加氢甲酰化方法

加氢甲酰化方法
【专利摘要】一种方法，其包括将含有至少一种磷的酸性化合物的反应流体与缓冲溶液接触，以中和至少一些量的磷的酸性化合物，其中所述缓冲溶液包含至少一种不饱和脂族羧酸的盐。
【专利说明】加氢甲酰化方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年6月4日提交的临时申请序号61/655, 183的优先权，所述临 时申请的全部内容通过引用并入本文中。

【技术领域】
[0003] 本发明涉及加氢甲酰化方法。在一个方面，本发明涉及一种用于减轻催化剂抑制 和配体降解的方法。

【背景技术】
[0004] 在铑/亚磷酸酯-催化的烯烃加氢甲酰化中，可水解的配体缓慢且不可避免地降 解成多种副产物。这些副产物中的一些是酸性的，并且可以通过使反应溶液接触水性缓冲 剂（例如，磷酸钠）来去除。所得到的金属盐明显可溶于水，并且可以例如通过从有机相中 提取而有效去除。这种提取过程描述于u.S. 5, 741，944中。
[0005] 铑-亚磷酸酯加氢甲酰化方法固有的另一个问题涉及由于一类二有机亚磷酸酯 副产物的形成引起的催化活性损失。这些化合物可以与活性铑-亚磷酸酯催化剂配位并且 形成反应性较低的新络合物。幸运地，可以通过使这些二有机亚磷酸酯副产物接触缓冲剂 而优先水解它们，如U.S. 5, 741，944中所述。
[0006] 本领域认为磷酸盐是优选的缓冲剂。然而，一些地区中的环境署对工厂流出流的 磷含量具有严格限制。
[0007]U.S. 5, 741，944中使用的水性缓冲剂的优选pH范围为6-8。一组在该范围中缓冲 的无磷缓冲盐是马来酸盐和延胡索酸盐。然而，已经报告了一些a，不饱和羰基化合 物是催化剂抑制剂（参见U.S. 4, 861，918、U.S. 4, 221，743和EP0306094B1)。由于这些物 质可以经由它们的烯烃和羰基部分以二配位基方式与铑配位，因此通常认为它们通过形成 无活性络合物抑制反应，直至它们缓慢反应掉时，催化剂和活性位点才因此可用于反应。例 如，乙炔的加氢甲酰化生成了丙烯醛，一种抑制催化剂的a，不饱和醛产物，直至其随 后被氢化或加氢甲酰化至双醛（参见U.S. 5, 675, 041和W02010/030339)。在另一个实例 中，U.S. 2011/0028746描述了Rh-催化的脱羧加氢甲酰化中的这种类型的相互作用，其中 需要非常高浓度的Rh(4600ppm)。GB1，497, 627中测试了预期的铑加氢甲酰化的抑制剂的 列表。
[0008]U.S. 5, 466, 644和U.S. 4, 283, 304教导了添加马来酸，以经由Michael加成反应 破坏基于磷的配体。特别地，'304教导了尤其对于商业运营而言期望洗掉任何残余的马来 酸。基于这两篇专利，预期将使痕量的马来酸盐进入反应系统中的连续提取器方法将预期 经由Michael加成反应显著影响配体降解。在具有昂贵配体的系统中，增大的配体分解是 商业上不可接受的。
[0009] 将期望具有在pH6至8范围中缓冲、并且对加氢甲酰化方法无害的有效非磷基缓 冲剂。


【发明内容】

[0010] 本发明包括一种方法，其包括使含有（a)磷的酸性化合物（phosphorusacidic compound), (b)包含与有机磷配体络合的8、9或10族金属的金属-有机磷配体络合催化 齐IJ，和任选地，（c)游离有机磷配体，的反应流体与水性缓冲溶液接触，以中和所述反应流体 的至少一些量的所述磷的酸性化合物以形成中和的磷的酸性化合物，其中所述缓冲溶液包 含不饱和脂族羧酸的盐。
[0011] 令人惊讶地，本发明的缓冲剂有效地去除了亚磷酸酯配体降解的酸性副产物并且 促进二有机亚磷酸酯副产物的优先水解，而基本上没有负面地影响所述加氢甲酰化方法。

【具体实施方式】
