JP2000501405A - アセチレン系不飽和化合物のカルボニル化プロセス - Google Patents

アセチレン系不飽和化合物のカルボニル化プロセス

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JP2000501405A JP9521001A JP52100197A JP2000501405A JP 2000501405 A JP2000501405 A JP 2000501405A JP 9521001 A JP9521001 A JP 9521001A JP 52100197 A JP52100197 A JP 52100197A JP 2000501405 A JP2000501405 A JP 2000501405A
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ヤーヘン,ウイレム,ワーベ
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シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー
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Abstract

(57)【要約】 (a)白金源;(b)式R121−R−M234[式中、M1及びM2は独立にP、As又はSbであり、Rは架橋内に1〜5個の原子を含む置換又は無置換の二価の架橋基を表し、R1とR2は共に置換又は無置換の二価の基であり2自由原子価がM1に連結され、R3とR4は共に置換又は無置換の二価の基であり2自由原子価がM2に連結されるか又はR3とR4は独立に置換又は無置換のヒドロカルビル基である]の二座配位子;(c)アニオン源に基く触媒系の存在で、一酸化炭素及び共反応物との反応によるアセチレン系不飽和化合物のカルボニル化のためのプロセス。

Description

【発明の詳細な説明】 アセチレン系不飽和化合物のカルボニル化プロセス 本発明は白金含有触媒の存在で一酸化炭素と共反応物との反応によりアセチレ ン系不飽和化合物をカルボニル化するプロセスに関する。 出発物質としてアセチレン系不飽和化合物を使用するカルボニル化反応の興味 深い特徴は、反応性不飽和結合をまだ分子内に有するカルボニル化生成物が形成 されることにある。従って、これらの生成物は官能化ポリマー製造用のモノマー としてまた各種の価値ある化学品の製造中間物として適している。 出発物質としてアセチレン系不飽和化合物が使われるカルボニル化反応の研究 において、これまで主にパラジウムに基く触媒系を使用する(分岐した)カルボ ニル化生成物の製造に重点がおかれてきた。例えば、EP−A−0,186,2 28及びWO 95/03269においてこのタイプのプロセスが記述されてい る。 いくつかの用途に対して、例えば洗剤組成物の成分の製造では、分岐より線状 カルボニル化生成物の利用が望ましく、線状 カルボニル化生成物の選択性を増加する努力がなされてきた。かくしてWO 9 4/21585には白金、ビスホスフィン配位子及びアニオン源(典型的には強 酸)に基く触媒系を使用することが記述されている。不幸なことに、この触媒系 の活性は若干低く、アセチレンを反応物として時間当り白金モル当り20〜20 0モル生成物のオーダーである。 いま、更に特定の種類の二座配位子に基く白金を含有する触媒系を使うことに より、高い生成速度で線状カルボニル化生成物の形成が大幅に増加することが見 出された。更にこのタイプの触媒系はアセチレン系不飽和原料のヒドロホルミル 化による線状不飽和アルデヒドの製造に顕著に適していることが見出された。最 後に、このタイプの触媒はカルボニル化−ヒドロホルミル化生成物、例えばホル ミルカルボン酸エステルの製造にも適していることが見出された。 