JPH0687876A - 3,4−ジメチル−2,5,6−トリス(p−スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボルナジエン、その製造方法およびオレフィン性不飽和化合物のヒドロホルミル化法 - Google Patents

3,4−ジメチル−2,5,6−トリス(p−スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボルナジエン、その製造方法およびオレフィン性不飽和化合物のヒドロホルミル化法

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JPH0687876A JP5142164A JP14216493A JPH0687876A JP H0687876 A JPH0687876 A JP H0687876A JP 5142164 A JP5142164 A JP 5142164A JP 14216493 A JP14216493 A JP 14216493A JP H0687876 A JPH0687876 A JP H0687876A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 3,4−ジメチル−2,5,6−トリス(p
−スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボルナジ
エン、その製造方法およびこの燐化合物を含有する触媒
を用いてオレフィン性不飽和化合物をヒドロホルミル化
法。 【効果】 この化合物は新規化合物であり、オレフィン
性不飽和化合物のヒドロホルミル化反応においてロジウ
ムとの錯塩結合状態で触媒として非常に有利に作用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物の3,4−ジメ
チル−2,5,6−トリス(p−スルホナートフェニ
ル)−1−ホスファノルボルナジエンおよびその製法並
びに上記のリン化合物を含有する触媒を使用してオレフ
ィン性不飽和化合物をヒドロホルミル化することに関す
る。
【0002】
【従来の技術】中心原子として元素の周期律表第8族の
金属を含有しそして配位子としてP(III)−化合物、ホ
スフィンまたはホスフィットおよびその他に場合によっ
ては更に別の錯塩形成性基を有する錯塩化合物は、触媒
として近年ますます重要に成ってきた。例えば、オレフ
ィンから合成ガスにてアルデヒドをもたらす大規模に行
われる工業的反応(ヒドロホルミル化反応)は、コバル
トおよび特にロジウムおよびトリフェニルホスフィンよ
り成る触媒系の存在下に行われる。メタノールを合成ガ
スにて更に高級なアルコール、特にエタノールおよびプ
ロパノールに転化する為にも(均質化反応)、ホスフィ
ンを含有する錯塩化合物を基礎とする触媒が有効である
ことが判っている。上述の場合には、ほとんど、配位子
が過剰に存在している為に、触媒系は錯塩化合物と遊離
の配位子で組成されている。有機媒体へのこの触媒の溶
解性によって、反応は均質相で行われる。
【0003】均質相での替わりに、反応を不均質反応系
で実施してもよい。この変法の長所は、水に溶解して存
在している触媒を水に不溶の反応生成物から簡単に且つ
きれいに分離できる点にある。この原理に従って、例え
ば少なくとも一つのエチレン性二重結合を持つ不飽和有
機化合物にシアン水素を付加するドイツ特許第2,70
0,904号明細書(C2)に記載の方法が実施され
る。オレフィンと一酸化炭素および水素との反応によっ
てアルデヒドを製造する為には、ドイツ特許第2,62
7,354号明細書(C2)に従ってロジウムを金属の
状態でまたはそれの化合物の状態で水溶性ホスフィンと
一緒に、例えばトリフェニルホスフィン−トリスルホン
