CN118891103A - 多齿亚磷酸酯配体、含有此类配体的催化组合物以及利用此类催化组合物的催化方法 - Google Patents

Abstract

一种包含骨架的多齿亚磷酸酯配体，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物和至少两个与该骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团，其中该有机亚磷酸酯基团是烷基亚磷酸酯基团或者其中该有机亚磷酸酯基团是芳基亚磷酸酯基团，其中该芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁‑C₄烷基基团取代的苯基环；或者包含取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与该骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

Description

多齿亚磷酸酯配体、含有此类配体的催化组合物以及利用此 类催化组合物的催化方法

相关申请的引用

本申请要求2022年5月23日提交的美国临时申请63/344,764号、2022年8月5日提交的美国临时申请63/395,345号和2022年10月13日提交的英国申请2215102.1号的权益。这些申请的全部内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本申请涉及多齿亚磷酸酯配体、含有此类配体的催化组合物以及利用此类催化组合物的催化方法。

背景技术

磷配体在催化中普遍存在，并且用于许多商业上重要的化学转化。通常在催化中遇到的磷配体包括膦(A)和亚磷酸酯(B)，如下所示。在这些表示中，R实际上可以是任何有机基团。单膦和单亚磷酸酯配体是含有用作金属供体的单个磷原子的化合物。二膦、二亚磷酸酯和双(磷)配体通常含有两个供磷原子并且通常与过渡金属形成环状螯合结构。

存在几种工业上重要的采用磷配体的催化方法。例如，Urata等人的美国专利5,910,600号公开了双亚磷酸酯化合物可用作各种反应(诸如氢化、加氢甲酰基化、氢氰化、加氢羧基化、加氢酰胺化、加氢酯化和羟醛缩合)的均相金属催化剂的构成元素。

这些催化方法中的一些用于聚合物、溶剂、增塑剂和其他日用品化学品的商业生产。例如，1，3-丁二烯和/或3-戊烯腈的氢氰化是产生己二腈的公知途径，己二腈是产生尼龙-6,6的前体。因此，由于巨大的全球化学商品市场，在这些商业上重要的反应的任何一个中，即使在产率或选择性方面的小的增量进步也是高度期望的。此外，发现可用于跨越一系列这些商业上重要的反应的应用的某些配体也是高度期望的，这不仅是为了商业益处，也是为了能够将研究和开发努力合并和集中于特定的一组化合物。

Kreutzer等人的美国专利5，512,696号公开了使用多齿亚磷酸酯配体的氢氰化方法，并且其中引用的专利和出版物描述了属于烯属不饱和化合物的氢氰化的氢氰化催化剂系统。美国专利5,723，641号、5，663，369号、5，688，986号和5，847，]91号公开了使用零价镍和多齿亚磷酸酯配体以及路易斯酸助促进剂氢氰化单烯属不饱和化合物的方法和催化剂组合物。

Foo等人的美国专利5，821，378号公开了用于氢氰化二烯烃化合物以产生非共轭无环腈的液相方法以及用于将那些腈异构化为3-单烯烃线性腈和/或4-单烯烃线性腈的液相方法，其中反应在零价镍和多齿亚磷酸酯配体的存在下进行。用于氢氰化烯烃和异构化单烯烃腈的其他催化方法描述于其中引用的专利和出版物中。公开的国际申请WO99/06357公开了在附接到末端酚基的邻位的碳上具有烷基醚取代基的多齿亚磷酸酯配体，其用于氢氰化二烯烃化合物以产生非共轭无环腈的液相方法以及将那些腈异构化成3-单烯烃线性腈和/或4-单烯烃线性腈的液相方法中。

尽管上述催化剂系统可代表商业上可行的催化剂，但仍希望提供甚至更有效、更高性能的催化剂前体组合物、催化组合物和催化方法以实现所需反应的全部商业潜力。有效性和/或性能可以以快速性、选择性、效率或稳定性中的任一种或全部实现，这取决于所进行的反应。还希望提供这样的改进的催化剂系统和/或方法，其可以针对一种或多种商业上重要的反应(诸如加氢甲酰基化、氢氰化或异构化)进行优化。

发明内容

在一个方面，本申请提供了一种包含骨架的多齿亚磷酸酯配体，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与该骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。当该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物时，有机亚磷酸酯基团是烷基亚磷酸酯基团或者有机亚磷酸酯基团是芳基亚磷酸酯基团，其中芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环。

在另一方面，本申请提供了一种多齿亚磷酸酯配体，该多齿亚磷酸酯配体具有以下结构中的一种：

在其他方面，本申请提供了一种催化剂络合物，该催化剂络合物包含如本文所述的多齿亚磷酸酯配体和至少一种过渡金属。

在另一方面，本申请提供了一种用于氢氰化含有至少一个烯属基团的有机化合物的方法，该方法包括使该有机化合物与氰化氢在催化剂络合物的存在下反应，该催化剂络合物包含至少一种过渡金属和多齿亚磷酸酯配体，该多齿亚磷酸酯配体包含骨架，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

在又一方面，本申请提供了一种用于异构化单烯属不饱和化合物的方法，其中使所述化合物与催化剂络合物接触，该催化剂络合物包含至少一种过渡金属和多齿亚磷酸酯配体，该多齿亚磷酸酯配体包含骨架，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施例的用于制造己二腈的集成方法的简化框图，该集成方法包括氢氰化1，3-丁二烯、异构化2-甲基-3-丁烯腈和氢氰化3-戊烯腈的步骤。

具体实施方式

本文描述了新型多齿亚磷酸酯配体和包含多齿亚磷酸酯配体和至少一种过渡金属的催化剂络合物。还描述了使用催化剂络合物的催化方法，诸如含有至少一个烯属基团的有机化合物(特别是1，3-丁二烯和3-戊烯腈)的氢氰化，和单烯属不饱和化合物(诸如2-甲基-3-丁烯腈)的双键异构化。

多齿亚磷酸酯配体

在其最广泛的方面，新型多齿亚磷酸酯配体包含骨架，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与该骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。术语“螺二芴”和“螺二芴”在本文中可互换使用。

如本文所用，术语“螺二芴”涵盖在任何位置通过螺键连接的两个芴分子和以下部分：

优选地，螺二芴骨架具有以下结构中的一种：

在实施方案中，该有机亚磷酸酯基团或每个有机亚磷酸酯基团包含亚磷酸烷基或芳基酯基团。因此，每个有机亚磷酸酯基团可以是烷基亚磷酸酯或芳基亚磷酸酯。如本文所用，术语“芳基”是指具有单环(例如，苯基)、多环(例如，联苯基)或其中至少一个为芳族的多个稠环(例如，1，2，3，4-四氢萘基、萘基、蒽基或菲基)的芳族碳环基团，其全部任选地被取代。合适的烷基亚磷酸酯基团具有含1至4个碳原子的烷基部分，而合适的芳基亚磷酸酯基团具有未取代的苯基部分或被一个或多个具有1至4个原子的烷基(特别是甲基)取代的苯基部分。

配体可以包含至少两个与骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基团。芳基亚磷酸酯基团是式-O-P-(O-芳基)₂的基团。芳基基团优选是任选取代的苯基环，更优选被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环。甚至更优选地，芳基基团是被一个或多个甲基基团取代的苯基环。最优选地，芳基基团各自独立地选自甲苯基或二甲苯基基团。甲苯基基团是特别优选的。

本文公开的配体可以包含骨架，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基团，其中芳基基团是被一个或多个C₁-C₄烷基基团、优选一个或多个甲基基团取代的苯基环，更优选地其中芳基基团各自独立地选自甲苯基或二甲苯基基团。优选地，骨架包含一个未取代的螺二茚满化合物或一个未取代的螺二芴化合物和至少两个与骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基，其中芳基基团是被一个或多个C₁-C₄烷基基团、优选一个或多个甲基基团取代的苯基环，更优选地其中芳基基团各自独立地选自甲苯基或二甲苯基基团。

