JPH11292864A - オレフィン系エポキシドの製造方法 - Google Patents
オレフィン系エポキシドの製造方法Info
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Abstract
おいて高い選択性を有する、オレフィン系エポキシドの
製造方法の提供。 【解決手段】 少なくとも1種のオレフィンと、過酸化
水素またはその反応条件下で過酸化水素を生成できる化
合物とを、窒素原子上で置換されたアミド基を含む有機
分子で処理されたチタンシリカライトから成る触媒の存
在において反応させることからなる、エポキシドの製造
方法。
Description
キシドの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明
は、オレフィンと、過酸化水素またはその反応条件下で
過酸化水素を生成できる化合物とを、アミド基を含む有
機化合物で処理されたチタンシリカライト触媒の存在に
おいて反応させることからなるオレフィン系エポキシド
を製造する方法に関する。
は、広い範囲の生成物の製造に使用できる中間体であ
る。例えば、エポキシドはグリコール、縮合ポリマー、
例えば、ポリエステルの製造、あるいはポリウレタンフ
ォーム、エラストマー、シール、およびその他の合成に
おいて有用な中間体の製造、に使用することができる。
法がこの分野において知られている。例えば、欧州特許
(EP)第100,119号明細書には、オレフィン
と、過酸化水素またはその反応条件下で過酸化水素を生
成できる化合物とを、チタンシリカライトの存在におい
て反応させることによって、エポキシドを製造する方法
が記載されている。これらの触媒によれば、高い選択性
をもってエポキシドを製造することが可能となる。
酸性度は、適度である場合でさえ、エポキシドに対し、
その環を開かせる逐次ソルボリシス反応を活性化するの
に十分である。これにより、エポキシドに対する収率の
低下により、また生成副生物の分離のために、製造コス
トが増大する。
書には、エポキシ化反応の前または間に、触媒それ自体
の酸性度を中和する物質で処理されたチタンシリカライ
トを触媒として使用する、オレフィンおよび過酸化水素
からエポキシドを製造する方法が記載されている。使用
できる中和剤は、XSiR3型(Xは、例えば、ハロゲ
ンである)のケイ素の有機誘導体、あるいは第I族およ
びII族のカチオンから誘導され、異なる塩基強度を有
し、水溶性である物質である。
て、その有機誘導体のよく知られた反応性との関係で大
きい制限が存在する。その反応性のために、触媒の予防
的処理の実施が必要となり、この処理は、これらの化合
物をエポキシ化反応の間に継続的に添加することによっ
て実施されるので、溶媒および反応生成物と望ましくな
い反応が引き起こされるであろう。
852号明細書に記載されているように、エポキシ化反
応の前に、および/または反応それ自体の間の連続的添
加により、触媒を前処理するとき、塩類の使用について
有意な反対の指示が存在する。これらは下記の事柄に関
する:
題、
シドの開環を防止するために、加水分解により、あるp
H範囲にとどまらなくてはならないアニオンを有する塩
類物質を使用する必要性、
あるいは使用前の触媒に一般に実施される焼成工程にお
いて特に酸中心をつくらないように、ゼオライトからの
容易な除去の必要性、
よび副生物からエポキシドを分離するために使用される
カラムの底部について、要求される温度および滞留時間
において、これらの塩類が蓄積して、飽和によるか、あ
るいは通常存在する二酸化炭素で重炭酸塩および/また
は炭酸塩が形成されることにより、沈澱を誘発し、適切
な温度、熱交換、レベルおよびそれに伴う滞留時間のコ
ントロール、およびその他を妨害するスケールが生じる
ことがあり、関係する運転およびメンテナンスの問題を
生ずる可能性、
チオンのあるものは、これらでチタンシリカライトを交
換前処理して、その固有の酸性度の減少を有効に持続す
ることを必要とする特性を有するが、このような酸性度
の減少は、エポキシ化反応の間に合成反応器への供給物
と一緒に塩類物質を単に添加して、触媒を連続的に単に
処理することによっては得ることができないという事
実、