酸(以下“TPPTS”と言う)のアルカリ塩と一緒に
触媒として使用する。
【0004】公知のこれらの二段階法は工業的規模で非
常に良好であることが実証されている。それでもなお、
方法を更に完全なものにする努力がされている。例えば
特別な触媒要求──並びにロジウム並びに配位子──お
よびそれ故の生成物価格のさらなる引き下げの為に、触
媒の活性を錯塩配位子の変性によって向上させそしてそ
の能力を伸ばす試みがされている。経済的理由は、ホス
フィン/ロジウム−比を明らかに減らすことに決定的に
関連している。更に、個々の問題を解決する適切な配位
子系を開発することも切望されている。枝分かれしてな
いアルデヒドを形成することに関する選択率を更に改善
することが例として挙げられる。しかしながら枝分かれ
した生成物を合成する対峙する目的もエナンチオ選択合
成に関して興味が持たれる。この場合には、近年では数
百万トンのヒドロホルミル化生成物が製造されること、
選択率の僅かな変更が既に一つの方向でまたは別の方向
で経済的に重要な結果をもたらすことを考慮するべきで
ある。
【0005】
【発明の構成】本発明の対象は化合物の3,4−ジメチ
ル−2,5,6−トリス(p−スルホナートフェニル)
−1−ホスファノルボルナジエンに関する。
【0006】本発明の別の対象は、3,4−ジメチル−
2,5,6−トリス(p−スルホナートフェニル)−1
−ホスファノルボルナジエンを製造する方法に関する。
この方法は、3,4−ジメチル−2,5,6−トリフェ
ニル−1−ホスファノルボルナジエンを0〜20℃の温
度で、硫酸に三酸化硫黄を溶解した溶液と反応させ、攪
拌下に徐々に室温に調整しそしてこの温度で更に20〜
30分攪拌し、この反応混合物を0〜50℃、特に0〜
20℃の温度に維持しながら水で希釈するかまたは氷の
上に注ぎそして次いで後処理することを特徴とする、上
記方法でもある。
【0007】更に本発明は、モノオレフィン、非共役ポ
リオレフィン、シクロオレフィンまたはこれらの種類の
化合物の誘導体と一酸化炭素および水素と20〜150
℃の温度、0.1〜30MPaの圧力のもとで触媒とし
ての、ホスフィンを錯塩結合した状態で含有するロジウ
ム化合物の水溶液の存在下に反応させることによってア
ルデヒドを製造する方法にも関する。この方法は、ホス
フィンとして3,4−ジメチル−2,5,6−トリス
(p−スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボル
ナジエンを使用することを特徴としている。
【0008】本発明者は驚くべきことに、新規のリン化
合物(以下、“NORBOS”とも言う)が、水溶性触
媒系、特にカルボニル化反応に使用される水溶性触媒系
の成分として優れて適していることを見出した。NOR
BOSは高い酸化安定性および、炭素−燐結合の特別な
安定性に特徴がある。ロジウムとの錯塩結合状態で、オ
レフィン性不飽和化合物のアルデヒドへの転化を高い活
性Aおよび生産性Pをもって可能とする優れたヒドロホ
ルミル化触媒である: NORBOSの製造に必要とされる原料化合物の3,4
−ジメチル−2,5,6−トリフェニル−1−ホスファ
ノルボルナジエンは従来技術に従って良好な収率で二段
階合成で得られる。第一の方法段階ではフェニル−ジク
ロロホスフィンまたはフェニル−ジブロモホスフィンま
たはこれら両方のハロゲン化ホスフィンの混合物とジメ
チルブタジエンとを反応させて1−ハロ−2,5−ジヒ
ドロホスホリウム塩を得、これを2−メチルピリジンで
脱ヒドロハロゲン化反応させて3,4−ジメチル−1−
フェニルホルホールを得る。次に、第二方法段階でホス
ホールとジフェニルアセチレンとの反応で次に3,4−
ジメチル−2,5,6−トリフェニル−1−ホスファノ
ルボルナジエンが得られる。
【0009】ホスファノロボルナジエンは予め精製する