[0012] 所公开的方法包括用水性缓冲溶液处理加氢甲酰化反应的反应流体，以中和所述 反应流体的至少一些量的一种或多种磷的酸性化合物。所述加氢甲酰化方法包括在包含 过渡金属和有机磷配体的催化剂的存在下接触co、H2和至少一种烯烃以形成至少一种醛产 物。所述加氢甲酰化方法中任选使用胺和/或水。
[0013] 所有关于元素周期表和其中各族的参考是CRCHandbookofChemistryand Physics，第 72 版中公开的版本，（1991-1992 年）CRCPress，第 1-10 页。
[0014] 除非与所述内容相反，或从上下文中暗示的，所有份数和百分比都是基于重量，并 且所有测试方法都是本申请提交日时通用的。对于美国专利实践的目的，将任何引用的专 利、专利申请或出版物的全部内容通过引用并入（或其等价的U.S.版本也通过引用并入）， 尤其是关于本领域的定义（前提是不与本公开中明确提供的任何定义不一致）和一般常识 的公开内容。
[0015] 如本文中所用的，"一个"、"一种"、"所述"、"至少一个"和"一个或多个"可互换使 用。术语"包含"、"包括"及其变型在本说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限 制含义。因此，例如，包括"一种"疏水性聚合物颗粒的含水组合物可以解释成意指所述组 合物包括"一种或多种"疏水性聚合物颗粒。
[0016] 此外，在本文中,通过端点描述的数值范围包括该范围中包含的所有数字（例如， 1至5包括1、1. 5、2、2. 75、3、3. 80、4、5等）。出于本发明的目的，与本领域普通技术人员将 领会的相一致，应理解数值范围旨在包括和支持该范围中包括的所有可能的子范围。例如， 1至100的范围旨在表达1. 01至100,1至99. 99,1. 01至99. 99,40至60,1至55等。此外， 在本文中，对数值范围和/或数值的描述，包括权利要求中这样的描述，可以理解为包括术 语"约"。在这样的情况中，术语"约"是指与本文中描述的那些基本上相同的数值范围和/ 或数值。
[0017] 如本文中所用的，术语"ppmw"表示每百万份重量。
[0018] 如本文中所用的，术语"重质物（heavies) "表示较高沸点醛液体的缩合副产物。
[0019] 出于本发明的目的，术语"烃"旨在包括全部可允许的具有至少一个氢和一个碳原 子的化合物。这样的可允许的化合物也可以具有一个或多个杂原子。在广泛的方面中，可 允许的烃包括无环（具有或不具有杂原子）和环状、支链和无支链、碳环和杂环、芳族和非 芳族有机化合物，其可以是取代或未取代的。
[0020] 如本文中所用的，术语"取代的"旨在包括所有可允许的有机化合物的取代基，除 非另外指出。在广泛的方面中，可允许的取代基包括有机化合物的无环和环状、支链或无支 链、碳环和杂环、芳族和非芳族取代基。说明性的取代基包括，例如，烷基、烷氧基、芳基、芳 氧基、羟基、羟基烷基、氨基、氨基烷基、卤素等，其中碳数可以是1至20或更多，优选1至 12。可允许的取代基可以是一个或多个并且对于合适的有机化合物可以是相同或不同的。 本发明不旨在以任何方式受有机化合物的可允许取代基的限制。
[0021] 如本文中所用的，术语"加氢甲酰化"旨在包括，但不限于，所有可允许的不对称和 非-不对称的加氢甲酰化方法，所述加氢甲酰化方法包括将一种或多种取代或未取代的烯 烃化合物或包含一种或多种取代或未取代的烯烃化合物的反应混合物转化成一种或多种 取代或未取代的醛或包含一种或多种取代或未取代的醛的反应混合物。