配体可以包含至少两个与骨架化学键合的烷基亚磷酸酯基团。烷基亚磷酸酯基团是式-O-P-(O-烷基)₂的基团。烷基基团优选地是具有1至4个碳原子的烷基部分，其中烷基部分可以彼此键合。更优选地，烷基部分彼此键合以与磷原子和它们所键合的两个氧原子形成5元环。特别优选的烷基亚磷酸酯基团是：

本文公开的配体可以包含骨架，该骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与骨架化学键合的烷基亚磷酸酯基团。优选地，烷基是具有1至4个碳原子的烷基部分，该烷基部分更优选地彼此键合以与磷原子和它们所键合的两个氧原子形成5元环，并且最优选地烷基部分彼此键合以形成以下结构：

优选地，配体包含骨架，该骨架包含一个未取代的螺二茚满化合物和至少两个与骨架化学键合的烷基亚磷酸酯基团，其中烷基是具有1至4个碳原子的烷基部分，更优选地其中两个烷基基团彼此键合以与磷原子和它们所键合的两个氧原子形成5元环，最优选地其中烷基部分彼此键合以形成以下结构：

当配体包含含有取代或未取代的螺二茚满化合物的骨架并且有机磷酸酯基团是芳基亚磷酸酯基团时，芳基亚磷酸酯基团优选与螺二茚满骨架的苯基环化学键合。

当配体包含含有取代或未取代的螺二茚满化合物的骨架并且有机亚磷酸酯基团是烷基亚磷酸酯基团时，烷基亚磷酸酯基团优选不与螺二茚满骨架的苯基环化学键合。

合适的多齿亚磷酸酯配体的非限制性示例包括以下：

多齿亚磷酸酯配体的合成

在实施方案中，本文所述的新型多齿亚磷酸酯配体可以由在待引入亚磷酸酯基团的骨架上的位置处包含-OH基团的螺二茚满或螺二芴前体(以下简称“螺二醇前体”)产生。然后可通过使前体与下式的氯亚磷酸酯反应来进行所需配体的合成：

其中R¹和R²是相同或不同的烷基或芳基取代基，它们可以或可以不键合在一起或与式R³OPCl₂的二氯亚磷酸酯键合，其中R³是烷基或芳基取代基。

合适的螺二醇前体可商购获得或可通过本领域已知的方法制备。例如，配体A的前体9，9′-螺二芴-1，1′-二醇、配体C的前体(±)-反式，反式-2,2'-螺二茚满-1，1′-二醇、配体D的前体2，9，9′，9a′-四氢-1，1′-螺二[芴]-9，9′-二醇和配体E的前体二螺[芴-9，4′-环戊二烯并[def]芴-8′，9″-芴]-2,7-二醇均可商购自Career Henan Chemical Co.。配体B的前体1，1′-螺二[1H-茚]-7，7′-二醇、2，2′，3，3′-四氢-4,4'-二甲基-，(1R)可以根据例如Li等人Synthesis 2004，17，2805中描述的方法制备。

用于产生氯亚磷酸酯或二氯亚磷酸酯的方法不是关键的，因为许多可获得的方法是本领域已知的。例如，各自可通过PCl₃与烷基或芳基醇或二醇在合适的有机碱的存在下反应以首先制备二氯亚磷酸酯，随后(必要时)进一步与烷基或芳基醇反应以制备所需氯亚磷酸酯来合成。合适的(二)氯亚磷酸酯的选择性合成公开于例如PCT公布WO 2004/050588和EP 2,243,763 B1中。

然后使所得(二)氯亚磷酸酯与螺二醇前体和碱(优选包含一个碱性氮原子或多个碱性氮原子的有机叔胺)在促进(二)氯亚磷酸酯与螺二醇之间的反应以产生所需配体的条件下接触。该接触方便地通过至少一种接触方法进行，该接触方法选自由以下项组成的组：(i)将螺二醇前体进料至(二)氯亚磷酸酯和有机叔胺的混合物中，和(ii)将螺二醇前体和有机叔胺单独或作为混合物进料至(二)氯亚磷酸酯中。在实施方案中，控制进料，使得在接触的所有阶段期间，反应混合物中(二)氯亚磷酸酯的摩尔数除以进料至反应混合物的前体的摩尔数的比率为至少2.0，诸如2.1至2.7，而在接触的所有阶段期间，来自进料至反应混合物的有机叔胺的碱性氮原子的摩尔数除以反应混合物中(二)氯亚磷酸酯的摩尔数的比率为至少1.0，诸如1.0至1.5。通常，该接触在约10℃至约110℃，诸如约20℃至约110℃，诸如约30℃至约110℃，诸如约40℃至约110℃，诸如约50℃至约110℃，诸如约60℃至约110℃的温度下进行。

包含单个碱性氮原子的合适有机叔胺的示例可以是(R′)(R″)(R″′)N化合物，其中R′、R″和R″′独立地选自由C₁至C₁₀烷基和C₆至C₁₀芳基自由基组成的组，或可以是芳族叔胺化合物(例如吡啶)，或可以是包含单个碱性氮原子的有机叔胺的组合。合适的胺的一个示例包括具有单独选择的烷基基团并且具有1个至10个碳原子的三烷基胺，诸如三乙胺。其他示例包括包含多个碱性氮原子的有机叔胺，该有机叔胺具有不含N--H键的氮原子；例如N，N，N′，N′-四甲基乙二胺。

在一些实施方案中，反应混合物可包括至少一种烃溶剂。例如，可将螺二醇前体以螺二醇前体在烃溶剂中的溶液形式进料至含有(二)氯亚磷酸酯的反应区中。在一些实施例中，烃溶剂可选自由以下组成的组：直链无环C₅至C₁₈脂族烃、支链无环C₅至C₁₈脂族烃、未取代的环状C₅至C₁₈脂族烃、取代的环状C₅至C₁₈脂族烃、未取代的C₆至C₁₀芳族烃和C₇至C₁₈取代的芳族烃。烃溶剂可选自大气压下沸点为70℃至145℃的烃。合适的芳族烃溶剂的示例包括C1-5取代的苯，诸如二甲苯和甲苯。

接触方法(i)和接触方法(ii)可以以半间歇、连续流动或半间歇和连续流动模式的组合进行。例如，可将螺二醇前体连续或不连续地进料至包括(二)氯亚磷酸酯和有机叔胺的搅拌容器中。另外，可将螺二醇前体连续或不连续地进料至包括(二)氯亚磷酸酯和有机叔胺的混合物的连续流的管式反应器中。

生产本文所述配体的合适方法的更多细节可以在US 9,221,852 B2中找到，该文献的全部内容以引用方式并入本文。

使用上述方法，配体A可以通过使9，9′-螺二芴-1，1′-二醇与通过使PCl₃与邻甲酚反应产生的氯亚磷酸酯反应产生，而配体B可以以相同的方式产生，但骨架前体是1，1′-螺二[1H-茚]-7，7′-二醇、2，2′，3，3′-四氢-4，4′-二甲基-(1R)。配体C可以通过使(±)-反式，反式-2，2′-螺二茚满-1，1′-二醇与式(R¹O)(R²O)PCl的氯亚磷酸酯反应产生，其中R¹和R²基团键合在一起形成2,3-二甲基-2,3-丁二醇基团。配体D和E可以以与配体A相同的方式产生，但是螺二醇前体分别是2，9，9′，9a′-四氢-1，1′-螺二[芴]-9，9′-二醇和二螺[芴-9，4′-环戊[def]芴-8′，9″-芴]-2,7-二醇。

催化剂络合物

本文公开的多齿亚磷酸酯配体可用于与过渡金属组合以形成催化剂络合物(螯合物)。所得催化剂络合物可用于多种有机转化，特别是氢氰化含有至少一个烯属基团的化合物以产生腈并且用于双键异构化单烯属不饱和化合物(特别是腈)。