ことなしにスルホン化の為に使用することができる。ス
ルホン化剤としては本発明に従って発煙硫酸、即ち硫酸
にSO3 を溶解した溶液を使用する。この溶液中のSO
3 濃度は該溶液を基準として20〜65重量% であるの
が有利である。反応を注意深い条件のもとで実施する為
に、0〜20℃、殊に0〜5℃の温度に維持しながら上
記リン化合物をSO3−試薬中に加え、攪拌下に徐々に
室温に調整しそして同じ温度範囲で20〜30分更に反
応させる。反応混合物を次に好ましくはそれぞれ0〜5
0℃、殊に0〜20℃の温度に維持しながら水でまたは
特に氷で希釈しそして次に、好ましくはアルカリ炭酸塩
またはアルカリ水酸化物にて中和する。この溶液を濃縮
し、沈澱するアルカリ硫酸塩を濾別しそして濾液をメタ
ノール中に導入する。必要な場合には、精製操作、濃
縮、濾過およびメタノールへの導入を繰り返してもよ
い。最後にスルホン化化合物を、乾燥するまでメタノー
ル溶液を蒸発処理することによって得る。この粗生成物
を触媒系の触媒成分として直接的に使用することができ
る。物理化学的性質が要求される場合には、粗生成物か
ら新規化合物を例えばゲルパーミッションクロマトグラ
フィーによって純粋な状態で得る。
【0010】トリ−ナトリウム−NORBOSは帯黄色
の白色粉末であり、水に非常に容易に溶解する。ナトリ
ウム塩から、または他のアルカリ塩からも遊離の酸およ
び他の金属の塩をも例えばイオン交換によって製造する
ことができる。
【0011】NORBOSは種々の金属と錯塩化合物を
形成し、その中で特にロジウムとのものがオレフィン性
不飽和化合物のヒドロホルミル化の為の触媒として重要
である。この場合にはロジウムおよびリン化合物(NO
RBOSのトリ−ナトリウム塩または他の水溶性の塩)
が化学量論的比、要するに最初に使用したまたはヒドロ
ホルミル化反応の条件のもとで生じたロジウム−錯塩化
合物の化学組成に相応する割合で使用しないのが有利で
ある。NORBOS過剰で実施するのが有利である。こ
の場合には、ロジウムとNORBOSとの比を広い範囲
で変更することができそして1モルのロジウム当たり約
1〜15モルのNORBOSを使用する。1モルのロジ
ウムに対して3〜15、特に8〜13モルのNORBO
Sの割合が特に有利である。
【0012】ロジウムは金属としてまたは化合物として
使用する。金属は微細な粒子の状態かまたは担体、例え
ば活性炭、炭酸カルシウム、珪酸アルミニウム、クレイ
に担持された薄い層の状態で使用する。ロジウム化合物
としては、水溶性であるかまたは反応条件のもとで水溶
性に成る物質が適する。種々のロジウム酸化物、無機系
の水素酸および酸素酸の塩並びに脂肪族モノ−およびポ
リカルボン酸の塩が適している。ロジウム塩の例には硝
酸ロジウム、硫酸ロジウム、酢酸ロジウム、ロジウム−
2−エチルヘキサノエート、ロジウムマロナートがあ
る。これに対して、ロジウム−ハロゲン化化合物は、ハ
ロゲン化合物イオンの腐食挙動の為に余り適していな
い。更にロジウムカルボニル化合物、例えばRh3 (C
O)12またはRh6 (CO)16、またはロジウムの錯
塩、例えばシクロペンタジエニル−ロジウム化合物を使
用することができる。酸化ロジウムおよび中でも酢酸ロ
ジウムおよびロジウム−2−エチルヘキサノエートが特
に有利である。ヒドロホルミル化反応の条件のもとで水
素ガスの存在下に水溶性ロジウム錯塩化合物が生じ、そ
れが一酸化炭素および配位子としてのNORBOSを含
有していると考えることができる。これらの化合物は水
に溶解した過剰のNORBOSと一緒に触媒系を形成す
る。
【0013】触媒溶液を各成分からヒドロホルミ化反応
器中でまたは予め別の装置で製造してそして次にヒドロ
ホルミル化反応器に導く。触媒水溶液のロジウム濃度は
該溶液を基準として20〜1000重量ppm、殊に1
