（Fe）、鎳（Ni）、鈀（Pd）、鉑（Pt）、鋨（Os）及其混合物之第8、第9及第10族金屬，其中較佳金屬為銠、鈷、銥及釕，更佳為銠、鈷及釕，尤其為銠。

此類金屬上之可用的配位位點之數目在此項技術中為熟知的。因此，可包含錯合物催化劑混合物之催化物種可包括單體、二聚體或較高核形式，其較佳以每一個金屬（例如銠）分子錯合之至少一個含有機磷之分子為特徵。

由本發明涵蓋之可用於此類氫甲醯化反應中的說明性金屬-有機磷配位體錯合物包含金屬-有機磷配位體錯合物催化劑。催化劑以及其製備方法已為此項技術中所熟知且包含揭示於上文所提及之專利中之彼等者。一般而言，可預先形成或如所述參照案中所述原位形成所述催化劑且其基本上由與有機磷配位體錯合組合之金屬組成。咸信亦存在一氧化碳且與活性物種中之金屬錯合。活性物種亦可含有直接鍵結至金屬之氫氣。鑒於氫甲醯化反應所用之一氧化碳及氫氣，可以存在一氧化碳及/或氫氣。

構成金屬-有機磷配位體錯合物及自由有機磷配位體的可容許之有機磷配位體包含有機單亞磷酸酯。已發現本發明之實施例特別適用於減少氫甲醯化方法中之重組分形成，其中配位體為一或多種有機單亞磷酸酯。在一些實施例中，配位體為一或多種龐大有機單亞磷酸酯（或空間位阻有機單亞磷酸酯）。若需要，可在金屬-有機磷配位體錯合物催化劑及/或自由配位體中採用此類配位體之混合物且所述混合物可相同或不同。應注意，本發明之成功實務並不取決於且不基於金屬-有機磷配位體錯合物物種之精確結構，所述物種可以其單核、雙核及/或較高核形式存在。實際上，精確結構為未知的。雖然並不意欲受任何理論或機理論述約束，但似乎催化物種可呈其最簡單形式，基本上由與有機磷配位體及一氧化碳及/或氫氣錯合組合之金屬組成。

如本文所用，術語「錯合物」意謂藉由使一或多個能夠獨立存在之富電子分子或原子與一或多個各自亦能夠獨立存在之缺電子分子或原子聯合所形成之配位化合物。舉例而言，可用於本文中之有機磷配位體可具有一或多個磷供體原子，其各自具有一個可用或未共用電子對，所述電子各自能夠獨立地或可能與金屬共同（例如經由螯合）形成配位鍵。亦恰當地經歸類為配位體之一氧化碳亦可存在且與金屬配位。錯合物催化劑之最終組成亦可含有其他配位體，例如氫或滿足金屬之配位位點或核電荷之陰離子。說明性的其他配位體包含例如烷基、芳基、經取代之芳基、醯基、CF₃ 、C₂ F₅ 、CN、(R)₂ PO及RP(O)(OH)O（其中各R為相同或不同的且為經取代或未經取代之烴基，例如烷基或芳基）、乙酸鹽、乙醯基丙酮酸鹽、SO₄ 、PF₄ 、PF₆ 、NO₃ 、CH₃ 、CH₂ =CHCH₂ 、CH₃ CH=CHCH₂ 、C₆ H₅ CN、CH₃ CN、NH₃ 、吡啶、(C₂ H₅ )₃ N、單烯烴、二烯烴及三烯烴、四氫呋喃及其類似者。錯合物物種較佳不含任何可能毒化催化劑或對催化劑效能具有過度不利影響之其他有機配位體或陰離子。較佳在金屬-有機亞磷酸酯配位體錯合物催化之氫甲醯化反應中，活性催化劑不含直接鍵結至金屬之鹵素及硫，但此可能不為絕對必要的。

可充當金屬-有機磷配位體錯合物催化劑之配位體及/或自由配位體之有機磷化合物可為非掌性（光學非活性）或掌性（光學活性）類型且在此項技術中為所熟知。非掌性有機磷配位體為較佳的。

可充當金屬-有機磷配位體錯合物催化劑的有機磷配位體中有單有機亞磷酸酯、二有機亞磷酸酯及三有機亞磷酸酯化合物。此類有機磷配位體及/或其製備方法在此項技術中已為所熟知。

代表性單有機亞磷酸酯可包含具有以下式之彼等單有機亞磷酸酯：

＜＜I＞＞其中R¹⁰ 表示含有4至40個或大於40個碳原子之經取代或未經取代之三價烴基，諸如三價非環狀及三價環狀基團，例如三價伸烷基，諸如衍生自1,2,2-三羥甲基丙烷及其類似者之彼等三價伸烷基，或三價伸環烷基，諸如衍生自1,3,5-三羥基環己烷及其類似者之彼等三價伸環烷基。可發現此類單有機亞磷酸酯較詳細地描述於例如US 4,567,306中。

代表性二有機亞磷酸酯可包含具有下式之彼等二有機亞磷酸酯：

＜＜II＞＞其中R²⁰ 表示含有4至40個碳原子或大於40個碳原子之經取代或未經取代之二價烴基，且W表示含有1至24個碳原子或大於24個碳原子之經取代或未經取代之單價烴基。