本発明は、(a)白金源;(b)式R121−R−M234[式中、M1と M2は独立にP、As又はSbであり、Rは架橋に1〜5個の原子を有する置換 又は無置換の二価の架橋基を表し、R1とR2は共に置換又は無置換の二価の基で あり2自由原子価はM1に連結され、R3とR4は共に置換又は無置換の 二価の基であり2自由原子価はM2に連結されるか又はR3とR4は独立に置換又 は無置換のヒドロカルビル基である]の二座配位子;及び(c)アニオン源に基 く触媒系の存在において、一酸化炭素と共反応物との反応によりアセチレン系不 飽和化合物をカルボニル化するプロセスに関するものとして定義することができ る。 本発明のプロセスは、白金金属イオンが二座配位子すなわち成分(b)の原子 M1とM2、及びアセチレン系不飽和化合物と配位結合する中間物錯体の形成を含 むと信じられる。 白金源すなわち触媒系の成分(a)については、金属と二座配位子の間で錯体 形成を可能とするいずれかの白金化合物を使用することができる。適切な化合物 は例えば金属白金、テトラキス(トリフェニルホスフィン)白金のごときゼロ価 白金錯体;及び四又は二価白金塩である。特に適切なのは、テトラシアノ白金( II)酸二カリウム、テトラシアノ白金(II)酸二ナトリウム、テトラクロロ 白金(II)酸二カリウム、トリクロロ(エチレン)白金(II)酸カリウム、 トリクロロ(エチレン)白金(II)酸ナトリウム、白金ビス(シアノベンゼン )ジサルフェート、白金ビス(トリフェニル−ホスフィン)ジサ ルフェートのごとき白金(II)塩である。カルボン酸、特に2〜12個の炭素 原子を有するカルボン酸の白金塩も適切であり、例えば二酢酸白金(II)、二 プロピオン酸白金(II)及び二ヘキサン酸白金(II)である。 好ましくは、有機白金(II)錯体が白金源として利用され、アセチル酢酸白 金(II)は特に適している。 触媒系の成分(b)を構成する二座配位子については、M1とM2は好ましくは 共に燐原子を表す。二価架橋基Rは典型的には原子M1とM2を炭素原子を介して 結合する有機基であり、フェロシレンのごとき有機金属基を含む。通常、全ての 架橋原子は任意に(H又はC以外の)ヘテロ原子が結合した炭素原子である。好 ましくは、Rは架橋に1〜3個の炭素原子を有するアルキレン基、特にエチレン 基である。 R1とともにR2で表される置換又は無置換の二価の基は、好ましくは5〜9個 の原子を有する。適切な二価の基の例は、1,6−ヘキシレン、1,6−ヘプチ レン、1,5−オクチレンなどである。M1と一緒に、この基はホスファシクロ アルキル基を形成する。好ましくは、R1とともにR2は置換又は無置換の二価の 環状基を表す。M1と一緒に、この好ましい基はホスフ アビシクロアルキル基を形成する。適切な二価の環状基の例は、1,4−シクロ ヘキシレン、1,4−シクロヘプチレン、1,2−シクロオクチレン、1,4− シクロオクチレン、1,5−シクロオクチレン及び2−メチル−1,5−シクロ オクチレン基である。 R3とR4は、アルキル、アリール、アルカリール又はアラルキル基のごとき独 立に置換又は無置換のヒドロカルビル基を表すことができる。好ましくは、R3 とR4は共にR1と一緒にR2と同じ意味を有する。 R、R1〜R4のいずれかに置換基を有する場合、適切な置換基は好ましくはハ ロゲン原子、及びシアノ、アルコキシ、アミノ及びアルキルアミノ基からなる群 から選択される。アルコキシ基及びアルキルアミノ基中のアルキル基は好ましく は各1〜4個の炭素原子を有する。 特に好ましい二座配位子は1,2−P,P′−ビス(9−ホスファビシクロノ ニル)エタンの[3,3,1]及び[4,2,1]異性体及び1,2−P,P′ −ビス(ジメチル−9−ホスファビシクロノニル)エタンの[3,3,1]及び [4,2,1]異性体である。 本発明の触媒系の調製に対して、式の二座配位子の量は一般的に白金原子モル 当り二座配位子モルで表して若干過剰の白金量が使用される。しかし、活性種は 白金モル当り等モル量の二座配位子に基くと信じられる。かくして、白金モル当 り二座配位子のモル量は適切には1〜3、好ましくは1〜2の範囲にある。酸素 の存在では、僅かに高い量が有利である。 本発明のプロセスに使う触媒系は更にアニオン源すなわち、成分(c)に基く 。アニオンのサイズとアニオンの電荷分布は触媒系の安定性に有意に寄与すると 信じられる。