[0022] 术语"反应流体"、"反应介质"和"催化剂溶液"在本文中可互换使用，并且包括，但 不限于，包含下述项的混合物：(a)金属-有机磷配体络合催化剂，（b)游离有机磷配体，（c) 反应中形成的醛产物，（d)未反应的反应物，（e)用于所述金属-有机磷配体络合催化剂和 所述游离有机磷配体的溶剂，和任选地，（f)反应中形成的一种或多种磷的酸性化合物，其 可以是均相的或非均相的，并且所述化合物包括粘附在工艺设备表面的那些。所述反应流 体可以涵盖，但不限于，（a)反应区中的流体，（b)流向分离区途中的流体流，（c)分离区中 的流体，（d)再循环流，（e)从反应区或分离区中抽取的流，（f)用水性缓冲溶液处理的抽取 流体，（g)返回至反应区或分离区的处理的流体，（h)外部冷却器中的流体，和（i)配体分解 产物及它们的盐。
[0023] 有机磷配体包括可水解的磷配体（以下限定的）并且可以包括其混合物，并且可 以含有不可水解的配体，如膦类化合物等。
[0024] "可水解的磷配体"是含有至少一个P-Z键的三价磷配体，其中Z是氧、氮、氯、氟或 溴。实例包括，但不限于，亚磷酸酯（phosphite)、膦基-亚磷酸酯、双亚磷酸酯、亚膦酸酯 (phosphonite)、双亚膦酸酯、次膦酸酯（phosphinite)、亚磷酰胺（phosphoramidite)、膦 基-亚磷酰胺、双亚磷酰胺、氟亚磷酸酯等。所述配体可以包括螯合结构和/或可以含有多 个P-Z部分，如多亚磷酸酯、多亚磷酰胺等，以及混合的P-Z部分，如亚磷酸酯-亚磷酰胺、 氟亚磷酸酯-亚磷酸酯、等。
[0025] 在一个实施方式中，本发明是从催化剂溶液去除酸性杂质的提取方法。有利地，所 述溶液可以返回加氢甲酰化工艺的反应区中。所述提取过程有利地使用了含有具有烯烃双 键的羧酸的金属盐的水性缓冲溶液。这种水溶液的pH有利地在6-8的范围中，并且所述 溶液在该范围内能够具有巨大的缓冲容量。所述催化剂溶液有利地包括有机磷配体和金 属-有机磷配体络合物，并且所述提取过程包括使催化剂溶液接触加氢甲酰化工艺的提取 区内的水性缓冲溶液的步骤。提取区位于反应区后。在本发明的一个实施方式中，蒸发器 跟随在反应区后，以将反应区的液体流出物流的挥发性组分蒸发掉。任何未蒸发掉的液体 被送至提取区。水性缓冲溶液有利地用于（1)稳定所述有机磷配体使之不发生水解降解和 (2)稳定所述金属_有机磷配体络合物使之不发生降解或失活，和（3)去除或减少来自催化 剂溶液的降解产物。
[0026] 说明性的可以经历水解降解的金属-有机磷配体络合物催化的加氢甲酰化 方法包括例如美国专利 4, 148, 83〇 ;4, 593,I27 ;4, 7的，4洲；4, 71了，775 ;4, 774,况1 ; 4, 885, 401 ;5, 264, 616 ;5, 288, 918 ;5, 360, 938 ;5, 360, 938 ;5, 364, 950 ;5, 491，266 和 7, 196, 230中所述的那些方法。可能将经历水解降解的含有P-Z的物质包括有机亚膦酸酯、 亚磷酰胺、氟亚膦酸酯、等，如WO2008/071508、WO2005/042458和美国专利5, 710, 344、 6, 265, 620、6, 440, 891、7, 009, 068、7, 145, 042、7, 586, 010、7, 674, 937 和 7, 872, 156 中描 述的那些。这些物质将产生各种酸性和/或极性的降解产物，所述产物可以通过美国专利 5, 744, 649和5, 741，944教导的提取器技术来提取。因此，与本文公开的发明有利地一起使 用的加氢甲酰化工艺技术可以对应于任何已知的工艺技术。优选的加氢甲酰化方法是包括 催化剂液体再循环的那些。