用于催化剂络合物中的过渡金属可以是能够进行所需催化转化的任何过渡金属，并且可以另外含有不稳定的配体，这些配体在催化反应期间被置换或在催化转化中起活性作用。在这方面可以考虑任何过渡金属。优选的金属是包含周期表第VIII族的那些。用于氢氰化和/或异构化的优选金属是镍、钴和钯，其中镍特别优选用于烯烃氢氰化。

公开了本文所述的每种多齿亚磷酸酯配体的镍络合物。

镍化合物可根据本领域熟知的技术制备或产生，如例如美国专利3,496,217号、3,631,191号、3,846,461号、3,847,959号和3,903,120号中所述，其以引用方式并入本文。含有可被有机磷配体置换的配体的零价镍络合物可用作镍源。两种这样的零价镍络合物是Ni(COD)₂(COD是1，5-环辛二烯)和Ni{P(O-o-C₆H₄CH₃)₃}₂(C₂H₄)，两者都是本领域已知的。另选地，二价镍化合物可与还原剂组合以用作反应中的镍源。合适的二价镍化合物包括式NiY₂的化合物，其中Y是卤化物、羧酸盐或乙酰丙酮化物。合适的还原剂包括金属硼氢化物、金属氢化铝、烷基金属、Zn、Fe、Al、Na或H2。

美国专利10,537,885号描述了一种制备对于与含磷配体络合具有高活性的零价镍的方法，并且包括在包含氧化性成分的气氛中和通常在350℃至600℃的温度下煅烧第一含镍(II)颗粒足以从第一含镍(II)颗粒中去除挥发性组分并产生第二含镍(II)颗粒的时间。然后将第二含镍(II)颗粒在还原气氛中加热，同时在旋转处理器中在275℃至360℃下旋转或转动第二含镍(II)颗粒足以产生自由流动微粒状镍金属(Ni(0))产物的时间，其中还原气氛不含添加的水或不是由还原产生的蒸汽，并且其中在还原步骤期间采用约1.9至2.5的H₂/Ni摩尔比。

如美国专利3,903，120号中所述，当与卤化催化剂组合时，元素镍(优选镍粉)也是合适的零价镍源。

在一些实施方案中，元素镍可以以具有至少约1m²/gm的BET比表面积(SSA)和小于约100nm的平均微晶尺寸的微粒形式采用。镍微粒形式可以具有至少10％的直径(C10)小于约10nm的呈镍形式的微晶，和/或每克镍平均具有至少约10¹⁵个表面微晶。镍微粒形式的BETSSA与C50的比率可以是至少约0.1×10⁹m/gm并且优选至少约0.4×10⁹m/gm。这种小颗粒形式的镍及其制备方法的实施例可见于美国专利9,050,591号，其全部内容以引用方式并入本文。

取决于待进行的所需反应，催化剂组合物还可包括一种或多种路易斯酸促进剂，其影响催化剂系统的活性和选择性。促进剂可以是无机或有机金属化合物，其中所述无机或有机金属化合物的至少一种元素选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、硼、铝、钇、锆、铌、钼、镉、铼和锡。示例包括ZnBr₂、ZnI₂、ZnCl₂、ZnSO₄、CuCl₂、CuCl、Cu(O₃SCF₃)₂、CoCl₂、CoI₂、FeI₂、FeCl₃、FeCl₂、FeCl₂(THF)₂、TiCl₄(THF)₂、TiCl₄、TiCl₃、ClTi(OiPr)₃、MnCl₂、ScCl₃、AlCl₃、(C₈H₁₇)AlCl₂、(C₈H₁₇)₂AlCl、(iso-C₄H₉)₂A]Cl、Ph₂AlCl、PhAlCh₂、ReCl₅、ZrCl₄、NbCl₅、VCl₃、CrCl₂、MoCl₅、YCl₃、CdCl₂、LaCl₃、Er(O₃SCF₃)₃、Yb(O₂CCF₃)₃、SmCl₃、B(C₆H₅)₃、TaCl₅。合适的促进剂进一步描述于美国专利3,496,217号、3,496,218号和4,774,353号中。这些包括金属盐(诸如ZnCl₂、CoI₂和SnCl₂)和有机金属化合物(诸如RAlCl₂、R₃SnO₃SCF₃和R₃B，其中R是烷基基团或芳基基团)。美国专利4,874,884号描述了如何选择促进剂的协同组合以提高催化剂系统的催化活性。优选的促进剂包括CdCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、B(C₆H₅)₃和(CeH₅)₃SnX，其中X是CF₃SO₃、CF₃C₆H₅SO₃或(C₆H₅)₃BCN。反应中存在的促进剂与镍的摩尔比可以在约1∶16至约50∶1的范围内。

使用催化剂络合物的催化方法

上述催化剂络合物可用于多种催化反应，诸如氢化、加氢甲酰基化、氢氰化、氢羧基化、加氢酰胺化、加氢酯化和羟醛缩合。优选的反应包括加氢甲酰基化，其中烯烃与一氧化碳和氢气反应产生醛，并且特别是氢氰化，其中烯烃与氰化氢反应产生腈。其中过渡金属是镍的上述催化剂络合物的特别优选用途是用于1，3-丁二烯的催化氢氰化以产生3-戊烯腈，然后将3-戊烯腈转化成己二腈。在实施方案中，在第一反应区中，1，3-丁二烯与氰化氢在第一催化剂的存在下反应以产生包含3-戊烯腈和2-甲基-3-丁烯腈的戊烯腈。在任选的第二反应区中，将从第一反应区回收的2-甲基-3-丁烯腈在第二催化剂上异构化成3-戊烯腈。在第三反应区中，从第一反应区和第二反应区回收的3-戊烯腈与氰化氢在第三催化剂和路易斯酸的存在下反应以产生己二腈。第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂中的一种、两种或全部可以是上述催化剂络合物。

例如，3-戊烯腈(3PN)可由1，3-丁二烯通过如以下等式1和等式2中所示的一系列反应形成。

根据本文所用的缩写，BD是1，3-丁二烯，2PN是2-戊烯腈，3PN是3-戊烯腈，4PN是4-戊烯腈，2M2BN是2-甲基-2-丁烯腈，2M3BN是2-甲基-3-丁烯腈。MGN是2-甲基戊二腈，并且ADN是己二腈。

在包含各种含磷配体的过渡金属络合物(诸如本文所述的催化剂络合物)的存在下，二腈(例如ADN、MGN和乙基丁二腈(ESN))可通过3PN和2M3BN的氢氰化而形成，如以下等式3和等式4中所示。等式4还表明，当2M3BN在路易斯酸促进剂的存在下不期望地异构化时，可以形成2M2BN，该路易斯酸促进剂可以从戊烯腈氢氰化反应区带出。

根据本公开的一个方面，在包括两个步骤的方法中制备3-戊烯腈。在第一步骤中，1，3-丁二烯与氰化氢在第一反应区中在包含过渡金属(诸如零价镍)和第一含磷配体的第一催化剂络合物的存在下反应以产生包含3-戊烯腈(3PN)和2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)的反应器流出物。在第二步骤中，在第一步骤中制备的2M3BN的至少一部分在第二反应区中在包含过渡金属(诸如零价镍)和第二含磷配体的第二催化剂络合物的存在下异构化以制备包含3PN的反应产物。第一催化剂络合物可以与第二催化剂络合物相同或不同，并且可以是如本文所述的催化剂络合物。通常，第一反应区和第二反应区中的反应在不存在路易斯酸促进剂的情况下进行。