廃棄処理に送ることができないことがある。なぜなら、
これらのカチオンは燃焼炉の耐火材料の分散を誘発する
ので、カチオンの存在は絶対に反生産的であることがあ
るからである。
は、単独で、あるいは相乗的に、エポキシ化プロセスの
運転およびそれに関係する作業をかなり複雑化すること
がある。
においてこれまで記載されてきているすべてのものに対
する代替手段を提供する、触媒(チタンシリカライト)
の処理によって、前述の困難および制限のすべてを克服
する方法の発見に成功した。
度を有意に低下させるためにその触媒に対して施される
ところ、置換されたアミド基(N−C=O)を含有する
有機分子を使用して実施される。
少なくとも1種のオレフィンと、過酸化水素またはその
反応条件下で過酸化水素を生成できる化合物とを、有機
分子で処理されたチタンシリカライトから成る触媒の存
在において反応させることからなるエポキシドを製造す
る方法に関し、そしてこの有機分子は、下記一般式を有
する窒素原子上で置換されたアミド基を含むもの、であ
る: 式中、R1は水素原子または1〜20個の炭素原子を有
するアルキル基、6〜20個の炭素原子を有するアリー
ルまたはアルキルアリール基、7〜20個の炭素原子を
有するシクロアルキル基、N、OおよびSから選択され
る同一であるか、または異なる1またはそれ以上のヘテ
ロ原子を有するヘテロ環式(C7−C20)基であり、R2
およびR3は、同一であるか、または異なり、1〜20
個の炭素原子を有するアルキル基、6〜20個の炭素原
子を有するアリールまたはアルキルアリール基、7〜2
0個の炭素原子を有するシクロアルキル基、N、Oおよ
びSから選択される同一であるか、または異なる1また
はそれ以上のヘテロ原子を有するヘテロ環式(C7−C
20)基であり、さらに、R1、R2およびR3基は、一緒
になって、飽和もしくは不飽和の環を形成することがで
き、そしてハロゲン原子、ニトロ、ニトリル、硫酸基お
よびそのエステル、リン酸基およびそのエステル、カル
ボニル、ヒドロキシル、カルボキシル、チオール、アミ
ンおよびエーテルの基を含有することができる。
に、エポキシ化反応において、形成されたエポキシドか
らの副生物の形成の主要な原因である、チタンシリカラ
イトの固有の酸性度を有意に減少させることができる。
いて提案されかつチタンシリカライトの存在下のエポキ
シ化における選択性を増加するために使用されてきてい
る解決法のすべてに勝るものである。この意味におい
て、その有効性は非常に驚くべきことである。一般式
(I)を有する化合物は、それらの個々の場合に応じ
て、非常に弱い塩基性であるか、時には中性であるか、
(例えば、1−メチル−2−ピロリドンの場合)、ある
いは(例えば、弱酸の挙動を有しさえ、(N−(3−ト
リフルオロメチルフェニル)−ピロリドンの場合)する
からである。
高い分子双極性を有することにより特徴づけられる。こ
れによって、多数の溶媒または溶媒混合物に非常によく
溶解し、したがって、エポキシ化反応が好ましく実施さ
れる溶媒にも非常によく溶解する。それらの生成物の沸
点もまた非常に高いので、エポキシ化反応の終わりにお
いて、生成物を反応成分の混合物から容易に分離するこ
とができる。さらに、生成物は高い化学的および熱的安
定性を有するので、エポキシドの反応工程およびまた精
製の工程において劣化しない。
れたアミド基を含む有機分子の例は、次の通りである:
(i)N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチ
ルホルムアミド、N,N−ジプロピルホルムアミド、お
よびその他、および対応する混合アミド、(ii)N,N
−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミ
ド、およびその他、および対応する混合アミド、(ii
i)ジシクロヘキシルホルムアミド、ジシクロフェニル
ホルムアミド、ジシクロヘキシルアセトアミド、ジシク
ロフェニルアセトアミド、(iv)N−メチルピロリド
ン、N−エチルピロリドン、N−ビニルピロリドン、N
−オクチル−ピロリドン、N−シクロヘキシルピロリド
ン、N−ドデシルピロリドン、N−イソプロピルピロリ
ドン、N−ヘキシルピロリドン、N−ブチルピロリド