好ましくは、4未満のpKa(水中18℃で測定)を有する酸の共 役塩基(conjugated base)であるアニオンが使われる。これらのアニオンに基 く触媒は実質的に改良された活性を有する。 適切なアニオンはブレンステッド酸、特に、例えば2,6−ジクロロ安息香酸 、及び2,6−ビス(トリフルオロメチル)安息香酸又はトリフルオロ酢酸のご ときカルボン酸;及びメタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸などの ごときスルホン酸から導入されたアニオンを含む。 好ましくは、アニオンはブレンステッド酸とルイス酸の組合せで生成される「 錯」アニオンである。錯アニオンの場合、推 奨されるブレンステッド酸はHF及びHClのごときハロゲン化水素酸、及び特 にメタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホ ン酸などのごときスルホン酸である。推奨されるルイス酸は、例えば、SnCl2 、SnF2、GeCl2、Sn(CF3SO32及びBF3である。従って、好ま しい錯アニオン生成組合せの例はH[SnCl2.CH3SO3]及びH[SnC l2.CF3SO3]である。 白金モル当りのアニオンのモル量は便宜的に1〜12の間で選択される。好ま しくは、アニオンは白金モル当りのモル量で1〜8の範囲で使用される。 本発明のプロセスはアセチレン系不飽和化合物モル当りで言えば、10-8〜1 0-1、好ましくは同じ基準で10-7〜10-2の白金が存在するような触媒量の触 媒系で実施される。 本発明のプロセスの出発物質として適切に使用されるアセチレン系不飽和化合 物は、任意には1つ又は複数のハロゲン原子またはヒドロキシ基のごとき不活性 置換基のある2〜20個の炭素原子を有する化合物を含む。 好ましくはアセチレン系不飽和化合物は分子当り2〜8個の炭素原子を有する 。アセチレン系不飽和結合は通常、分子内に ただ一つの炭素−炭素不飽和がある。主に線状カルボニル化生成物の製造を期待 する視点では、これが端末に位置するのが好ましい。 適切なアセチレン系不飽和化合物の例はアセチレン(=エチン)、メチルアセ チレン(プロピン)、1−ブチン、1−ペンチン、1−ヘキシン、1−オクチン 、フェニルアセチレン及び3−ヒドロキシブチンである。 本発明のプロセスの適切な共反応物は、一酸化炭素分子と少なくとも一つのア セチレン系不飽和化合物が水素原子と共反応物分子の間の結合に挿入できる、水 素を含有する化合物である。その例は少なくとも一つの移動性水素原子を有する 求核化合物を含む。 好ましい求核化合物は、水及びアルコール例えば、メタノール、エタノール、 イソプロパノール及び1−ブタノールのごとき一価アルコール;エチレングリコ ール、1,4−ブタンジオール及びグリセロールのごとき多価アルコール;チオ ール;一級及び二級アミンまたはアミド;フェノール及びカルボン酸、例えば酢 酸、ピバル酸及びプロピオン酸である。1〜6個の炭素原子を有する一価アルコ ール、特にメタノールとブタノール が好ましい。 適切な共反応物の他の種類は分子状水素及び分子水素を発生する能力のある化 合物のごとき水素化物源である。特に、アセチレン系不飽和化合物がヒドロホル ミル化されるプロセスの実施様態に対しては分子状水素が好ましい共反応物であ る。 最後に、上述の求核化合物と水素化物源の組合せはカルボニル化−ヒドロホル ミル化生成物の製造にも使用することができる。 本発明のカルボニル化プロセスは全体的に40〜200℃、更にしばしば50 〜160℃の範囲の反応温度で実施される。 全反応圧は通常5〜150バール絶対圧(bara)の範囲で実施される。1 0〜80bara、特に30〜60baraの圧力が好ましい。 ヒドロホルミル化タイプのカルボニル化反応において、通常、全圧は一酸化炭 素と水素の分圧の和である。これらのガスの間のモル比は変えることができるが 、便宜的には1:2〜2:1の範囲に維持される。好ましくは、一酸化炭素と水 素の実質的に等モル量が使われる。 無水素又は少量水素量が関与する他のカルボニル化反応にお いては、全圧は一酸化炭素圧力とほぼ同じである。 