00〜600重量ppm、特に200〜400重量pp
mである。
【0014】オレフィンと一酸化炭素および水素との反
応は約0.1〜約30MPa、殊に1〜12MPa、特
に3〜7MPaの圧力のもとで行う。合成ガスの組成、
即ち一酸化炭素と水素との容量比は広い範囲にわたり、
そして例えば1:10〜10:1の間で変更できる。一
般に一酸化炭素と水素との容量比は一方にまたはもう一
方に僅かにずれているガス混合物を使用する。
【0015】反応温度は約20〜150℃、殊に80〜
140℃、特に100〜125℃である。液相および気
相に存在する反応成分の反応は慣用の反応器で行う。反
応の進行は、触媒水溶液が液状のまたはガス状の疎水性
オレフィンおよび合成ガスで飽和されていなければなら
ないことによって著しく影響される。それ故に、出来る
だけ大きな接触面積を相相互間に形成する必要がある。
液状の反応器内容物──触媒溶液、場合によっては液状
のオレフィンおよび反応成分──を激しく攪拌しそして
ガス状反応成分──合成ガスおよび場合によってはオレ
フィン──を分配装置を介して液相に供給するのが有効
であることが判っている。更に、反応混合物中の有機相
を少なく維持することが有効であることも判っている。
驚くべきことに反応成分を水性相に溶解するのに有機相
は寄与せず、反応器中の生成物の滞留時間が増加する場
合に避けられない不所望の副反応を、反応生成物がする
のを減少させる。従って水性相と有機相との容量比は
1:1〜100:1、殊に10:1〜100:1に調整
する。この目的の為に、反応混合物の適当な部分を反応
器から流し出し、水性−および有機相を互に分離しそし
て水性相を反応器中に戻してもよい。反応は不連続的に
または好ましくは連続的に実施することができる。
【0016】本発明の方法は、モノオレフィン、非共役
ポリオレフィン、環状オレフィンおよびこれらの不飽和
化合物の誘導体を反応させるのに有利に使用することが
できる。これらのオレフィンは線状でもまたは枝分かれ
していてもよく、二重結合が末端にまたは内部にあって
もよい。新規の方法で使用できるオレフィンの例にはエ
チレン、プロピレン、ブテン−1、ブテン−2、ペンテ
ン−1、2−メチルブテン−1、ヘキセン−1、ヘキセ
ン−2、ヘプテン−1、オクテン−1、オクテン−3、
3−エチルヘキセン−1、デセン−1、ウンデセン−
3、4,4−ジメチルノネン−1、ジシクロペンタジエ
ン、ビニルシクロヘキセン、シクロオクタジエン、スチ
レンがある。特許請求の範囲に記載の方法でヒドロホル
ミル化できる上述のオレフィンの誘導体には、例えばア
ルコール、アルデヒド、カルボン酸、エステル、ニトリ
ルおよびハロゲン化化合物、アリルアルコール、アクロ
レイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド、メチル
アクリレート、エチルクロトナート、ジエチルフマレー
ト、ジエチルマレエート、アクリルニトリルがある。こ
の方法は、炭素原子数2〜12のオレフィンおよびオレ
フィン誘導体をヒドロホルミル化するのに特に有利に使
用される。
【0017】
【実施例】以下の実施例にて本発明を更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらに制限されない。1.NORBOSの製造 (a)3,4−ジメチル−1−フェニルホスホール
(A.Breque等、“Synth.”、1981、
12、984に従う) 1000mlの攪拌機付フラスコ中で窒素雰囲気で4
4.7g (250mmol)のフェニルジブロモホスフ
ィンを66.9g (250mmol)のフェニルジクロ
ロホスフィンと一緒に室温で30分攪拌する。次いでこ
の均一溶液に氷冷却下に42.0g (511mmol)
のジメチルブタジエンを添加しそして更に冷却下に24