在以上式（II）中由W表示之代表性經取代及未經取代之單價烴基包含烷基及芳基，而由R²⁰ 表示之代表性經取代及未經取代之二價烴基包含二價非環狀基團及二價芳基。說明性二價非環狀基團包含例如伸烷基、伸烷基-氧基-伸烷基、伸烷基-S-伸烷基、環伸烷基及伸烷基-NR²⁴ -伸烷基，其中R²⁴ 為氫或取代或未取代之單價烴基，例如具有1至4個碳原子之烷基。更佳二價非環狀基團為諸如較全面地揭示於例如美國專利3,415,906及4,567,302中之二價伸烷基及其類似基團。說明性二價芳基包含例如伸芳基、雙伸芳基、伸芳基-伸烷基、伸芳基-伸烷基-伸芳基、伸芳基-氧基-伸芳基、伸芳基-NR²⁴ -伸芳基（其中R²⁴ 係如上文所定義）、伸芳基-S-伸芳基及伸芳基-S-伸烷基及其類似基團。更佳地，R²⁰ 為二價芳基，例如較全面地揭示於例如美國專利4,599,206、4,717,775及4,835,299、PCT公開案第WO2016/087301號中之芳基及其類似者。

更佳類別之二有機亞磷酸酯之代表為具有下式之彼等二有機亞磷酸酯：

＜＜III＞＞其中W係如上文所定義，各Ar為相同或不同的且表示取代或未取代之芳基，各y為相同或不同的且值為0或1，Q表示選自-C(R³³ )₂ -、-O-、-S-、-NR²⁴ -、Si(R³⁵ )₂ 及-CO-之二價橋基，其中各R³³ 為相同或不同的且表示氫、具有1至12個碳原子之烷基、苯基、甲苯基及茴香基，R²⁴ 係如上文所定義，各R³⁵ 為相同或不同的且表示氫或甲基，且m值為0或1。此類二有機亞磷酸酯較詳細地描述於例如美國專利4,599,206、4,717,775及4,835,299以及PCT公開案第WO2016/087301號中。

代表性三有機亞磷酸酯可包含具有下式之彼等三有機亞磷酸酯：

＜＜IV＞＞其中各R⁴⁶ 為相同或不同的且為取代或未取代之單價烴基，例如可含有1至36個碳原子之烷基、環烷基、芳基、烷芳基及芳烷基。說明性三有機亞磷酸酯包含例如亞磷酸三烷酯、亞磷酸二烷基芳酯、亞磷酸烷基二芳酯、亞磷酸三芳酯及其類似者，諸如亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、亞磷酸丁基二乙酯、亞磷酸三正丙酯、亞磷酸三正丁酯、亞磷酸三-2-乙基己酯、亞磷酸三正辛酯、亞磷酸三正十二烷酯、亞磷酸二甲基苯酯、亞磷酸二乙基苯酯、亞磷酸甲基二苯酯、亞磷酸乙基二苯酯、亞磷酸三苯酯、亞磷酸三萘酯、雙(3,6,8-三第三丁基-2-萘基)甲基亞磷酸酯、雙(3,6,8-三第三丁基-2-萘基)環己基亞磷酸酯、參(3,6-二第三丁基-2-萘基)亞磷酸酯、雙(3,6,8-三第三丁基-2-萘基)(4-聯苯基)亞磷酸酯、雙(3,6,8-三第三丁基-2-萘基)苯基亞磷酸酯、雙(3,6,8-三第三丁基-2-萘基)(4-苯甲醯基苯基)亞磷酸酯、雙(3,6,8-三第三丁基-2-萘基)(4-磺醯基苯基)亞磷酸酯及其類似者。最佳三有機亞磷酸酯為參(2,4-二第三丁基苯基)亞磷酸酯。此類三有機亞磷酸酯較詳細地描述於例如美國專利3,527,809及4,717,775以及美國專利公開案第2015/0336093號中。

如上所指出，金屬-有機磷配位體錯合物催化劑可藉由此項技術中已知之方法形成。金屬-有機磷配位體錯合物催化劑可呈均質或非均質形式。舉例而言，可製備預先形成的銠氫-羰基-有機磷配位體催化劑且將其引入氫甲醯化方法之反應混合物中。更佳地，銠-有機磷配位體錯合物催化劑可衍生自可引入反應介質中以用於原位形成活性催化劑之銠催化劑前驅體。舉例而言，可將銠催化劑前驅體，諸如二羰基乙醯基丙酮酸銠、Rh₂ O₃ 、Rh₄ (CO)₁₂ 、Rh₆ (CO)₁₆ 、Rh(NO₃ )₃ 及其類似者與有機磷配位體一起引入反應混合物中以用於原位形成活性催化劑。在本發明之一較佳實施例中，二羰基乙醯基丙酮酸銠用作銠前驅體且在溶劑存在下與有機磷配位體反應以形成催化銠-有機磷配位體錯合物前驅體，將所述前驅體與過量（自由）有機磷配位體一起引入反應器中以用於原位形成活性催化劑。在任何情況下，出於本發明之目的，一氧化碳、氫氣及有機磷配位體化合物為能夠與金屬錯合之所有配位體且活性金屬-有機磷配位體催化劑在用於氫甲醯化反應之條件下存在於反應混合物中為足夠的。羰基及有機磷配位體，若尚未與初始銠錯合，則其可與銠在氫甲醯化方法之前錯合或在氫甲醯化方法期間原位錯合。

藉助於說明，在一些實施例中，較佳催化劑前驅體組合物基本上由溶解的銠羰基有機亞磷酸酯配位體錯合物前驅體、溶劑及視情況選用之自由有機亞磷酸酯配位體組成。可藉由形成二羰基乙醯基丙酮酸銠、有機溶劑及有機亞磷酸酯配位體之溶液來製備催化劑前驅體組合物。如由一氧化碳氣體之釋放證明，有機亞磷酸酯配位體在室溫下容易置換乙醯基丙酮酸銠錯合物前驅體之羰基配位體中之一者。若需要，可藉由加熱溶液促進此取代反應。可採用任何適合有機溶劑，其中二羰基乙醯基丙酮酸銠錯合物前驅體與銠有機亞磷酸酯配位體錯合物前驅體均為可溶的。銠錯合物催化劑前驅體、有機溶劑及有機亞磷酸酯配位體以及存在於所述催化劑前驅體組合物中之其較佳實施例之量可明顯地對應於可用於本發明之氫甲醯化方法之彼等量。經驗表明，在氫甲醯化方法已開始之後用不同配位體，例如氫氣、一氧化碳或有機亞磷酸酯配位體置換前驅體催化劑之乙醯基丙酮酸鹽配位體，以形成如上所說明之活性錯合物催化劑。自具有產物醛之反應介質移除在氫甲醯化條件下由前驅體催化劑釋放之乙醯基丙酮且因此決不會損害氫甲醯化方法。使用此類較佳銠錯合物催化前驅體組合物提供用於處理銠前驅體及氫甲醯化啟動的簡單經濟且有效之方法。