本発明のプロセスはもし望ましければ希釈剤又は溶媒なしに実施することがで きる。しかし、しばしば、例えばもし揮発性アセチレン系出発物質を使うか又は もし反応が比較的長い誘導期間を必要とし反応物の連続した十分な攪拌が望まし ければ、反応初期に液体希釈剤または溶媒が存在することが有利である。 特に、適切な溶媒はエーテル又はケトンのごとき非プロトン化合物、例えば2 ,5,8−トリ−オキサノナン、ジエチルエーテル、アセトン及びメチルエチル ケトンである。 本発明は更に次の実施例により説明される。実施例で使った略号は次の意味を 持つ。 MeOH=メタノール、 BuOH=ブタノール、 PA=白金(II)(アセチルアセトネート)2 BPBME=1,2−P,P′−ビス(9−ホスファビシクロノニル)エタンの 異性体混合物 (T)MS=(トリフルオロ)メタンスルホン酸実施例1 (a)磁力攪拌した容量300ml「ハステロイC」(商標) 製オートクレーブにアセチレン(1.4bara)、30mlのt−BuOH、 0.25mmolのPA、0.3mmolのBPBNE、0.4mmolのMS 、0.4mmolのSnCl2、及ひ30mlの2,5,8−トリオキサノナン を装入した。 オートクレーブを15baraの一酸化炭素で加圧しシールした。混合物の温 度を115℃に上昇した。15分間の反応期間の後に反応を止め、オートクレー ブ内容物を冷却した。アセチレン転化率は100%であった。生成物はt−ブチ ルアクリレートからなり2240mol/mol.hの速度で製造された。 (b)30baraの一酸化炭素を使い実施例を繰返した。今回は、t−ブチル アクリレートが3050mol/mol.hの平均速度で製造された。 (c)40baraの一酸化炭素を使い実施例を繰返した。今回は、t−ブチル アクリレートが5300mol/mol.hの速度で製造された。 これらの実施例は本発明のプロセス、特により高い一酸化炭素圧力により得ら れる優れた収率を説明する。実施例2 (a)実施例1で述べたタイプのオートクレーブに、アセチレン(1.4bar a)、0.28molの水、0.25mmolのPA、0.3mmolのBPB NE、0.4mmolのMS、0.4mmolのSnCl2、及び50mlの2 ,5,8−トリオキサノナンを装入した。 オートクレーブを30bara−酸化炭素で加圧しシールした。混合物の温度 を115℃に上昇した。 1時間の反応期間後に反応を止め、オートクレーブ内容物を冷却した。アセチ レン転化率は100%であった。生成物はアクリル酸からなり、620mol/ mol.hの平均速度で製造された。 (b)MSの代りに0.4mmolのHClを使い、実施例を繰返した。アクリ ル酸が今回は1400mol/mol.hの平均速度で製造された。 今回は求核試薬として水を使っても、再び高い速度を達成した。実施例3 実施例1で述べたタイプのオートクレーブに、20mlのメ チルアセチレン、20mlのMeOH、0.25mmolのPA、0.3mmo lのBPBNE、0.4mmolのMS、0.4mmolのSnCl2、及び4 0mlの2,5,8−トリオキサノナンを装入した。 オートクレーブを一酸化炭素(50bara)で加圧しシールした。混合物の 温度を115℃に上昇した。 2.5時間の反応期間後に反応を止め、オートクレーブ内容物を冷却した。メ チルアセチレン転化率は100%であった。生成物はクロトン酸メチルからなり 、選択率98%で400mol/mol.hの平均速度で製造された。 この実施例は本発明のプロセスが線状生成物の優れた選択率と良い速度を共に 達成したことを説明する。比較実施例A 実施例1(c)を繰返したが、配位子としてBPBMEの代りに0.3mmo lの1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタンを使った。5時間後、転化は 僅か40%しか達成しなかった。ブチルアクリレートの製造される速度は30m ol/mol.h未満であった。更に、ブチルアクリレートは僅か50%の選択 率でしか生成せず、残りは主に1,1−ジブトキシエタ ンであった。