ン、N−(2−ヒドロキシエチル)ピロリドン、N−
(2−アミノエチル)ピロリドン、N−(3−トリフル
オロメチルフェニル)ピロリドン、N−フェニルピロリ
ドン、N−ベンジルピロリドン、およびその他、(v)
N−メチルピペリドン、N−エチルピペリドン、N−イ
ソプロピルピペリドン、N−シクロヘキシルピペリド
ン、N−フェニルピペリドン、およびその他、(vi)N
−メチルカプロラクタム、N−メチルスクシンイミド、
N−メチルマレイミド、N−メチルグルタルアミド、お
よびその他、(vii)1,1,2,2−テトラメチル尿
素、およびその他。
排除されることとなる。触媒の形成プロセス、またはそ
の合成に使用される原料あるいは他の汚染源からの誘導
の間に触媒の中に取り込まれる、Al(III)またはFe
(III)のようなカチオンのために、存在することのある
強酸部位の中和を可能とするからである。
ミド誘導体の特性のために、触媒の処理は、前もって、
すなわち、反応の前に、あるいは、連続的に、反応それ
自体の間に実施することができる。
に、同じエポキシ化反応器内で反応の前に実施すること
ができる。使用する溶媒(反応溶媒)中の懸濁液中に維
持された触媒を、前記溶媒中に溶解したある量のアミド
誘導体でコンディショニングし、その際アミド誘導体の
量は触媒の1g当たり0.01〜0.5g、好ましくは
0.02〜0.25gであることができ、処理時間は一
般に5〜100分、好ましくは15〜30分の範囲であ
り、そして温度は0〜100℃、好ましくは20〜60
℃であることができる。処理後、試薬をエポキシ化のた
めに直接供給することができる。
される反応成分の流れの1つによって所望のアミド誘導
体を添加することができ、添加量は反応媒質、温度およ
びエポキシ化すべきオレフィンに従って変化する。した
がって、このようにして得られるエポキシドに対する高
い選択性を、全体の反応時間の間において、好都合に維
持することができる。
れうるアミド誘導体の量は、触媒1g当たり0.001
〜0.05gに維持される。
において使用する場合、ある時間後、合成反応器への供
給物中に溶解させた適当量をアミド誘導体として統合す
ることが好都合であることがある。この量は一般に非常
に少なく、触媒1g当たり0.0001〜0.005g
である。
反応速度を不都合に低下させないで、ごく最初の反応段
階からエポキシドに対する非常に高い選択性を保証しか
つ維持することができる。
下記の一般式(II)に相当するチタンシリカライトの
名称で一般に知られている触媒から選択される: xTiO2(1−x)SiO2 (II) 式中、xは0.0001〜0.4、好ましくは0.00
1〜0.04、である。これらの物質は科学文献におい
て知られており、米国特許第4,410,501号明細
書に記載されている方法に従って製造することができ
る。米国特許第4,410,501号明細書において、
それらの触媒の構造的特性も特定されている。また、チ
タンの一部分が他の金属、例えば、ホウ素、アルミニウ
ム、鉄またはガリウムにより置換されているチタンシリ
カライトを使用することができる。これらの置換された
チタンシリカライトおよびそれらの製造方法は、公開さ
れた欧州特許出願第226,257号、第226,25
8号、および第226,825号明細書に記載されてい
る。
用する触媒の量は臨界的ではないが、できるだけ短時間
にエポキシ化反応を完結できるように選択される。一般
に、触媒の量は、反応温度、反応性、オレフィンの濃
度、過酸化水素の濃度および溶媒の型に依存する。例え
ば、触媒の量はオレフィン1モル当たり0.1〜30g
の範囲であることができる。
ン系化合物は少なくとも1つの二重結合を含有する有機
化合物から選択することができ、そして芳香族、脂肪
族、アルキル芳香族、環状、分枝鎖状または直鎖状であ
ることができる。それらは好ましくは分子の中に2〜3
0個の炭素原子を有しかつ少なくとも1つの二重結合を
含有するオレフィン系炭化水素である。
下記の一般式(III)を有するオレフィンから選択さ
れる: 式中、R4、R5、R6、およびR7は、同一であるか、あ
るいは異なり、H、1〜20個の炭素原子を有するアル
キル基、6〜20個の炭素原子を有するアリールおよび
アルキルアリール基、6〜10個の炭素原子を有するシ