因此，在一些實施例中，本發明之氫甲醯化方法中所用的金屬-有機亞磷酸酯配位體錯合物催化劑基本上由與一氧化碳及有機亞磷酸酯配位體錯合之金屬組成，所述配位體以螯合及/或非螯合方式與金屬鍵結（錯合）。此外，如本文所用，術語「基本上由……組成」並不排除而呈包含除一氧化碳及有機亞磷酸酯配位體之外與金屬錯合之氫氣。另外，所述術語並不排除亦可與金屬錯合之其他有機配位體及/或陰離子的可能性。呈過度不利地毒化催化劑或使催化劑過度失活之量的物質為非所期望的，且因此催化劑最宜不含諸如金屬結合之鹵素（例如氯及其類似者）之污染物，但此可能不為絕對必要的。活性金屬-有機亞磷酸酯配位體錯合物催化劑之氫氣及/或羰基配位體可由於呈結合至前驅體催化劑之配位體及/或由於原位形成，例如歸因於用於氫甲醯化方法中之氫氣及一氧化碳氣體而存在。

如上所述，本發明之一些實施例中的氫甲醯化方法涉及使用如本文所述之金屬-有機磷配位體錯合物催化劑。若需要，亦可採用所述催化劑之混合物。存在於由本發明涵蓋之給定氫甲醯化方法之反應流體中的金屬-有機磷配位體錯合物催化劑之量僅需要呈最小必需量，以提供所需待採用的給定金屬濃度，且將為催化例如以上提及專利中涉及（諸如揭示）之特定氫甲醯化方法必需的至少催化量的金屬提供基礎。一般而言，以反應介質中之自由金屬計算，催化金屬（例如銠）濃度在10 ppmw至1000 ppmw範圍內對於大多數方法而言應為足夠的，同時一般較佳使用10 ppmw至500 ppmw金屬，且更佳25 ppmw至350 ppmw金屬。用於量測催化金屬濃度之分析技術為技術人員所熟知，且包含原子吸收（AA）、感應耦合電漿（ICP）及X射線螢光（XRF）；AA通常為較佳的。

除了金屬-有機磷配位體錯合物催化劑之外，自由有機磷配位體（亦即，不與金屬錯合之配位體）亦可存在於反應介質中。自由有機磷配位體可對應於上文所論述的可用於本文中之以上定義之有機磷配位體中之任一者。自由有機磷配位體較佳與所用金屬-有機磷配位體錯合物催化劑之有機磷配位體相同。然而，此類配位體在任何給定方法中不必相同。氫甲醯化方法可涉及反應介質中每莫耳金屬之0.1莫耳或小於0.1莫耳至100莫耳或高於100莫耳之自由有機磷配位體。在一些實施例中，在存在於反應介質中之每莫耳金屬1莫耳至50莫耳自由有機磷配位體存在下進行氫甲醯化方法。

由於更佳藉由氫甲醯化非掌性烯烴產生非光學活性醛，故更佳有機磷配位體為非掌性類型有機磷配位體，尤其為由以上式（V）涵蓋之彼等有機磷配位體，且更佳為以上式（VI）、式（VII）及式（VIII）之彼等有機磷配位體。若需要，可在任何時間且以任何適合方式將補充或另外有機磷配位體供應至氫甲醯化方法之反應介質，例如以維持反應介質中之自由配位體之預定含量。

如上所指示，氫甲醯化催化劑在反應期間及/或產物分離期間可呈非均質形式。此類催化劑在氫甲醯化烯烴以產生高沸點或熱敏醛方面為特別有利的，以使得可藉由在低溫下過濾或傾析使催化劑與產物分離。舉例而言，銠催化劑可附著至載體上以使得催化劑在氫甲醯化與分離階段期間保持其固體形式或在高溫下可溶於液體反應介質中，且隨後在冷卻時沈澱。

作為說明，銠催化劑可浸漬於任何固體載體上，諸如無機氧化物（亦即氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦或氧化鋯）、碳或離子交換樹脂。催化劑可以在沸石、玻璃或黏土的孔上負載或嵌入其中；催化劑亦可溶解在塗佈所述沸石或玻璃的孔之液膜中。所述沸石負載催化劑對於製造在如藉由沸石孔徑測定之高選擇性下的一或多種區位異構醛尤其有利。用於在固體上負載催化劑之技術，諸如微濕法，為本領域熟習此項技術者已知的。由此形成之固體催化劑仍可與以上界定之配位體中之一或多者錯合。此類固體催化劑之描述可見於例如《分子催化（J. Mol. Cat.） 》, 1991, 70, 363-368；《催化快報（Catal. Lett.） 》, 1991, 8, 209-214；《有機金屬化學（J. Organomet. Chem .）》, 1991, 403, 221-227；《自然（Nature ） , 1989, 339, 454-455；《催化學報（J.Catal .）》, 1985, 96, 563-573；《分子催化雜誌》, 1987, 39, 243-259中。