時間攪拌する。生じる懸濁液を室温で更に10日放置す
る。この懸濁液はこの間に白色結晶の塊に完全に転化さ
れそしてその固体をフラスコ中で出来るだけ細かい破片
に破壊しそして300mlのヘキサンおよび200ml
のジクロロメタンで覆う。
【0018】30分の期間に亘って窒素ガスを吹き込む
ことによってこの懸濁物から過剰のジメチルブタジエン
を除く。100mlのジクロロメタンに103g (10
94mmol)の2−メチルピリジンを溶解した溶液
を、強い攪拌下に室温で滴加する。24時間の間に、二
つの液相に分かれる混合物が生じる。100mlの3N
の塩酸にて加水分解した後に有機相を分離しそして中和
するまで100mlの水で三回洗浄する。硫酸ナトリウ
ムで乾燥し、濾過しそして蒸発処理する。循環する液体
を300mlのヘキサンで抽出処理しそして蒸発処理す
る。こうして得られる生成物は更に精製する必要がな
い。
【0019】収量:71.17g (378mmol、理
論値の74.15% )。31 P−NMR(161.8MHz、CD2 Cl2 ):=
−1.3ppm(s) (b)3,4−ジメチル−2,5,6−トリフェニル−
1−ホスファノルボルナジエン(F.Mathey等、
“J.Chem.Soc.”1981、103、459
5に従う) 100mlのトルエンに27.94g (158mmo
l)のジフェニルアセチレンおよび29.50g (15
8mmol)の3,4−ジメチル−1−フェニルホスホ
ルを溶解した溶液を還流下に3日煮沸する。次いで反応
混合物を油圧式真空ポンプで乾燥するまで減圧乾燥しそ
して残留物を各70mlのペンタンで三回洗浄する。生
成物をメチレンクロライドで再結晶処理する。
【0020】収量:44.94g (123mmol、理
論値の77.6% )31 P−NMR(161.8MHz、CD2 Cl2 ):=
−7.4ppm(s) (c)トリ−ナトリウム−NORBOS 10.7g (29.19mmol)の3,4−ジメチル
−2,5,6−トリフェニル−1−ホスファノルボルナ
ジエンを氷で冷却しながら10分に亘って激しい攪拌下
に少量ずつ60mlの発煙硫酸(25% SO3 )に添加
する。1時間の反応時間の後に反応混合物を氷の上に注
意深く注ぐ。次いで25% 濃度の苛性ソーダで中和しそ
して元の体積の約1/5に濃縮する。沈澱する硫酸ナト
リウムを濾去しそして濾液を400mlのメタノール中
に導入攪拌する。再び沈澱する硫酸ナトリウムを再び濾
去する。濾液を二三mlにまで濃縮しそして四倍の体積
のメタノール中に注入する。懸濁した固体粒子を濾別
し、濾液を乾燥するまで濃縮する。
【0021】粗生成物は触媒成分として直接的に使用す
ることができる。物質を特徴付ける為には、ゲルパーミ
ッション・クロマトグラフィーによって精製することが
避けられない。
【0022】収量:17.2g (23.67mmol、
理論値の81.8% ) 元素分析でC2626Na3 12PS3 (M=726.6
2)が算出される: 計算値: C 42.98、H 3.6 、O 26.42、P 4.26 、
S 13.24 測定値: C 43.31、H 3.67 、O 26.56、P 4.45 、
S 13.0831 P−NMR(161.8MHz、D2 O):= 5.
3ppm(s)31 P−{H}−NMR(161.8MHz、D2 O):
−4.9(s)。
【0023】1H− 1H−COSY−NMR−(400
Mhz、D2 O):2.0(ABX、 1H、 2AB=1
0.2Hz、 2AP=9.8Hz、C A −P)、1.
84(ABX、 1H、 2AB=10.2Hz、 2BP
10.3Hz、C B −P)、1.04(s、3H、M
e)、1.78(s、3H、Me)、7.75(d、2
H、 2HH=8.1Hz、C17.19 )、7.76
(d、2H、 2HH=7.9Hz、C9.11)、7.