[0027] 可以用于本发明的加氢甲酰化方法中的取代或未取代的烯烃不饱和的原料反应 物包括含有2至40,优选3至20个碳原子的光学活性（前手性和手性）和非光学活性（非 手性）烯烃二者的不饱和化合物。这样的烯烃不饱和化合物可以是末端或内部不饱和的并 且可以是直链、支链或环状结构，以及烯烃混合物，如获自丙烯、丁烯、异丁烯等的低聚反应 中的那些（如所谓的二聚、三聚或四聚丙烯等，例如U.S. 4, 518, 809和4, 528, 403中所公 开的）。此外，这样的烯烃化合物可以进一步包含一个或多个另外的烯键式不饱和基团，并 且当然如果期望的话，两种或更多种不同的烯烃不饱和化合物的混合物可以用作加氢甲酰 化的原料。例如，含有四个或更多个碳原子的商业a烯烃可以含有少量相应的内烯烃和/ 或其相应的饱和烃，并且这样的商业烯烃在加氢甲酰化之前无需从相同物质中纯化。可以 用于加氢甲酰化反应的烯烃原料的说明性混合物包括，例如，混合丁烯，例如，萃余液I和 II。其它这样的烯烃不饱和化合物和源自它们的相应的醛产物还可以含有一个或多个没 有过度不利地影响加氢甲酰化过程或本发明方法的基团或取代基，例如U.S. 3, 527, 809和 4, 769, 498中所述的。
[0028] 更优选地，本发明通过将含有2至30,优选3至20个碳原子的非手性a-烯烃和 含有4至20个碳原子的非手性内烯烃以及这样的a烯烃和内烯烃的原料混合物进行加氢 甲酰化而对于非光学活性醛的生产尤其有用。
[0029]说明性的a烯烃和内烯烃包括，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--\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（异丁烯）、2_甲基丁 烯、2-戊烯、2-己烯、3-己烯、2-庚烯、2-辛烯、环己烯、丙烯二聚物、丙烯三聚物、丙烯四 聚物、丁二烯、戊间二烯、异戊二烯、2-乙基-1-己烯、苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-异丙基苯 乙稀、4 -叔丁基苯乙稀、a-甲基苯乙稀、4-叔丁基-a-甲基-苯乙稀、1，3- _异丙稀基 苯、3_苯基-1-丙稀、1，4_己二稀、1，7_半二稀、3_环己基-1- 丁稀等，以及1，3_二稀，丁 二烯，烯酸烧基酯类（alkylalkenoates)(如戊烯酸甲酯、烧酸烯酯，烯基烧基醚），烯醇类 (alkenols)如戊烯醇，烯醒类（alkenals)如戊烯醒（pentenals)等，例如烯丙醇、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、乙烯基乙醚、乙烯基甲醚、烯丙基乙醚、7-辛烯酸正丙酯、 3_ 丁烯腈、5-己烯酰胺、丁子香酚、异丁子香酚、黄樟素、异黄樟素、茴香脑、4-烯丙基茴香 醚、茚、柠檬烯、3 -菔烯、二环戊二烯、环辛二烯、莰烯、里那醇等。
[0030] 溶剂有利地用于加氢甲酰化方法中。可以使用不过度干扰加氢甲酰化方法的任 何合适的溶剂。作为说明，用于铑催化的加氢甲酰化方法的合适溶剂包括例如美国专利 3, 527, 809 ;4, 148, 830 ;5, 312, 996 ;和5, 929, 289中公开的那些。合适的溶剂的非限制性 实例包括饱和烃类（烷烃类）、芳族烃类、水、醚类、醛类、酮类、腈类、醇类、酯类和醛缩合产 物。溶剂的具体实例包括：四乙二醇二甲醚、戊烷、环己烷、庚烷、苯、二甲苯、甲苯、二乙醚、 四氢呋喃、丁醛和苄腈。有机溶剂还可以含有溶解的水，直至饱和极限。通常，关于非手性 (非光学活性）醛的生产，优选使用对应于希望生产的醛产物的醛化合物和/或较高沸点 的醛液体缩合副产物作为主要有机溶剂，如本领域常见的。如果希望，也可以生产这样的醛 缩合产物并相应地使用。醛生产中可使用的说明性的优选溶剂包括酮类（例如，酮和甲乙 酮）、酯类（例如，乙酸乙酯）、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯、2, 2, 4-三甲基-1，3-戊二醇单 异丁酸酯、烃类（例如，甲苯）、硝基烃类（例如，硝基苯）、醚类（例如，四氢呋喃（THF))和 环丁砜。