金屬（例如銠）催化劑可以附著至薄膜或膜載體上，諸如乙酸纖維素或聚伸苯基碸，如例如《分子催化雜誌》, 1990, 63, 213-221中所述。

金屬（例如銠）催化劑可經由併入聚合物中之含有機磷之配位體（諸如亞磷酸酯）附著至不溶性聚合載體。受載催化劑不受聚合物或併入其中之含磷物質之選擇的限制。聚合物負載型催化劑之描述可見於例如《分子催化雜誌》, 1993, 83, 17-35；《化學技術（Chemtech ） 1983, 46；《美國化學會志（J. Am. Chem. Soc. ）》, 1987, 109, 7122-7127中。

在上述非均質催化劑中，催化劑可在整個氫甲醯化及催化劑分離過程中保持其非均質形式。在本發明之另一實施例中，催化劑可負載於藉由其分子量之性質在高溫下可溶於反應介質中，但在冷卻時沈澱，因此促進催化劑與反應混合物分離之聚合物上。此類「可溶性」聚合物負載型催化劑描述於例如《聚合物（Polymer ）》, 1992, 33, 161；《有機化學雜誌（J. Org. Chem .）》, 1989, 54, 2726-2730中。

更佳地，由於產物之高沸點且避免產物醛發生分解，因此反應在漿液相中進行。催化劑可隨後例如藉由過濾或傾析而與產物混合物分離。反應流體可含有非均質金屬-有機磷配位體錯合物催化劑，例如漿料，或至少一部分反應流體可在氫甲醯化方法中與固定的非均質金屬-有機磷配位體錯合物催化劑接觸。在本發明之一個實施例中，金屬-有機亞磷酸酯配位體錯合物催化劑可在反應流體中漿化。

根據本發明之實施例，將有機含氮化合物添加至醛溶液中，所述醛溶液可為氫甲醯化方法中之反應流體。在氫甲醯化方法之情形下，有機含氮化合物可有利地降低反應流體中之重組分形成速率，如本文較詳細討論。在一些實施例中，有機含氮化合物亦可有利地降低反應流體中之銠損失速率。

適合有機含氮化合物由下式定義：

（IX）其中R₁ 至R₅ 中之每一者獨立地為氫、烷基或芳基。在一個尤其適用之實施例中，有機含氮化合物為苯并咪唑（亦即R₁ 至R₅ 中之每一者為氫）。

添加至醛溶液，諸如來自氫甲醯化方法之反應流體中的有機含氮化合物之量為以醛溶液之總重量計，至少0.10重量百分比。可添加的有機含氮化合物總量之上限主要由有機含氮化合物在醛溶液（例如氫甲醯化反應流體）中之溶解限度決定。在一個實施例中，濃度範圍為以其添加至的溶液/流體之總重量計，0.10至5重量百分比。在另一實施例中，濃度範圍為以其添加至的溶液/流體之總重量計，0.10至3重量百分比。在一些實施例中，有機含氮化合物為定期添加的，因為其濃度可能由於在產物/催化劑分離過程中的揮發性或夾帶而隨時間下降。溶液中有機含氮化合物之濃度可藉由習知方法監測，諸如醛溶液（例如氫甲醯化反應流體）之氣相層析法或高壓液相層析法。

當醛溶液為氫甲醯化方法中之反應流體時，氫甲醯化方法之產物可為不對稱的、非不對稱的或其組合，較佳產物為非不對稱的。所述方法可以任何分批、連續或半連續方式進行且可涉及所需的任何催化劑液體及/或氣體再循環操作。

再循環程序一般涉及自氫甲醯化反應器（亦即反應區）連續或間歇地抽取一部分含有催化劑及醛產物之液體反應介質，且藉由使用諸如US 5,430,194及US 5,681,473中所揭示之複合膜或藉由在一或多個階段在常壓、減壓或高壓下按需要在單獨的蒸餾區中將其蒸餾（亦即汽化分離）之較習知及較佳方法自其中回收醛產物，非揮發之含有金屬催化劑的殘餘物如例如US 5,288,918中所揭示，再循環至反應區中。揮發物質之縮合及其分離及進一步回收（例如藉由進一步蒸餾）可以任何習知方式進行，若需要，粗醛產物可經傳遞用於進一步純化及異構體分離，且任何回收之反應物（例如烯烴起始物質及合成氣）可以任何所需方式再循環至氫甲醯化區（反應器）中。此類膜分離的已回收之含有金屬催化劑之萃餘物或此類汽化分離的已回收之未揮發之含有金屬催化劑之殘餘物可以任何所需習知方式再循環至氫甲醯化區（反應器）中。

在一些實施例中，可用於本文中之氫甲醯化反應流體包括衍生自任何相應氫甲醯化方法，含有所添加之有機含氮化合物及至少一定量之四種不同主要成分或組分（亦即醛產物、金屬-有機磷配位體錯合物催化劑、自由有機磷配位體及所述催化劑及所述自由配位體之有機溶劑）之任何流體，所述成分對應於可衍生出氫甲醯化反應混合物起始物質之氫甲醯化方法所使用及/或產生之彼等成分。可用於本文中的氫甲醯化反應流體可且通常將含有少量其他成分，諸如在氫甲醯化方法中有意使用或在所述方法中原位形成之成分。亦可存在之此類成分之實例包括未反應之烯烴起始物質、一氧化碳及氫氣及原位形成類型之產物，諸如飽和烴及/或對應於烯烴起始物質之未反應之異構化烯烴、配位體降解化合物及高沸點液體醛縮合副產物以及其他惰性共溶劑類型物質或烴類添加劑（若使用）。