クロアルキル基、7〜20個の炭素原子を有するアルキ
ルシクロアルキル基であることができ、基R4、R5、R
6、およびR7は、一緒になって、飽和もしくは不飽和の
環を形成することができる。さらに、これらの基は、ハ
ロゲン原子、ニトロ、ニトリル、スルホン酸基およびそ
のエステル、カルボニル、ヒドロキシル、カルボキシ
ル、チオール、アミンおよびエーテルの基を含有するこ
とができる。
フィンの例は次の通りである:エチレン、プロピレン、
塩化アリル、アリルアルコール、ブテン、ペンテン、ヘ
キセン、ヘプテン、オクテン−1、1−トリデセン、メ
シチルオキシド、イソプレン、シクロオクテン、シクロ
ヘキセンまたは2環式化合物、例えば、ノルボルネン、
ピネン、およびその他。オレフィンは不飽和炭素原子お
よび異なる位置の双方に前述の置換基を有することがで
きる。
過酸化水素(H2O2)またはエポキシ化反応条件下にH
2O2を発生できる化合物である。オレフィンに関する過
酸化水素の量は臨界的でないが、0.9〜5、好ましく
は0.95〜3、の範囲のオレフィン/H2O2のモル比
を使用することが好ましい。
中でエポキシ化温度において実施することができる。典
型的には、極性の特質を有する溶媒を使用するが、この
ような溶媒の例は次の通りである:アルコール(メタノ
ール、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブチ
ルアルコール、シクロヘキサノール)、ケトン(例え
ば、アセトン、メチルエチルケトン、アセトフェノ
ン)、エーテル(テトラヒドロフラン、ブチルエーテ
ル)、脂肪族および芳香族の炭化水素、ハロゲン化炭化
水素、エステル、6より小さいか、あるいはそれに等し
い炭素原子数を有するグリコール、脂肪族または芳香族
のニトリル(例えば、アセトニトリルおよびベンゾニト
リル)。メタノールを使用することが好ましく、ケトン
の中ではアセトンを使用することが好ましい。
般に0〜150℃、好ましくは20〜100℃、より好
ましくは30〜80℃の範囲である。
においてオレフィンを液相に維持できる圧力である。操
作圧力は、一般に、気体のオレフィンを使用するとき
は、大気圧より高い。
続的に、好ましくは連続的に、実施することができる。
器、例えば、固定床の反応器、スラリーの反応器または
流動床の反応器を使用することができる。反応器の型に
依存して、触媒は微小球、粒子または種々の形態および
形状のペレットの形で使用できる。
法は、既知の方法に従って実施することができる。例え
ば、すべての反応成分を反応帯域に同時にまたは順次に
導入することができる。エポキシ化反応の終わりにおい
て、慣用技術、例えば、蒸留、結晶化、液−液抽出、水
蒸気ストリッピング、およびその他、を使用して、反応
混合物から生成物を分離し、回収することができる。非
反応生成物(オレフィンおよびH2O2)と一緒に触媒を
回収し、引き続くエポキシ化工程において再使用するこ
とができる。
される。これらの実験例は本発明を限定しない。
書に記載されている方法に従い、実験例において使用し
たチタンシリカライトを製造する。触媒は乾燥または不
活性の雰囲気中で適切に保存される。FRX技術に従っ
て測定した合計のチタンの量は2.64重量%に等しい
が、化学解析から得られた量は2.62重量%である。
度調節システム(反応溶液の中に浸漬した内部コイルお
よび外部の循環ジャケット)を装備した1リットルの反
応器の中で、460gのメタノールおよび23gの水を
含有する混合物の中に1.67gのチタンシリカライト
を懸濁させる。この系を40℃の温度および2.2気圧
の全体のプロピレンの圧力にするのに必要な時間が経過
した後、29.55gのH2O2を57.55%w/wで
供給する。セリウム(IV)滴定およびHPLCにより
残留過酸化水素を分析することによって、エポキシ化過
程を追跡する。結果は、下記表に示す通りである。
シ化反応を実施するが、自動温度調節および合成反応器
の加圧の前に、溶媒中に溶解した250ppmの1−メ
チル−2−ピロリドンを使用する。得られた結果は、表
に示す通りである。
0ppmの1−メチル−2−ピロリドンを使用する。得
られた結果は、表に示す通りである。
ppmの1−オクチル−2−ピロリドンを使用する。得