在铑催化的加氢甲酰化方法中，可以优选使用对应于所希望产生的醛产物的醛化 合物和/或较高沸点的醛液体缩合副产物作为主要溶剂，例如，可以在加氢甲酰化方法过 程中原位产生，例如在U.S. 4, 148, 380和U.S. 4, 247, 486中所述的。实际上，如果期望，尽 管可以在连续方法的开始时使用任何合适的溶剂，但由于连续方法的性质，主要的溶剂将 通常最终包括醛产物和重质物。溶剂的含量不是特别关键，并且只需要足够提供具有所期 望量的过渡金属浓度的反应介质。可以使用两种或更多种溶剂的混合物。
[0031]可在本发明涵盖的这种加氢甲酰化反应中使用的说明性金属-有机磷配体络合 物包括本领域公知的金属-有机磷配体络合催化剂，并且包括上述专利中公开的那些。通 常，这样的催化剂可以按照这些参考文献中所述的预先形成或在原位形成，并且基本上由 与有机磷配体络合结合的金属组成。
[0032]构成金属-有机磷配体络合物的可允许金属包括选自铑（Rh)、钴（Co)、铱（Ir)、钌 (Ru)、铁（Fe)、镍（Ni)、钯（Pd)、钼（Pt)、锇（Os)的8、9或10族金属及其混合物，优选的金 属是铑、钴、铱和钌，更优选铑、钴和钌，尤其是铑。
[0033]如本文和权利要求中使用的术语"络合物"表示通过一个或多个能够独立存在的 富电子的分子或原子与一个或多个各自也能够独立存在的贫电子的分子或原子联合形成 的配位化合物。例如，本文中可使用的有机磷配体可以具有一个或多个磷供体原子，各自具 有一个可利用的或未共享的电子对，所述电子对各自能够独立地形成配位共价键或可能地 与金属结合（例如，经由螯合）。也适当地归类为配体的一氧化碳也还可以存在并与金属络 合。所述络合催化剂的最终组成还可以含有其他配体，例如，满足金属的配位位点或核电荷 的氢或阴离子。
[0034]可以用作金属-有机磷配体络合催化剂的配体和/或游离配体的有机磷配体可以 是无手性（光学上无活性）或手性（光学上活性）类型并且是本领域公知的。优选无手性 有机磷配体。
[0035]可以用作金属-有机磷配体络合催化剂的配体的有机磷配体是单有机亚磷酸酯、 二有机亚磷酸酯、三有机亚磷酸酯和有机多亚磷酸酯化合物。本发明中可使用的此类有机 磷配体和/或其制备方法是本领域公知的。
[0036]代表性的单有机亚磷酸酯可以包括具有以下通式的那些：
[0037]

【权利要求】
1. 一种方法，其包括使含有（a)磷的酸性化合物，（b)包含与有机磷配体络合的8、9或 10族金属的金属-有机磷配体络合催化剂，和任选地，（c)游离有机磷配体，的反应流体与 水性缓冲溶液接触，以中和所述反应流体的至少一些量的所述磷的酸性化合物以形成中和 的磷的酸性化合物，其中所述缓冲溶液包含不饱和脂族羧酸的盐。
2. 权利要求1的方法，其中所述不饱和脂族羧酸包括至少一种二元羧酸。
3. 权利要求2的方法，其中所述盐包括至少一种马来酸盐或延胡索酸盐。
4. 权利要求3的方法，其中所述盐包括至少一种马来酸盐。
5. 前述任一项权利要求的方法，其中所述缓冲溶液中所述盐的浓度为0. 001M至0. 8M。
6. 前述任一项权利要求的方法，其中所述缓冲溶液中所述盐的浓度为0. 01至0. 04M。
7. 前述任一项权利要求的方法，其中所述缓冲溶液的pH为6至8。
8. 前述任一项权利要求的方法，其中所述接触以逆流方式进行。
9. 前述任一项权利要求的方法，其中所述反应流体包含有机相，并且所述缓冲溶液包 含水相。
10. 前述任一项权利要求的方法，其中所述中和的磷的酸性化合物被从所述方法中分 离。
【文档编号】B01J19/00GK104379258SQ201380029371
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】M·A·布拉默, R·B·沃森, A·L·沃金斯 申请人:陶氏技术投资有限责任公司