可以从第二反应区回收包含3PN的流出物料流。另外，通常还诸如通过蒸馏从第一反应区的反应产物中回收3PN。回收的3PN可以在第三反应步骤中在第三反应区中在包含过渡金属(诸如零价镍)和第三含磷配体的第三催化剂络合物的存在下与HCN接触。第三催化剂络合物可以与第一催化剂络合物和/或第二催化剂络合物相同或不同，并且可以是如本文所述的催化剂络合物。第三反应区中的反应在路易斯酸促进剂的存在下进行。

除了3-戊烯腈(3PN)和2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)之外，来自第一反应区的反应产物还包含二腈。这些二腈包括己二腈(ADN)(其可通过3-戊烯腈(3PN)与HCN的反应形成)和甲基戊二腈(MGN)(其可通过2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)与HCN的反应形成)。第一反应区中MGN的形成是有害的，因为2M3BN在其可被回收和异构化成3PN之前被转化。在回收3PN并与HCN反应以形成ADN的方法中，在第一反应区中产生一摩尔MGN导致损失两摩尔HCN和一摩尔BD，否则其可转化为ADN。因此，基于反应的HCN和BD的摩尔数，在第一反应区中不想要的MGN的产生导致不想要的ADN产率的降低。

1，3-丁二烯向3-戊烯腈的转化

第一反应区的1，3-丁二烯原料可包含基于原料的总重量计至少98重量％，优选至少99重量％，更优选至少99.5重量％的1，3-丁二烯。在一个实施方案中，原料包含基于原料的总重量计99.5重量％至99.9重量％的1，3-丁二烯。原料的余量可包含通常在商业BD原料中发现的残留水平的杂质，诸如丁烷、丁烯、1，2-丁二烯和乙炔(诸如丙炔)。通常，含BD的进料包含少于总共100ppm的乙炔。BD原料还可包含叔丁基儿茶酚(TBC)，例如4-叔丁基儿茶酚。在将1，3-丁二烯装入第一反应步骤之前，可以任选地去除存在于原料中的TBC的一部分。

第一反应区和第三反应区的HCN进料可以是安德卢梭法(Andrussow process)的产物，其在进入烯烃氢氰化反应区之前通过蒸馏被干燥至小于约250ppm的水，例如小于125ppm的水，例如小于80ppm的水。然而，HCN进料通常含有至少一些水。非常干燥的HCN是不稳定的，因此，可能不希望提供完全无水的HCN。因此，HCN进料可以包含至少10ppm，例如至少25ppm，例如至少50ppm的水。HCN进料优选基本上不含一氧化碳、氧和氨。这种HCN可以作为蒸气、液体或它们的混合物引入第一反应区和第三反应区；参见例如欧洲专利公布1344770号。作为替代方案，氰醇可用作HCN的来源；例如参见美国专利3,655,723号。

第一反应区的BD与HCN的总进料摩尔比可以在约1∶1至约100∶1的范围内，例如在约1∶1至约2∶1的范围内。第一反应区内过量的BD可减少BD氢氰化反应期间二腈的形成。HCN与催化剂在第一反应区中的进料摩尔比可以在约5∶1至约100,000∶1的范围内，例如在约100∶1至约5,000∶1的范围内。

第一反应区中采用的反应条件可包括约-25℃至约200℃范围内的温度，例如约0℃至约150℃范围内的温度。通常，反应压力应足以保持BD和HCN与溶解在液体反应混合物中的催化剂接触，这种压力至少部分地是反应混合物中存在的未反应BD的量的函数。尽管所公开的方法不受第一反应步骤的压力上限的限制，但出于实际目的，压力通常在约15psia至约300psia(约1.03巴至约20.7巴)的范围内。

在第一反应步骤期间，非氧化和无水环境阻止催化剂的氧化失活。因此，在第一反应区中通常使用干燥的惰性气氛(例如氮气)，尽管可以以通过氧化和水解损失一部分催化剂为代价使用空气。

在第一反应步骤中，HCN进料、含BD的进料和催化剂组合物可以在本领域技术人员已知的任何合适的一个或多个反应器中接触。示例包括连续搅拌釜反应器、环式鼓泡塔反应器、气体循环反应器、鼓泡塔反应器、管式反应器或它们的组合，任选地具有用于去除至少一部分反应热的装置。

第一反应区中的停留时间通常由获得一定程度的BD、HCN或它们的组合的转化率的期望来确定。通常，停留时间将在约0.1小时至约15小时的范围内，例如在约1小时至约10小时的范围内。HCN转化率可以是例如大于99％。通常，第一反应区中的BD转化率可以小于99％，例如总共介于80％与95％之间，例如总共为90％。可以使用第一反应区内的分阶段HCN添加。

第一反应区的产物的分离

1，3-丁二烯和HCN在第一催化剂存在下在第一反应区中的反应产生包含3-戊烯腈、2-甲基-3-丁烯腈、未反应的1，3-丁二烯和第一催化剂的第一反应流出物。反应流出物的这些组分可以通过一个或多个蒸馏步骤至少部分地分离。特别地，这些蒸馏步骤可以在一个或多个蒸馏塔中进行，以提供：1)至少一种富含1，3-丁二烯的料流；2)富含2-甲基-3-丁烯腈的料流；3)富含3-戊烯腈的料流；以及4)富含第一催化剂的料流。这些料流富含特定组分，因为它们具有比来自第一反应区的流出物更高浓度的这些组分。在实施方案中，富含2-甲基-3-丁烯腈的料流和富含3-戊烯腈的料流可各自含有总计小于500份每百万份重量的含磷配体，例如小于350份每百万份重量的含磷配体，例如小于200份每百万份重量的含磷配体。

在实施方案中，来自第一反应区的反应流出物中的3-戊烯腈和2-甲基-3-丁烯腈的至少部分分离可通过多阶段蒸馏方法实现。例如，这种方法可包括第一蒸馏塔装置，其包括进料入口；上部取出出口；以及底部取出出口。可通过进料入口将包含3PN、2M3BN和至少一种包括含磷配体的催化剂的反应流出物供应至第一蒸馏塔的进料阶段。蒸馏塔可包括提馏段、精馏段或两者。在进料入口和上部取出出口之间可存在至少一个分离阶段。可从上部取出出口取出包含3-戊烯腈和2-甲基-3-丁烯腈的富含戊烯腈的料流。相对于进料至蒸馏塔的含磷配体料流，这种料流贫含至少一种含磷配体。贫含戊烯腈的料流可以从底部取出出口取出。相对于进料至蒸馏塔的含磷配体料流，这种贫含戊烯腈的料流富含含磷配体。可操作第一蒸馏塔以使得贫含戊烯腈的料流包含至少5重量％的戊烯腈，包括3-戊烯腈和2-甲基-3-丁烯腈的总和。

包含3-戊烯腈和2-甲基-3-丁烯腈的富含戊烯腈的料流可以在第二蒸馏塔中蒸馏以获得作为顶部产物的富含2-甲基-3-丁烯腈的料流和作为底部产物的贫含2-甲基-3-丁烯腈的料流(即富含3-戊烯腈的料流)。富含3-戊烯腈的底部料流可以再循环至第一反应区，而富含2-甲基-3-丁烯腈的顶部产物可以进料至第二反应区以进行异构化以产生额外的3-戊烯腈。

将从第一反应区流出物分离的第一富含催化剂的料流至少部分地再循环至第一反应区，并且在一些情况下再循环至第二反应区。然而，由于这种料流含有催化剂降解产物和反应副产物并且可能贫含镍，因此通常将第一富含催化剂的料流的一部分取出并进料至第一催化剂纯化系统。在实施方案中，将至少80％，优选至少90％，例如93％至96％，至少99％，至少99.9％，并且基本上所有的第一催化剂再循环，其余进料至纯化系统。通常，纯化系统包括一个或多个液/液萃取区，其中第一富含催化剂的料流与非极性溶剂(诸如环己烷或其他环状或直链烷烃)和与非极性溶剂不混溶的极性溶剂(诸如己二腈)(优选以逆流流动)接触。通常，促进相分离和催化剂萃取的萃取区中的温度可以为25℃至135℃，例如25℃至90℃，例如50℃至75℃。在萃取区中，形成包含非极性溶剂和第一催化剂的非极性相和包含极性溶剂和例如反应副产物和催化剂降解产物的极性相(例如，萃余液)。