由本發明涵蓋之氫甲醯化方法之反應條件可包括迄今為止用於產生光學活性及/或非光學活性醛之任何適合之氫甲醯化條件。舉例而言，氫甲醯化方法之氫氣、一氧化碳及烯烴起始化合物之總氣壓可在1至69,000 kPa範圍內。然而，一般而言，所述方法較佳在小於14,000 kPa且更佳小於3,400 kPa之氫氣、一氧化碳及烯烴起始化合物的總氣壓下操作。最小總壓主要受獲得所需反應速率所需之反應物的量限制。更特定言之，本發明之氫甲醯化方法之一氧化碳分壓較佳為1至6,900 kPa，且更佳為21至5,500 kPa，而氫分壓較佳為34至3,400 kPa且更佳為69至2,100 kPa。一般而言，反應區中之氣態氫與一氧化碳之H₂ :CO莫耳比可在1:10至100:1或大於100:1範圍內，更佳地，氫氣與一氧化碳莫耳比為1:10至10:1。

一般而言，氫甲醯化方法可在任何可操作之反應溫度下進行。氫甲醯化方法宜在-25℃至200℃之反應溫度下進行。一般而言，50℃至120℃之氫甲醯化反應溫度對於所有類型之烯系起始物質而言均為較佳的。應理解，當需要非光學活性之醛產物時，採用非掌性型烯烴起始物質及有機磷配位體，且當需要光學活性之醛產物時，採用前掌性或掌性型烯烴起始物質及有機磷配位體。所用氫甲醯化反應條件將由所需醛產物之類型支配。

本發明之氫甲醯化方法可在一或多個適合反應器中之一或多個反應區中進行，諸如固定床反應器、流化床反應器、管式反應器、文氏反應器（venturi reactor）、氣泡柱反應器、連續攪拌槽反應器（CSTR）或漿料反應器。反應器之最佳大小及形狀將視所用反應器之類型而定。一般而言，對於流化床反應器而言，較小的球形催化劑粒子因容易流化而為較佳的。在固定床反應器情況下，較大的催化劑粒子為較佳的，使得反應器內之背壓保持相當低。本發明中所用之至少一個反應區可為單一容器或可包括兩種或大於兩種分立容器。本發明中所用之至少一個分離區可為單一容器或可包括兩種或大於兩種分立容器。本文所用之反應區及分離區可存在於同一容器中或不同容器中。舉例而言，反應性分離技術（諸如反應性蒸餾、反應性膜分離及其類似技術）可在反應區中進行。

本發明之氫甲醯化方法可以分批或連續方式進行，且若需要，則將未消耗之起始物質再循環。反應可在單一反應區中或在串聯或並聯之複數個反應區中進行或其可在伸長管狀區域或一系列此類區域中分批或持續進行。所用構造物質應實質上在反應期間對起始物質而言為惰性的且設備之製造應能夠耐受各反應溫度及壓力。用於在反應過程期間引入分批或連續引入反應區中之起始物質或成分及/或調節所述起始物質或成分之量的手段可適宜地用於該方法中，以尤其維持起始物質之所需莫耳比。反應步驟可藉由將一種起始物質逐漸添加至其他起始物質中來實現。另外，反應步驟可藉由聯合添加起始物質來組合。起始物質可添加至串聯之各反應區或所有反應區中。當不需要或不可獲得完全轉化時，起始物質可例如藉由蒸餾自產物分離，且起始物質隨後再循環回至反應區中。

氫甲醯化方法可在具有玻璃內襯之不鏽鋼或類似類型之反應設備中進行。反應區可配有一或多個內部及/或外部熱交換器以便控制不恰當的溫度波動或防止任何可能的「失控」反應溫度。

本發明之氫甲醯化方法可在一或多個步驟或階段中進行。反應步驟或階段之準確數目將由資金成本與達成高催化劑選擇性、活性、壽命及易操作性之間的最佳綜合考慮以及相關起始物質的內在反應性及起始物質及所需反應產物對反應條件之穩定性決定。

在一實施例中，氫甲醯化可以在多級反應器中進行，諸如US 5,728,893中所述。此類多級反應器可設計有內部物理阻擋體，每個容器形成多於一個理論反應階段。實際上，其類似於在單一連續攪拌槽反應器容器內部具有多個反應器。單一容器內之多個反應性階段為一種使用反應容器體積之具成本效益之方式。其顯著減少了以其他方式達成相同結果所需的容器數量。較少容器會減少單獨容器及攪拌器之所需總資金及維護問題。

如上文所指示，一般較佳以連續方式進行本發明之氫甲醯化方法。一般而言，連續氫甲醯化方法在此項技術中為熟知的且可涉及：（a）在包含溶劑、金屬-有機磷配位體錯合物催化劑及自由有機磷配位體之液體均質反應混合物中用一氧化碳及氫將烯系起始物質氫甲醯化；（b）維持有利於烯系起始物質之氫甲醯化的反應溫度及壓力條件；（c）當彼等反應物用盡時供應補充量之烯系起始物質、一氧化碳及氫至反應介質中；及（d）以任何所需方式回收所需醛氫甲醯化產物。連續法可以單程模式進行，亦即其中包括未反應之烯烴起始物質及汽化醛產物之蒸汽混合物自回收醛產物之液體反應混合物中移除且供應補充烯系起始物質、一氧化碳及氫氣至液體反應介質中用於下一單程通過而不使未反應之烯系起始物質再循環。此類類型之再循環程序在此項技術中為熟知的且可涉及諸如揭示於例如US 4,148,830中之與所需醛反應產物分離之金屬-有機磷錯合物催化劑流體之液體再循環或諸如揭示於例如US 4,247,486中之氣體再循環程序以及（若需要）液體及氣體再循環程序兩者之組合。本發明之最佳氫甲醯化方法包括連續液體催化劑再循環過程。適合之液體催化劑再循環程序揭示於例如美國專利4,668,651、4,774,361、5,102,505及5,110,990中。