51(d、2H、 2HH=7.9Hz、C23.25
)、6.94(d、2H、 2HH=8.1Hz、C
16.20 )、7.10(d、2H、 2HH=7.95
Hz、C22.26 )、7.24(d、2H、 2HH
7.9Hz、C8.12)。
【0024】
【化1】
【0025】2.触媒としてのRh/NORBOSの存
在下でのプロペンのヒドロホルミル化 攪拌機を備えた0.2リットルのステンレス製オートク
レーブにプロペンおよび同じ容量部より成るCO/H2
混合物を、1時間当たりに10Nlの排ガスを反応器か
ら排出できる量で導入する。同時に1時間当たりに32
5mlの触媒水溶液を反応器に循環供給する。触媒は4
5mg(0.55mmol)のロジウム(アセテートと
して)および、脱気されそして窒素で飽和された水中に
溶解して325mlの溶液と成っている5.89mmo
lのP(III ) (トリ−ナトリウム−NORBOSの状
態)より成る。燐とロジウムとのモル比は13.4:1
である。反応成分同士の反応は122℃の温度および5
MPaの圧力で行う。 次の表に種々のオレフィン装入
量でのプロペンのヒドロホルミル化の結果を総括掲載す
る。 本発明は特許請求の範囲に記載の化合物、その製法およ
びその用途に関するものであるが、実施の態様として以
下を包含する: 1.反応混合物を0〜20℃の温度に維持しながら水で
希釈するかまたは氷の上に注ぐ、請求項2に記載の方
法。 2.水で希釈した反応混合物を0〜20℃の温度に維持
しながらアルカリ炭酸塩またはアルカリ水酸化物の水溶
液で中和する、請求項4に記載の方法。 3.1モルのロジウム当たり3〜15モル、特に8〜1
3モルの3,4−ジメチル−2,5,6−トリス(p−
スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボルナジエ
ンを使用する請求項6に記載の方法。 4.触媒水溶液中のロジウム濃度が該溶液を基準として
100〜600、特に200〜400重量ppmである
請求項7に記載の方法。 5.反応を80〜140℃、特に100〜125℃で行
う請求項5〜7、上記3.および4.のいずれか一つに
記載の方法。 6.反応を1〜12、殊に3〜7MPaの圧力のもとで
行う請求項5〜7および上記3.〜5.のいずれか一つ
に記載の方法。 7.炭素原子数2〜12のオレフィンまたはオレフィン
誘導体を反応させる請求項5〜7および上記3.〜6.
のいずれか一つに記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスティアン・コールペイントナー ドイツ連邦共和国、シユテフアンスキルヒ エン、クーグルモースストラーセ、40 (72)発明者 ヘルムート・バールマン ドイツ連邦共和国、ハミンケルン3、ロー ルストラーセ、48

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3,4−ジメチル−2,5,6−トリス
    (p−スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボル
    ナジエン。
  2. 【請求項2】 3,4−ジメチル−2,5,6−トリス
    (p−スルホナートフェニル)−1−ホスファノルボル
    ナジエンを製造する方法において、3,4−ジメチル−
    2,5,6−トリフェニル−1−ホスファノルボルナジ
    エンを0〜20℃の温度で、硫酸に三酸化硫黄を溶解し
    た溶液と反応させ、攪拌下に徐々に室温に調整しそして
    この温度で更に20〜30分攪拌し、この反応混合物を
    0〜50℃の温度に維持しながら水で希釈するかまたは
    氷の上に注ぎそして次いで後処理することを特徴とす
    る、上記方法。
  3. 【請求項3】 硫酸に溶解した三酸化硫黄の濃度が該溶
    液を基準として20〜65重量% である請求項2に記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 水で希釈した反応混合物を0〜50℃の
    温度に維持しながらアルカリ炭酸塩またはアルカリ水酸
    化物の水溶液で中和し、濃縮し、沈澱するアルカリ硫酸
    塩を濾去し、濾液をメタノール中に入れそしてメタノー
    ル溶液を乾燥するまで蒸発処理する請求項2または3に
    記載の方法。
  5. 【請求項5】 モノオレフィン、非共役ポリオレフィ
    ン、シクロオレフィンまたはこれらの種類の化合物の誘
    導体と一酸化炭素および水素と20〜150℃の温度、
    0.1〜20MPaの圧力のもとで触媒としての、ホス
    フィンを錯塩結合した状態で含有するロジウム化合物の
    水溶液の存在下に反応させることによってアルデヒドを
    製造する方法において、ホスフィンとして3,4−ジメ
    チル−2,5,6−トリス(p−スルホナートフェニ
    ル)−1−ホスファノルボルナジエンを使用することを
    特徴とする、上記方法。
  6. 【請求項6】 1モルのロジウム当たり1〜15モルの
    3,4−ジメチル−2,5,6−トリス(p−スルホナ
    ートフェニル)−1−ホスファノルボルナジエンを使用
    する請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 触媒水溶液中のロジウム濃度が該溶液を
    基準として20〜1000重量ppmである請求項5ま
    たは6に記載の方法。
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