从萃取区回收非极性相，然后进料至分离系统，方便地为一个或多个蒸馏塔，其中将纯化的第一催化剂与非极性溶剂分离，然后返回至第一反应区或第二反应区，任选地在将另外的镍添加至催化剂之后。然后可以将非极性溶剂再循环至液/液萃取区。类似地，将萃余液相单独地从萃取区回收，然后进料至另一分离系统，便利地为一个或多个蒸馏塔，其中将反应副产物和催化剂降解产物与极性溶剂分离以进一步处理和/或处置。然后可将极性溶剂再循环至液/液萃取区。

2-甲基-3-丁烯腈的异构化

将从第一反应区流出物分离的富含2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)的料流进料至第二反应区，其中2M3BN在第二催化剂络合物的存在下异构化以产生包含3PN的反应产物。通常，第二反应区的进料包含至少30重量％的2M3BN和小于70重量％的不同于2M3BN的戊烯腈。第二催化剂络合物通常包含过渡金属(诸如零价镍)和配体，并且可以与第一催化剂络合物相同或不同。如果单齿含磷配体用于第二催化剂络合物，则用于异构化反应的催化剂中单齿配体与零价镍的摩尔比可以为约1∶1至约50∶1，例如约1∶1至约30∶1。当使用双齿配体时，用于异构化反应的催化剂中双齿配体与零价镍的摩尔比可以为1∶1至10∶1，例如1∶1至5∶1。

为了促进2M3BN的异构化以产生3PN，第二反应区中的反应温度可以维持在约0℃至约200℃的范围内，例如在约50℃至约165℃的范围内，而压力通常在约15psia至约300psia(约1.03巴至约20.7巴)的范围内。用于异构化反应步骤的2M3BN与催化剂的进料摩尔比通常大于1∶1，通常在约5∶1至20,000∶1的范围内，例如约100∶1至约5,000∶1。用于异构化反应的合适反应器包括连续搅拌釜反应器、环式鼓泡塔反应器、气体循环反应器、鼓泡塔反应器、管式反应器或它们的组合，任选地具有用于去除至少一部分反应热的装置。异构化反应在第二反应区中的停留时间可以为约0.1小时至约15小时，例如约1小时至约10小时。

第二反应区的产物的分离

来自第二反应区的流出物主要包含3-戊烯腈、残余的2-甲基-3-丁烯腈和第二催化剂。这些组分可以至少部分地通过一个或多个蒸馏步骤分离，以提供：1)第二富含2-甲基-3-丁烯腈的料流；2)第二富含3-戊烯腈的料流；以及3)第二富含催化剂的料流。第二富含2-甲基-3-丁烯腈的料流和第二富含3-戊烯腈的料流可各自含有总计小于500份每百万份重量的含磷配体。例如，第二富含3-戊烯腈的料流可以含有小于300ppm，例如小于100ppm的含磷配体。

第二富含3-戊烯腈的料流可包含少量的2-甲基-3-丁烯腈，其可在一个或多个蒸馏塔中与3-戊烯腈分离，其中2-甲基-3-丁烯腈作为顶部产物回收并且3-戊烯腈作为底部产物回收。例如，可以将第一富含3-戊烯腈的料流和第二富含3-戊烯腈的料流合并并在单个或共用蒸馏塔中蒸馏，或可以将这些料流在单独的蒸馏塔中蒸馏。从这种蒸馏回收的2-甲基-3-丁烯腈可以作为进料通入第二反应区，并且从这种蒸馏回收的3-戊烯腈可以作为进料通入第三反应区。

第二富含3-戊烯腈的料流可以进一步包含(Z)-2-甲基-2-丁烯腈并且可以蒸馏以获得作为顶部产物的包含2-甲基-3-丁烯腈和(Z、)-2-甲基-2-丁烯腈以及其他低沸物的富含(Z)-2-甲基-3-丁烯腈的料流，和作为底部产物的包含3-戊烯腈、2-甲基-3-丁烯腈和取决于蒸馏条件的一些(Z)-2-甲基-2-丁烯腈的贫含(Z)-2-甲基-2-丁烯腈的料流。3-戊烯腈和2-甲基-3-丁烯腈可单独从贫含(Z)-2-甲基-2-丁烯腈的料流中回收以分别通入第三反应区并再循环至第二反应区。

富含3-戊烯腈的第二料流的至少一部分可用于制备催化剂溶液。特别地，可以将第二富含3-戊烯腈的料流的至少一部分通入催化剂反应区中，其中镍金属与含磷配体反应以产生包含催化剂和戊烯腈的催化剂溶液。可以将这种催化剂溶液的一部分通入第二反应区中。当第一催化剂和第二催化剂包含相同的含磷配体时，可以将催化剂的一部分通入第一反应区。

从第二反应区的反应流出物中回收的第二富含催化剂的料流可以通过液/液萃取进行纯化，如以上对于与第一反应区流出物分离的第一富含催化剂的料流所讨论的。事实上，当第一催化剂络合物和第二催化剂络合物相同时，可以使用单一液/液萃取系统来纯化这两种催化剂。

3-戊烯腈向己二腈的氢氰化

将在第一反应区和第二反应区中产生的3-戊烯腈通入第三反应区，其中使3PN与额外的氰化氢在第三含磷催化剂络合物的存在下反应以产生己二腈。

第三反应区的3-戊烯腈进料由上述蒸馏步骤获得并且通常可包含至少95重量％的3PN、小于5重量％的不同于3PN的戊烯腈和小于0.1重量％的第一含磷配体。3PN进料可包含小于5000份每百万份(ppm)，例如小于2000份每百万份(ppm)，例如小于1000份每百万份(ppm)，例如小于600份每百万份(ppm)的C₉单腈。

进入第三反应区的HCN进料可以是安德卢梭法的产物，其已经通过蒸馏干燥至小于约250ppm的水，例如小于125ppm的水，例如小于80ppm的水。然而，HCN进料通常含有至少一些水，因为非常干燥的HCN是不稳定的。因此，HCN进料可以包含至少10ppm，例如至少25ppm，例如至少50ppm的水。进入第三反应区的HCN进料优选基本上不含一氧化碳、氧和氨。作为替代方案，氰醇可用作HCN的来源；例如参见美国专利3,655,723号。

第三含磷催化剂络合物通常包含过渡金属(诸如零价镍)和单齿或双齿含磷配体，其可以与第一催化剂络合物或第二催化剂络合物中使用的配体相同或不同。然而，第三含磷催化剂络合物通常包括一种或多种促进剂以提高二腈的生产。如本领域已知的，促进剂影响催化剂活性和对所需ADN的选择性。所使用的促进剂包括原子序数为13、21-32、39-50和57-80的金属的盐，例如锌，和式BR′₃的化合物，其中R′是至多18个碳原子的烷基或芳基自由基，例如三苯基硼。这种金属盐的阴离子可以包括卤化物，例如氯化物、硫酸盐、磷酸盐和低级脂族羧酸盐。有用的促进剂在本领域中通常称为路易斯酸。在一个实施方案中，当路易斯酸促进剂是ZnCl₂时，第三催化剂络合物中促进剂与镍的摩尔比可以是1∶20至50∶1，例如0.2∶1至2∶1。