在本發明之一實施例中，可藉由任何適合方法使醛產物混合物與產生醛混合物之粗反應混合物之其他組分分離。適合分離方法包含例如溶劑萃取、結晶、蒸餾、汽化、刮膜蒸發、降膜蒸發、相分離、過濾及其類似者或其任何組合。可能需要在醛產物形成時經由使用如PCT公開案第WO 88/08835號中所述之捕獲劑自粗反應混合物中將其移除。一種用於使醛混合物與粗反應混合物之其他組分分離之方法係藉由膜分離。此類膜分離可如美國專利5,430,194及5,681,473中所闡述來達成。

如上文所指示，在本發明之方法結束時（或期間），可自用於本發明方法之反應混合物中回收所需醛。舉例而言，可使用美國專利4,148,830及4,247,486中所揭示之回收技術。例如，在連續液體催化劑再循環過程中，自反應區移出的部分液體反應混合物（含有醛產物、催化劑等），亦即反應流體，可以通過分離區，例如汽化器/分離器，其中所需醛產物可在一或多個階段在常壓、降壓或高壓下與液體反應流體經由蒸餾分離、縮合且收集於產物接收器中，且若需要進一步加以純化。剩餘非揮發之含有催化劑之液體反應混合物可隨後再循環回至反應器，因為若需要任何其他揮發性物質（例如未反應之烯烴）連同任何氫氣及一氧化碳一起可在其例如藉由以任何習知方式蒸餾與縮合的醛產物分離之後溶解於液體反應物中。一般而言，較佳使所需醛與含有催化劑之反應混合物在減壓下且在低溫下分離以便避免有機磷配位體及反應產物之可能降解。當亦採用α-單烯烴反應物時，其醛衍生物亦可藉由以上方法分離。

更具體而言，自含有金屬-有機磷錯合物催化劑之反應流體蒸餾及分離所需醛產物可在任何適合之所需溫度下進行。一般而言，此類蒸餾較佳在相對較低之溫度（諸如低於150℃）下且更佳在50℃至140℃範圍內之溫度下發生。亦通常較佳地，此類醛蒸餾在涉及低沸點醛（例如C₄ 至C₆ ）時在減壓，例如實質上比氫甲醯化期間所用之總氣壓低的總氣壓下進行，或當涉及高沸點醛（例如C₇ 或更高）時，在真空下進行。舉例而言，慣例為使自氫甲醯化反應器中移除之液體反應產物介質經受減壓，以便使大部分之溶解於液體介質中且現含有與反應介質中所存在相比低得多的合成氣濃度的未反應氣體揮發至使所需醛產物發生蒸餾之蒸餾區（例如汽化器/分離器）中。一般而言，在真空壓力直至340 kPa總氣壓範圍內之蒸餾壓力應足夠用於大部分目的。

本發明方法有利地減少醛溶液中之重組分形成。此類醛溶液可為來自其中產生醛產物的氫甲醯化方法之反應流體。因此，說明性非光學活性醛產物包含例如丙醛、正丁醛、異丁醛、正戊醛、2-甲基1-丁醛、己醛、羥基己醛、2-甲基戊醛、庚醛、2-甲基1-己醛、辛醛、2-甲基1-庚醛、壬醛、2-甲基-1-辛醛、2-乙基1-庚醛、3-丙基1-己醛、癸醛、己二醛、2-甲基戊二醛、2-甲基己二醛、3-甲基己二醛、3-羥基丙醛、6-羥基己醛、烯醛(例如2-戊烯醛、3-戊烯醛及4-戊烯醛)、5-甲醯基戊酸烷酯、2-甲基-1-壬醛、十一醛、2-甲基1-癸醛、十二醛、2-甲基1-十一醛、十三醛、2-甲基1-十三醛、2-乙基,1-十二醛、3-丙基-1-十一醛、十五醛、2-甲基-1-十四醛、十六醛、2-甲基-1-十五醛、十七醛、2-甲基-1-十六醛、十八醛、2-甲基-1-十七醛、十九醛、2-甲基-1-十八醛、2-乙基1-十七醛、3-丙基-1-十六醛、二十醛、2-甲基-1-十九醛、二十一醛、2-甲基-1-二十醛、二十三醛、環己烷-二醛、2-甲基-1-二十二醛、二十四醛、2-甲基-1-二十三醛、二十五醛、2-甲基-1-二十四醛、2-乙基1-二十三醛、3-丙基-1-二十二醛、二十七醛、2-甲基-1-二十八醛、二十九醛、2-甲基-1-二十八醛、三十一醛、2-甲基-1-三十醛及其類似者。

說明性光學活性醛產物包含藉由本發明之不對稱氫甲醯化方法製備之（對映異構）醛化合物，諸如S-2-(對異丁基苯基)-丙醛、S-2-(6-甲氧基-2-萘基)丙醛、S-2-(3-苯甲醯基苯基)-丙醛、S-2-(對噻吩基苯基)丙醛、S-2-(3-氟-4-苯基)苯丙醛、S-2-[4-(1,3-二氫-1-側氧基-2H-異吲哚-2-基)苯基]丙醛及S-2-(2-甲基乙醛)-5-苯甲醯基噻吩。

如其他處所論述，在氫甲醯化方法中過量形成重組分（液體副產物，其正常沸點比氫甲醯化方法的所需產物之正常沸點高至少25℃）通常為非所期望的，所以期望一種降低重質物形成速率之方法。出於本發明之目的，通過量測重組分（例如二聚體及三聚體）隨時間（例如對於連續氫甲醯化方法，至少7天）之增加來測定重組分形成速率。在連續氫甲醯化方法之情形下，定期移除過程流體樣品且藉由氣相層析法（GC）分析以測定二聚體及三聚體之重量百分比，且隨後將結果繪製為重質物濃度（y軸）對時間（x軸）。最佳擬合所得資料點的線之斜率對重物質增加速率進行定量，單位為重量百分比/時間（例如重量百分比/天）。舉例而言，可自至少一個反應器中定期移除液體樣品且藉由GC分析以測定反應流體中重組分之重量百分比；在一較佳實施例中，自各反應器以所需時間間隔移除液體樣品，且將結果平均化以得到代表整個過程的重組分濃度。在另一實施例中，可以在開始及整個運作持續時間之時間間隔對分批過程進行取樣以測定重組分形成速率，其中GC分析及計算如上所述進行。上述分析假設氫甲醯化反應系統內的其他方法參數（例如反應流體體積、汽化器進料-尾料比、單元溫度、汽化器壓力及其類似者）保持基本恆定。