比較実施例B 実施例1(c)を繰返したが、配位子としてBPBMEの代りに0.3mmo lの1,2−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)エタンを使った。5時間後、 転化は僅か20%しか達成しなかった。ブチルアクリレートの生成する速度はほ ぼ16mol/mol.hであった。更に、ブチルアクリレートは僅か30%の 選択率でしか製造されず、残りは主に1,1−ジブトキシエタンであった。実施例4 実施例1で述べたタイプのオートクレーブに、アセチレン(1.4bara) 、0.25mmolのPA、0.6mmolのBPBNE、0.5mmolのT MS、0.5mmolのSnCl2、及び40mlの2,5,8−トリオキサノ ナンを装入した。 オートクレーブを一酸化炭素(30bara)と水素(30bara)で加圧 しシールした。混合物の温度を88℃に上昇した。5時間の誘導期間後、続いて 10時間の反応期間を経て反応を止め、オートクレーブ内容物を冷却した。 アセチレン転化率は100%であった。生成物はアクロレイン(22%)とプ ロピオンアルデヒド(78%)からなり、100mol/mol.hの速度で生 成した。 この実施例は、本発明のプロセスがアルキンをエチレン系不飽和アルデヒドに 転化されるヒドロホルミル化タイプのカルボニル化反応に適していることを説明 する。実施例5 実施例4で得た反応混合物に、10mlの1−ペンチンを添加した。オートク レーブを一酸化炭素(30bara)と水素(30bara)で加圧し続いてシ ールした。混合物の温度を84℃に上昇した。10時間の反応期間後、反応を止 め、オートクレーブ内容物を室温に冷却した。 GLC分析は1−ペンチンの70%がヘキセナールに転化したことを示した。 選択率は2−ヘキセナールに対して86%、3−ヘキセナールに対して1%及び ヘキサナールに対して13%であった。アルデヒドの線形性は100%で、30 mol/mol.hで生成した。 実施例4におけるごとく、この実施例は本発明のプロセスがアルキンを供給し て不飽和ヒドロホルミル化生成物に転化する ヒドロホルミル化タイプのカルボニル化反応に適切に利用されることを説明する 。更に、たとえ触媒が二度使われても、線状生成物の選択率は維持される。実施例6 実施例1で述べたタイプのオートクレーブに、アセチレン(1.4bara) 、50mlのt−BuOH、0.25mmolのPA、0.3mmolのBPB NE、0.3mmolのHCl、0.3mmolのSnCl2を装入した。 オートクレーブを一酸化炭素と分子状水素(各30bara及び30bara )で加圧しそしてシールした。混合物の温度を100℃に上昇した。 2.5時間の反応期間を経て反応を止め、オートクレーブ内容物を冷却した。 アセチレン転化率は100%であった。生成物は60mol%のt−ブチル−1 −ホルミルプロピオネート、30mol%のプロパナール及び10mol%のt −ブチルプロピオネートからなり、250mol/mol.hの速度で製造され た。実施例7 実施例6を繰返したが、一酸化炭素と分子状水素を各40及 び20baraを使った。 1時間の反応期間を経て反応を止め、オートクレーブ内容物を冷却した。アセ チレン転化率は100%であった。生成物は74mol%のt−ブチル−1−ホ ルミルプロピオネート、1mol%のプロパナール及び25mol%のt−ブチ ルプロピオネートからなり、620mol/mol.hの速度で製造された。実施例8 実施例7を繰返したが、50mlの1−BuOHを使った。 6時間の反応期間を経て反応を止め、オートクレーブ内容物を冷却した。アセ チレン転化率は100%であった。生成物は60mol%のブチル−1ホルミル プロピオネートのブタノールアセタール、及び約5mol%のプロパナールのブ タノールアセタール及び35mol%のt−ブチルプロピオネートからなり、1 00mol/mol.hの速度で製造された。 