第三反应区中采用的条件通常可包括约0℃至约150℃范围内的温度，例如约25℃至约80℃范围内的温度。通常，反应压力应足以保持HCN与溶解在液体反应混合物中的催化剂接触。这种压力至少部分地是反应混合物中存在的未反应HCN的量的函数。尽管这个反应步骤的压力上限不限于任何特定压力，但出于实际目的，压力通常在约15psia至约300psia(约1.03巴至约20.7巴)的范围内。第三反应区的3PN与HCN的总进料摩尔比可以为1∶1至100∶1，例如1∶1至约5∶1，而HCN与催化剂的摩尔比可以为10∶1至5000∶1，例如100∶1至3000∶1，例如300∶1至2000∶1。用于3PN与HCN的反应中的含磷配体优选是双齿配体。用于3PN氢氰化步骤的催化剂中双齿配体与镍的摩尔比可以为1∶1至10∶1，例如1∶1至5∶1，例如1∶1至3∶1。第三反应区中的停留时间通常由获得一定程度的戊烯腈、HCN或它们的组合的转化率的期望来确定。除了停留时间之外，催化剂浓度和反应温度也将影响反应物向产物的转化。通常，停留时间将在约0.1小时至约30小时的范围内，例如在约1小时至约20小时的范围内。HCN转化率可以大于99％。

用于第三反应区的合适反应器包括连续搅拌釜反应器、环式鼓泡塔反应器、气体循环反应器、鼓泡塔反应器、管式反应器或它们的组合，任选地具有用于去除至少一部分反应热的装置。

第三反应区的产物的分离

来自第三反应区的反应产物混合物主要由二腈，特别是所需的己二腈(ADN)以及一些2-甲基戊二腈(MGN)、戊烯腈(诸如3PN、2PN和(E)-2M2BN)、催化剂、催化剂降解产物和促进剂构成。这些组分可通过本领域已知的任何方法分离，但通常通过蒸馏和液/液萃取步骤的组合进行处理。例如，在第三反应区和下游液体萃取区之间可以包括一个或多个蒸馏阶段以从产物混合物中去除较低沸点的成分，包括未反应的3-戊烯腈。然后将剩余的产物混合物进料至液/液萃取区，在此使混合物与萃取溶剂接触。在萃取区中，形成包含萃取溶剂和第三催化剂的萃取相和包含己二腈、催化剂降解产物和促进剂的萃余液相。

将萃取相通入蒸馏塔，在蒸馏塔中将萃取溶剂与催化剂分离以再循环回至萃取区。从蒸馏塔中取出催化剂料流并再循环回至第三反应区中。可在一个或多个蒸馏步骤中蒸馏萃余液相以将己二腈(ADN)和甲基戊二腈(MGN)与沸点高于己二腈(ADN)的化合物和沸点低于甲基戊二腈(MGN)的化合物分离以获得第一精炼的二腈料流。第一精炼的二腈料流可以进一步蒸馏以从第一精炼的二腈料流中去除甲基戊二腈(MGN)以获得富含己二腈的第二精炼的二腈料流。将第二精炼的二腈料流的至少一部分作为二腈再循环料流再循环至液/液萃取步骤。

现在将参考图1描述由1，3-丁二烯制备己二腈的代表性方法的一个实施方案。如图中所示，在所示方法中，1，3-丁二烯进料通过管线100供应至第一反应区Z₁，其还通过管线120接收氰化氢的供应，并且通过管线140接收第一含磷催化剂络合物的供应。在第一反应区Z₁中，控制条件以使得1，3-丁二烯与氰化氢反应以产生基本上包含3-戊烯腈(3PN)和2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)的反应产物。将反应流出物料流通过管线122从第一反应区Z₁中去除并引入分离段125中，以尤其获得浓缩催化剂料流140和包含2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)的产物料流200。分离段125可包括一个或多个蒸馏塔。未反应的氰化氢和1，3-丁二烯也可以在分离段125中与反应产物和催化剂分离。未反应的1，3-丁二烯可通过图1中未示出的管线再循环至第一反应区Z₁。包含3-戊烯腈(3PN)的料流也可以通过图1中未显示的管线从分离段125取出。

将在分离段125中与反应产物分离的催化剂的一部分通过管线140再循环至第一反应区Z₁，同时将另外的催化剂部分去除并经由管线126进料至液/液萃取区150以至少部分纯化或再生催化剂。非极性溶剂(诸如烷烃)通过管线130进料至液/液萃取区150，并且与非极性溶剂不混溶的极性溶剂也通过管线500进料至液/液萃取区150。在可供选择的实施方案(图1中未示出)中，在将合并的料流装入萃取区150之前混合管线126中的用过的催化剂和管线500中的极性溶剂。在萃取区150中，形成包含非极性溶剂和催化剂的非极性相和包含极性溶剂和例如反应副产物和催化剂降解产物的极性相(例如，萃余液)。非极性相经由管线134从萃取区150取出并进料至蒸馏系统155。极性相经由管线510从萃取区150取出至分离段1000。

操作蒸馏系统155以回收作为塔顶料流的非极性溶剂，其经由管线130返回至萃取区150，任选地将补充的非极性溶剂添加到塔顶料流中。来自蒸馏系统155的塔底物包含部分纯化的催化剂，将其收集并通过管线156从蒸馏系统155中去除，并且在任何点引入以再循环至第一反应区Z₁中。在图1中，部分纯化的催化剂可以通过管线156从蒸馏塔155去除并转移至管线146中以引入至催化剂再循环管线140中以再循环至第一反应区Z₁中。图1显示在取出料流126的下游引入料流146，但这种料流可任选在取出料流126的上游引入。任选地，管线156中的部分纯化的催化剂料流的至少一部分可以再循环至第二反应区Z₂中。在图1中，管线156中的部分纯化的催化剂料流可以转移至管线246中以引入催化剂再循环管线240中以再循环至第二反应区Z₂中。补充催化剂或催化剂组分(额外的零价Ni和/或额外的含磷配体)可以分别经由管线145和245添加至第一反应区和第二反应区Z₁和Z₂中。

分离系统1000方便地包括多个蒸馏塔，其将反应副产物和催化剂降解产物与极性溶剂分离，然后极性溶剂通过管线500返回至萃取区150。

将在分离段125中与第一反应区Z₁的反应产物分离的含2M3BN的产物料流200通过管线240引入第二反应区Z₂中，该第二反应区接收第二含磷催化剂络合物的供应，该第二含磷催化剂络合物可以与第一含磷催化剂络合物相同或不同。在第二反应区Z₂中，控制条件以使得2M3BN经历异构化以产生基本上包含3PN的反应产物。将包含第二含磷催化剂络合物和3PN产物的流出物料流经由管线222从第二反应区Z₂中取出并通入分离段225中以尤其获得3PN产物料流300和浓缩的催化剂料流240。分离段225可包括一个或多个蒸馏塔。

在图1所示的特定实施方案中，第二反应区Z₂提供有用于将催化剂再循环至第二反应区Z₂的第二催化剂回收系统。在这个第二催化剂再循环系统中，将管线240中的浓缩的催化剂料流的一部分转移并通过管线226进料至液/液萃取区250中。非极性溶剂(诸如烷烃)通过管线230进料至液/液萃取区250中，而与非极性溶剂不混溶的极性溶剂也通过管线700进料至液/液萃取区250中。在一个实施方案(未显示)中，在将合并的料流装萃取区250之前混合催化剂料流226和管线700中的极性溶剂。另外，来自图1中未示出的来源的二腈(诸如来自第三反应区Z₃的精炼的二腈产物料流的一部分)可以根据需要添加到萃取区250中，以完成所需的相分离和萃取。

在萃取区250中，形成包含非极性溶剂和催化剂的非极性相和包含例如极性溶剂、反应副产物和某些催化剂降解产物的极性相(例如，萃余液)。非极性相经由管线234从萃取区250中去除并进料至蒸馏系统255。将极性相从萃取区250中去除并经由管线710进料至分离段2000。