測定重質副產物之重量百分比的方法包含（但不限於）GC面積百分比分析、GC外部標準物分析（ESTD）及GC內部標準物分析（ISTD）。GC偵測器對特定分析物之響應由樣品中分析物的化學組成及濃度決定。具有相似化學組成的分析物將在給定偵測器上顯示出類似響應，因此通過注入量測量之已知化合物作為校準標準物的一部分而測定的響應因子亦可應用於其他化學相似的組分。舉例而言，對一種C8烯烴測定的響應因子可以應用於其他C8烯烴異構體；對於二聚體異構體、三聚體異構體等亦為如此。測定獨立重質化合物之濃度並不重要；因此，為了定量及計算重組分形成速率，將二聚體峰及三聚體峰組合在一起為可接受的。將GC峰分組以報導相似化合物之總濃度的概念為技術人員熟知的（參見例如，「用於分析石油產物及潤滑劑之ASTM方法的指南（Guide to ASTM Methods for the Analysis of Petroleum Products and Lubricants），ASTM International，2007，第134頁）。一般而言，具有相似結構之化合物具有相當之揮發性及極性，且因此在氣相層析圖上以相似保留時間溶離。例如，複數個二聚體峰將具有相似的保留時間且可分組在一起，且其總濃度報導為「二聚體重量百分比」；對於「三聚體重量百分比」等亦為如此。

GC方法開發之一般原理為技術人員所熟知的（參見例如「層析選擇性之最佳化：方法研發之指南；層析雜誌之第35卷（Optimization of Chromatographic Selectivity: A Guide to Method Development; Volume 35 of Journal of Chromatography）」 Library, Elsevier, 1986）。雖然GC分析之確切方法並不重要，但所用條件應足以區分烯烴、醛產物、二聚體、三聚體及其他重質副產物。副產物之一般特性可藉由習知手段測定，諸如GC-質譜法以及諸如美國專利4,148,830中所述之獨立合成。在一個實施例中，在具有溫度程式化能力之層析儀及火焰離子化偵測器中使用至少一個具有非極性鍵合固定相的熔融矽石毛細管柱。一般而言，複數個峰之解析度將隨所用管柱之長度而改良。在一個實施例中，採用30米之管柱；在一較佳實施例中，採用50米之管柱，且在一最佳實施例中，使用100米之管柱。若需要，可以串聯連接兩個或多於兩個管柱以增加解析度；如此採用之管柱可具有相同或不同的固定相及尺寸。

出於本發明之目的，術語「重組分形成速率」意謂在氫甲醯化方法中之醛二聚體及三聚體形成速率。重組分形成速率以「重量百分比/天」表示且計算如下：

（二聚體+三聚體之重量百分比）_最終及（二聚體+三聚體之重量百分比）_初始可如上所述進行量測。例如，若在不存在本發明方法之情況下，重組分形成速率為3重量%/天，且本發明方法將重組分形成速率降低至1.5重量%/天，將實現重組分形成速率降低50%。藉由利用如本文所指定之有機含氮化合物，本發明方法可有利地降低反應流體中之重組分形成速率。

本發明之一些實施例的另一優點為降低了氫甲醯化方法中經常發生的銠損失速率。如本文所用，術語「銠損失速率」意謂銠濃度隨時間之變化。銠濃度可使用習知方法，諸如原子吸收（AA）來量測。濃度變化表示為每天百萬分率（ppm）銠損失量（百萬分率/天），且計算如下：

在另一實施例中，銠損失速率可藉由繪製歷經數天（x軸）以ppm表示之銠濃度（y軸），基於多個資料點來測定；由此描述的線之斜率將測定以百萬分率/天計之銠損失速率。出於本發明之目的，銠損失速率自每天10 ppm降低至每天5 ppm佔銠損失速率降低量50%。

現將在以下實例中較詳細描述本發明之一些實施例。實例

除非另外指示，否則以下實例中之所有份數及百分比均按重量計。除非另外指示，否則壓力以絕對壓力形式給出。混合C9醛係由混合辛烯之氫甲醯化獲得，且除非另外指出，否則在使用前進行蒸餾。除非另外指出，否則實例中使用的混合C9醛含有96.8重量 %混合C9醛、2.2重量%二聚體及0.7重量%三聚體。實例中使用的丁醛係由丙烯之氫甲醯化獲得，且在使用前進行蒸餾；總重組分濃度為約1重量%。

使用以下參數藉由氣相層析法（GC）進行C9醛實驗之樣品分析：

組分定量係基於使用代表性化合物之外部標準物校準；出於報導目的對多個二聚體峰及三聚體峰進行分組。

使用以下參數藉由GC進行C4醛實驗之樣品分析：

組分定量係基於外部標準物校準；重組分分組為二聚體及三聚體。

除非另外指出，否則重組分形成速率以「重量百分比/天」表示且計算如下：

藉由原子吸收（AA）使用空氣/乙炔火焰測定銠濃度。已發現，此技術將無法可靠地定量聚集銠；因此，此方法可用於指示「銠損失」（例如，不可偵測之銠聚集或以其他方式不再在溶液中，因此對氫甲醯化不起作用）。銠損失速率計算如下：