この実施例は本発明のプロセスはカルボニル化−ヒドロホルミル化生成物を良 い速度で製造するためにも使うことができることを説明する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07C 51/14 C07C 51/14 57/04 57/04 67/38 67/38 69/56 69/56 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN, CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G E,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR ,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV, MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK ,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 デ・コツク,ミリアム,カタリーナ,テオ ドラ オランダ国、エヌ・エル―1031・セー・エ ム・アムステルダム、バトハイスウエヒ・ 3 (72)発明者 ペロ,デニス,ハンフリイ,ルイス オランダ国、エヌ・エル―1031・セー・エ ム・アムステルダム、バトハイスウエヒ・ 3 (72)発明者 ヤーヘン,ウイレム,ワーベ オランダ国、エヌ・エル―1031・セー・エ ム・アムステルダム、バトハイスウエヒ・ 3

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(a)白金源;(b)式R121−R−M234[式中、M1とM2は独立 にP、As又はSbであり、Rは架橋に1〜5個の原子を有する置換又は無置換 の二価の架橋基を表し、R1とR2は共に置換又は無置換の二価の基であり2自由 原子価はM1に連結され、R3とR4は共に置換又は無置換の二価の基であり2自 由原子価はM2に連結されるか又はR3とR4は独立に置換又は無置換のヒドロカ ルビル基である]の二座配位子;及び(c)アニオン源に基く触媒系の存在にお いて、一酸化炭素と共反応物との反応によりアセチレン系不飽和化合物をカルボ ニル化する方法。 2.アセチレン系不飽和化合物が2〜20個の炭素原子を有するアルキンである 請求項1に記載された方法。 3.アセチレン系不飽和化合物が2〜8個の炭素原子を有するアルキンである請 求項1に記載された方法。 4.共反応物が水素化物源及び/又は少なくとも1個の移動性水素原子を有する 求核化合物である請求項1〜3のいずれかに記載された方法。 5.求核化合物が1〜6個の炭素原子を有するアルコールである請求項4に記載 された方法。 6.共反応物が分子状水素である請求項4に記載された方法。 7.共反応物が1〜6個の炭素原子を有するアルコール及び分子状水素の両方で ある請求項4に記載された方法。 8.触媒系の成分(a)が有機白金錯体に基く請求項1〜7のいずれかに記載さ れた方法。 9.触媒系の成分(b)はM1及びM2が共に燐原子を表す式の二座配位子に基く 請求項1〜8のいずれかに記載された方法。 10.式の二座配位子のRが架橋に1〜3個の炭素原子を有するアルキレン基を 表す請求項1〜9のいずれかに記載された方法。 11.式の二座配位子において、R1がR2と一緒になって、及びR3がR4と一緒 になって6〜9の環原子を有するシクロアルキレン基を表す請求項1〜10のい ずれかに記載された方法。 12.二座配位子が1,2−P,P′−ビス(9−ホスファビシクロノニル)エ タンの[3,3,1]及び/又は[4,2,1]異性体又は1,2−P,P′− ビス(ジメチル−9−ホスファビシクロノニル)エタンの[3,3,1]及び/ 又は [4,2,1]異性体である請求項1〜11のいずれかに記載された方法。 13.触媒系の成分(c)が4未満のpKa(水中18℃で測定)を有するアニ オンに基く請求項1〜12のいずれかに記載された方法。 14.触媒系の成分(c)がルイス酸とブレンステッド酸の組合せに基く請求項 13に記載された方法。 15.ルイス酸が塩化スズ(II)である請求項14に記載された方法。
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