操作蒸馏系统255以回收作为塔顶料流的非极性溶剂，其经由管线230返回至萃取区250，任选地将补充的非极性溶剂添加到塔顶料流中。来自蒸馏系统255的塔底物包括部分纯化的催化剂，其可以通过管线248去除以引入催化剂再循环管线240中以再循环至第二反应区Z₂中。任选地，可以从管线248取出侧料流进入管线247，并且这个侧料流可用作第一反应区Z₁的催化剂进料，例如通过将侧料流从管线247引入管线146或管线140中。随后进料至第二反应区Z₂的任何部分纯化的催化剂料流可以例如经由管线245提供有额外的零价Ni和/或含磷配体。尽管未在图1中示出，但管线245可任选地直接进料至管线246或管线248中而不是管线240中。引入补充催化剂的其他方式是本领域已知的并且可以使用。

分离系统2000方便地包括多个蒸馏塔，其将反应副产物和催化剂降解产物与极性溶剂分离，然后极性溶剂通过管线700返回至萃取区250。

尽管图1中未示出，但第一反应区Z₁和第二反应区Z₂可能共用单个催化剂回收系统。当第一含磷配体和第二含磷配体相同时，共用催化剂回收系统可能是期望的。在这种共用的系统中，可以消除或关闭以下特征：管线226、230、234、247、248、700和710；萃取区250；蒸馏装置255；和分离段2000。代替经由管线226取出净化料流，可经由管线227取出净化料流并引入管线126中或直接引入萃取区150中。在这种共用的催化剂回收系统中，进入第二反应区Z₂的任何部分纯化的催化剂料流将通过根据图1所示配置的管线246和240。

将在分离段225中与第二反应区Z₂的反应产物分离的3PN产物经由管线300引入第三反应区Z₃中，该第三反应区还通过管线220接收HCN的供应。来自分离段125的3PN也可以通过图1中未显示的一条或多条管线引入第三反应区Z₃中。通过管线340将包含例如零价Ni和第三含磷配体(统称为第三催化剂系统)和路易斯酸促进剂的第三催化剂通过管线引入第三反应区Z₃中。3PN和HCN在第三反应区Z₃中的反应产生含有己二腈的反应产物。通过管线400从第三反应区Z₃取出反应产物料流。反应产物料流包含例如己二腈、催化剂、促进剂和未反应的反应物。在将催化剂与己二腈产物分离之前，反应产物料流可任选地通过分离段(图1中未示出)以去除未反应的反应物。

来自管线400中的产物料流的催化剂和己二腈产物通入液/液萃取区370中。通过管线330将非极性溶剂(诸如烷烃)进料至液/液萃取区370中。引入液/液萃取区370中的非极性溶剂可以具有与引入液/液萃取区150中的非极性溶剂相同或不同的组成。来自管线330的非极性溶剂和来自管线400的己二腈产物一起构成不混溶组分的萃取剂系统。在萃取区370中，形成包含非极性溶剂和催化剂的非极性相和包含己二腈、促进剂和催化剂降解产物的极性相(例如，萃余液)。非极性相经由管线334从萃取区370取出至蒸馏系统375。将包含己二腈的极性相从萃取区370取出并经由管线600进料至己二腈纯化段3000。

操作蒸馏系统375以回收作为塔顶料流的非极性溶剂，其经由管线330返回至萃取区370，任选地将补充的非极性溶剂添加到塔顶料流中。来自蒸馏系统375的塔底物包括部分纯化的催化剂，并且可以通过管线340从蒸馏系统375中去除以再循环至第三反应区Z₃。补充量的额外的零价Ni和/或第三含磷配体连同促进剂可以经由管线345添加到管线340中的部分纯化的催化剂中。

己二腈纯化段3000可共同包括一系列蒸馏塔，其提供杂质(诸如反应副产物和催化剂降解产物)与纯化的己二腈产物(其在管线660中回收)的分离。纯化的己二腈产物的一部分可任选地返回至萃取区150或萃取区250(通过图1中未显示的管线)以促进这些萃取区中的相分离。

现在将参考以下非限制性实施例更具体地描述本发明。

在实施例中，术语“DN分布”是指基于产物中的总二腈所产生的ADN的百分比，并且计算为100*ADN/(ADN+MGN+ESN)。

比较实施例1-亚磷酸2′-(双(邻甲苯基氧基)甲氧基)-[1，1′-二(环己烷)]-2-基 酯二邻甲苯基酯的镍络合物溶液的合成。

比较实施例2-2，2’-双((双(邻甲苯基氧基)膦酰基)氧基)-[1，1’-联萘]-3，3’-二 羧酸二异丙酯的镍络合物溶液的合成。

比较实施例3-使用亚磷酸2′-(双(邻甲苯基氧基)甲氧基)-[1，1′-二(环己烷)]- 2-基酯二邻甲苯基酯的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的异构化。

比较实施例4-使用2，2’-双((双(邻甲苯基氧基)膦酰基)氧基)-[1，1’-联萘]-3， 3’-二羧酸二异丙酯的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的异构化。

比较实施例5-使用亚磷酸2′-(双(邻甲苯基氧基)甲氧基)-[1，1′-二(环己烷)]- 2-基酯二邻甲苯基酯的镍络合物溶液进行3PN的氢氰化。

比较实施例6-使用2，2′-双((双(邻甲苯基氧基)膦酰基)氧基)-[1，1′-联萘]-3， 3′-二羧酸二异丙酯的镍络合物溶液进行3PN的氢氰化。

实验实施例1.通过溶解金属法进行配体A的镍络合物的合成。

在具有氩气气氛的手套箱中，在用聚四氟乙烯衬里的隔膜密封的10mL血清瓶中合并镍金属粉末(0.41g)、配体A(1.00g)、氯化锌(0.05g)和3-戊烯腈(5.10g)。在60℃下用磁力搅拌器搅拌溶液21小时以获得配体A的镍络合物在3-戊烯腈溶液中的溶液。通过高效液相色谱法测量溶液中配体A的镍络合物的浓度。

实验实施例2.通过溶解金属法进行配体B的镍络合物的合成。

重复实验实施例1的程序，但是用配体B取代配体A。

实验实施例3.通过溶解金属法进行配体C的镍络合物的合成。

重复实验实施例1的程序，但是用配体C取代配体A。

实验实施例4.通过溶解金属法进行配体D的镍络合物的合成。

重复实验实施例1的程序，但是用配体D取代配体A。

实验实施例5.通过溶解金属法进行配体E的镍络合物的合成。

重复实验实施例1的程序，但是用配体E取代配体A。

比较实施例1-合成。根据WO 99/06357 A1的程序制备亚磷酸2′-(双(邻甲苯基氧基)甲氧基)-[1，1′-二(环己烷)]-2-基酯二邻甲苯基酯“CEx1”，并且遵循实验实施例1的程序合成相应的镍络合物，但是用配体A取代CEx1。

比较实施例2-合成。根据WO 99/06357 A1的程序制备2，2’-双((双(邻甲苯基氧基)膦酰基)氧基)-[1，1’-联萘]-3，3’-二羧酸二异丙酯“CEx2”，并且遵循实验实施例1的程序合成相应的镍络合物，但是用配体A取代CEx2。

实验实施例6.使用实验实施例1中制备的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的 异构化。

将来自实验实施例1的含有镍催化剂的溶液的一部分(0.50g)过滤并与5.00g的2-甲基-3-丁烯腈一起装入5mL玻璃血清小瓶中。将所得溶液加热至100℃，并且在该温度下保持5小时，然后冷却至室温，然后在实验结束的5分钟内通过气相色谱法(GC)进行分析。测定2M3BN的转化率为87％，并且对3-戊烯腈的选择性为94％。