顏色變化（自無色或淺黃色溶液開始），諸如變暗或形成黑色膜或固體亦指示銠催化劑降解。

實例中使用的配位體A為參(2,4-二第三丁基苯基)亞磷酸酯：

配位體A

比較實驗A. 在氮氣氛圍下向費雪-波特管中裝入混合C9醛（約10 mL）。將醛在115℃之油浴中攪拌隔夜，其後取出樣品用於GC分析。

本發明實例1. 遵循比較實驗A之程序，除了向醛添加苯并咪唑（Bzim；2.5重量%）。

比較實驗A及實例1之結果如表1所示。表1

苯并咪唑之存在減緩二聚體及三聚體兩者之形成；證明了重組分形成速率降低45%之益處。

比較實驗B. 向費雪-波特管中裝入混合C9醛（20 mL）、二羰基乙醯基丙酮酸銠（大約300 ppm銠）及配位體A（每銠約10當量）。將溶液用1:1 CO:H2充氣約一小時，其後用氮氣短暫吹掃且在115℃油浴中在10 psi總壓力下密封。對溶液定期取樣以進行GC分析。

本發明實例2. 遵循比較實驗B之程序，除了添加苯并咪唑（2.0重量%）。

本發明實例3. 遵循比較實驗B之程序，除了添加苯并咪唑（1.0重量%）。

比較實驗B及本發明實例2與本發明實例3中在5天期間出現的重組分形成結果示於表2中。表2

比較實驗B及本發明實例2與本發明實例3的銠濃度隨時間之變化彙總於表3中。表3

銠損失速率降低≥90%。比較實驗B中之溶液極具深棕色，而本發明實例2及本發明實例3中之溶液保持透明黃色，進一步表明苯并咪唑增強銠-龐大有機單亞磷酸酯催化劑溶液中之銠穩定性。

比較實驗C. 遵循比較實驗B之程序，除了以不同時間間隔拉出樣品。

本發明實例4. 遵循比較實驗C之程序，除了添加的苯并咪唑之量（0.5重量%）。

本發明實例5. 遵循比較實驗C之程序，除了添加的苯并咪唑之量（0.25重量%）。

在115℃下6天之後比較實驗C及本發明實例4與本發明實例5之結果彙總於表4中。表4

在本發明實例4及本發明實例5中，重組分形成速率降低了近50%。總體而言，表2及表4之結果顯示本發明在寬的有機含氮化合物濃度範圍內為有效的。

比較實驗D. 遵循比較實驗B之程序，除了以不同時間間隔拉出樣品。

比較實驗E. 遵循比較實驗C之程序，除了添加的苯并咪唑之量（0.07重量%）。

比較實驗F. 遵循比較實驗C之程序，除了添加的苯并咪唑之量（0.03重量%）。

在115℃下4天之後比較實驗D至比較實驗F之結果彙總於表5中。表5

表5顯示，低於0.10重量%之苯并咪唑濃度不會產生本發明之結果。

比較實驗G. 將由銠（400 ppm）、配位體A（0.5重量%）、混合C9醛及50重量% C9醛衍生之重組分（20 mL）構成的催化劑裝入費雪-波特管。將管用1:1 CO:H2充氣約一小時，且隨後在115℃下在10 psi總壓力下密封。對溶液定期取樣以進行GC分析。

本發明實例6. 遵循比較實驗D之程序，除了添加苯并咪唑（0.50重量%）。

本發明實例7. 遵循比較實驗D之程序，除了添加苯并咪唑（1.00重量%）。

9天之後比較實驗G與本發明實例6及本發明實例7之結果顯示在表6中。表6

重組分之形成減慢，尤其相對於本發明之溶液中的較低二聚體濃度。

比較實驗H. 向費雪-波特管中裝入丁醛（10 mL）且在10 psi氮氣壓力下密封。醛在115℃油浴中進行攪拌且定期取樣以進行GC分析。

本發明實例8. 遵循比較實驗E之程序，除了添加苯并咪唑（1.8重量%）。

2天之後比較實驗H與本發明實例8之結果呈現於表7中。表7

表7之結果顯示，本發明方法與醛之特性無關。

比較實驗I至比較實驗S. 遵循比較實例A之程序，除了使用不同有機含氮化合物及取樣時間間隔。此等有機含氮化合物不在本發明之範圍內。結果彙總於表8及表9中。表8

表9

比較實驗I至比較實驗N及比較實驗O至比較實驗R中所測試的有機含氮化合物中無一者提供本發明之結果。本發明實驗9中之有機含氮化合物使重組分形成速率降低12%。

Claims

一種減少包括一或多種醛之溶液中的重組分形成之方法，所述方法包括：提供以醛溶液之總重量計，0.1至5重量百分比之有機含氮化合物，所述有機含氮化合物包括：
其中R₁至R₅中之每一者獨立地為氫、烷基或芳基。
如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述有機含氮化合物包括苯并咪唑。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的方法，其中所述醛溶液為氫甲醯化方法中之反應流體，其包括烯烴、氫氣、一氧化碳及包括銠及鈷中之至少一者及可水解有機磷配位體之催化劑。
如申請專利範圍第3項所述的方法，其中所述可水解有機磷配位體為龐大有機單亞磷酸酯。
如申請專利範圍第4項所述的方法，其中所述催化劑包括銠，且銠損失速率比不存在所述有機含氮化合物下的所述銠損失速率低至少25%。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的方法，其中在所述氫甲醯化方法期間形成複數種重組分，其中重組分形成速率比當在不存在所述有機含氮化合物下進行所述方法時的所述重組分形成速率低至少10百分比，且其中所述氫甲醯化方法為連續方法，且所述重組分形成速率係歷經至少七天之時段使用氣相層析法來量測。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的方法，其中所述反應流體中的苯并咪唑之量為以所述反應流體之總重量計，0.25至2.5重量百分比。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的方法，其中所述烯烴為C₃或更高。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的方法，其中所述烯烴為C₈或更高。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的方法，其中所述醛為C₃或更高。