られた結果を表に示す。
ppmのN,N−ジメチルホルムアミドを使用する。得
られた結果は、表に示す通りである。
0ppmのN,N−ジメチルホルムアミドを使用する。
得られた結果は、表に示す通りである。
0ppmの1−メチル−2−ピペリドンを使用する。得
られた結果は表に示す通りである。
0ppmのN,N−ジメチルアセトアミドを使用する。
得られた結果は、表に示す通りである。
Claims (11)
- 【請求項1】少なくとも1種のオレフィンと、過酸化水
素またはその反応条件下で過酸化水素を生成できる化合
物とを、有機分子で処理されたチタンシリカライトから
成る触媒の存在において反応させることからなり、この
有機分子が、下記一般式を有する窒素原子上で置換され
たアミド基を含むものであることを特徴とする、エポキ
シドの製造方法。 式中、 R1は水素原子または1〜20個の炭素原子を有するア
ルキル基、6〜20個の炭素原子を有するアリールまた
はアルキルアリール基、7〜20個の炭素原子を有する
シクロアルキル基、N、OおよびSから選択される同一
であるか、または異なる1またはそれ以上のヘテロ原子
を有するヘテロ環式基であり、 R2およびR3は、同一であるか、または異なり、1〜2
0個の炭素原子を有するアルキル基、6〜20個の炭素
原子を有するアリールまたはアルキルアリール基、7〜
20個の炭素原子を有するシクロアルキル基、N、Oお
よびSから選択される同一であるか、または異なる1ま
たはそれ以上のヘテロ原子を有するヘテロ環式基であ
り、 さらに、R1、R2およびR3基は、一緒になって、飽和
もしくは不飽和の環を形成することができ、そしてハロ
ゲン原子、ニトロ、ニトリル、硫酸基およびそのエステ
ル、リン酸基およびそのエステル、カルボニル、ヒドロ
キシル、カルボキシル、チオール、アミンおよびエーテ
ルの基を含有することができる。 - 【請求項2】前記触媒の処理をエポキシ化反応の前に前
もって実施するか、あるいはエポキシ化反応それ自体の
間に連続的に実施する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記触媒を触媒1g当たり0.01〜0.
5gの範囲の量のアミド誘導体(I)で前もって処理す
る、請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】反応器に供給される反応成分の流れの1つ
によりアミド誘導体(I)を触媒1g当たり0.001
〜0.05gの範囲の量において添加することによっ
て、前記触媒を連続的に処理する、請求項1または2に
記載の方法。 - 【請求項5】前記チタンシリカライトが、下記一般式 xTiO2(1−x)SiO2 (II) (式中、xは0.0001〜0.4である)を有するも
のから選択される、前記請求項のいずれか一項に記載の
方法。 - 【請求項6】前記触媒のチタンの一部分が他の金属、例
えば、ホウ素、アルミニウム、鉄またはガリウムにより
置換されている、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】前記触媒をオレフィン1モル当たり0.1
〜30gの量で使用する、前記請求項のいずれか一項に
記載の方法。 - 【請求項8】前記オレフィンが分子の中に2〜30個の
炭素原子を有しかつ少なくとも1つの二重結合を含有す
るオレフィン系炭化水素から選択される、前記請求項の
いずれか一項に記載の方法。 - 【請求項9】前記過酸化水素を0.9〜5の範囲のオレ
フィン/H2O2のモル比において使用する、前記請求項
のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】前記エポキシ化反応を1またはそれ以上
の溶媒中でエポキシ化温度において実施する、前記請求
項のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項11】前記エポキシ化温度が0〜150℃の範
囲である、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
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