实验实施例7.使用实验实施例2中制备的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的 异构化。

重复实验实施例6的程序，但是用配体B的镍络合物取代配体A的镍络合物。测定2M3BN的转化率为78％，并且对3-戊烯腈的选择性为84％。

实验实施例8.使用实验实施例3中制备的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的 异构化。

重复实验实施例6的程序，但是用配体C的镍络合物取代配体A的镍络合物。测定2M3BN的转化率为79％，并且对3-戊烯腈的选择性为96％。

实验实施例9.使用实验实施例4中制备的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的 异构化

重复实验实施例6的程序，但是用配体D的镍络合物取代配体A的镍络合物。测定2M3BN的转化率为85％，并且对3-戊烯腈的选择性为97％。

实验实施例10.使用实验实施例5中制备的镍络合物溶液进行2-甲基-3-丁烯腈的 异构化

重复实验实施例6的程序，但是用配体E的镍络合物取代配体A的镍络合物。测定2M3BN的转化率为88％，并且对3-戊烯腈的选择性为96％。

比较实施例1-2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)的异构化使用CEx1的镍络合物遵循实验实施例6的程序进行，但是用CEx1的镍络合物取代配体A的镍络合物。测定2M3BN的转化率经为80％，并且对3-戊烯腈的选择性为90％。

比较实施例2-2-甲基-3-丁烯腈(2M3BN)的异构化使用CEx2的镍络合物遵循实验实施例6的程序进行，但是用CEx2的镍络合物取代配体A的镍络合物。测定2M3BN的转化率经为73％，并且对3-戊烯腈的选择性为91％。

实验实施例11.使用实验实施例1中制备的镍络合物溶液进行3-戊烯腈的氢氰化。

向配备有磁力搅拌器的温控50mL玻璃反应容器中添加2.5克通过实验实施例1的程序制备的溶液和5mL的3-戊烯腈。将混合物用HCN以0.01mL/min的氮气流速在70℃处理1小时。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为82.3％并且DN分布为85.8％。

实验实施例12.使用实验实施例2中制备的镍络合物溶液进行3-戊烯腈的氢氰化

重复实验实施例11的程序，但是用配体B的镍络合物取代配体A的镍络合物。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为82.5％并且DN分布为83.0％。

实验实施例13.使用实验实施例3中制备的镍络合物溶液进行3-戊烯腈的氢氰化

重复实验实施例11的程序，但是用配体C的镍络合物取代配体A的镍络合物。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为88.7％并且DN分布为71.3％。

实验实施例14.使用实验实施例4中制备的镍络合物溶液进行3-戊烯腈的氢氰化

重复实验实施例11的程序，但是用配体D的镍络合物取代配体A的镍络合物。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为87.2％并且DN分布为81.9％。

实验实施例15.使用实验实施例5中制备的镍络合物溶液进行3-戊烯腈的氢氰化

重复实验实施例11的程序，但是用配体E的镍络合物取代配体A的镍络合物。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为93.4％并且DN分布为93.1％。

比较实施例1-3-戊烯腈的氢氰化使用由CEx1制备的镍络合物溶液遵循实验实施例11的程序进行，但是用配体CEx1的镍络合物取代配体A的镍络合物。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为32％并且DN分布为83％。

比较实施例2-3-戊烯腈的氢氰化使用由CEx2制备的镍络合物溶液遵循实验实施例11的程序进行，但是用配体CEx2的镍络合物取代配体A的镍络合物。所得产物混合物的GC分析指示ADN产率为36％并且DN分布为67％。

虽然已经通过参考特定实施方案描述和说明了本发明，但本领域的普通技术人员将理解，本发明适用于不必在此说明的变型。因此，为了确定本发明的真实范围，则应仅参考所附权利要求。

Claims (40)

1.一种包含骨架的多齿亚磷酸酯配体，所述骨架包含

(i)取代或未取代的螺二茚满化合物和至少两个与所述骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团，其中所述有机亚磷酸酯基团是烷基亚磷酸酯基团或者其中所述有机亚磷酸酯基团是芳基亚磷酸酯基团，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环：或者

(ii)取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与所述骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

2.根据权利要求1所述的配体，所述配体包含取代或取代的螺二茚满和至少两个与所述骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基团，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环。

3.根据权利要求1所述的配体，所述配体包含取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与所述骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基团。

4.根据权利要求3所述的配体，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环。

5.根据权利要求2或3所述的配体，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个甲基基团取代的苯基环。

6.根据权利要求2或3所述的配体，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分各自独立地选自甲苯基或二甲苯基基团。

7.根据权利要求1所述的配体，所述配体包含至少两个与所述骨架化学键合的亚磷酸二邻甲苯酯基团。

8.根据权利要求1至2和5至7中任一项所述的配体，其中所述骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物。

9.根据权利要求8所述的配体，其中所述有机亚磷酸酯基团是与所述螺二茚满骨架的所述苯基环化学键合的芳基亚磷酸酯基团。

10.根据权利要求1至2和5至7中任一项所述的配体，其中所述骨架包含未取代的螺二芴化合物。

11.根据权利要求1所述的配体，所述配体包含至少两个与所述骨架化学键合的烷基亚磷酸酯基团。

12.根据权利要求11所述的配体，其中所述烷基亚磷酸酯基团上的烷基部分是具有1至4个碳原子的烷基部分，其中所述烷基部分能够彼此键合。

13.根据权利要求11所述的配体，其中所述烷基基团彼此键合以与磷原子和它们所键合的两个氧原子形成5元环。

14.根据权利要求11所述的配体，其中所述烷基部分彼此键合以形成以下结构：

15.根据权利要求11至14中任一项所述的配体，其中所述配体包含含有未取代的螺二茚满化合物的骨架。

16.根据权利要求1所述的多齿亚磷酸酯配体，所述多齿亚磷酸酯配体具有以下结构中的一种：

17.一种催化剂络合物，所述催化剂络合物包含根据任何前述权利要求所述的多齿亚磷酸酯配体和至少一种过渡金属。

18.根据权利要求17所述的催化剂络合物，其中所述至少一种过渡金属包括镍。

19.一种用于氢氰化含有至少一个烯属基团的有机化合物的方法，所述方法包括使所述有机化合物与氰化氢在催化剂络合物的存在下反应，所述催化剂络合物包含至少一种过渡金属和多齿亚磷酸酯配体，所述多齿亚磷酸酯配体包含骨架，所述骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与所述骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述有机化合物包括1，3-丁二烯。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述有机化合物包括3-戊烯腈。

22.一种用于异构化单烯属不饱和化合物的方法，其中使所述化合物与催化剂络合物接触，所述催化剂络合物包含至少一种过渡金属和多齿亚磷酸酯配体，所述多齿亚磷酸酯配体包含骨架，所述骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物或取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与所述骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述单烯属不饱和化合物包括2-甲基-3-丁烯腈。

24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中所述配体包含骨架，所述骨架包含

(i)取代或未取代的螺二茚满化合物和至少两个与所述骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团，其中所述有机亚磷酸酯基团是烷基亚磷酸酯基团或者其中所述有机亚磷酸酯基团是芳基亚磷酸酯基团，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环；或者

(ii)取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与所述骨架化学键合的有机亚磷酸酯基团。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中所述配体包含取代或未取代的螺二茚满和至少两个与所述骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基团，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环。

26.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中所述配体包含取代或未取代的螺二芴化合物和至少两个与所述骨架化学键合的芳基亚磷酸酯基团。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个C₁-C₄烷基基团取代的苯基环。

28.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分是被一个或多个甲基基团取代的苯基环。

29.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述芳基亚磷酸酯基团上的芳基部分各自独立地选自甲苯基或二甲苯基基团。

30.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中所述配体包含至少两个与所述骨架化学键合的亚磷酸二邻甲苯酯基团。

31.根据权利要求19至24和28至30中任一项所述的方法，其中所述骨架包含取代或未取代的螺二茚满化合物。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述有机亚磷酸酯基团是与所述螺二茚满骨架的所述苯基环化学键合的芳基亚磷酸酯基团。

33.根据权利要求19至24和28至30中任一项所述的方法，其中所述骨架包含未取代的螺二芴化合物。

34.根据权利要求19至24中任一项的方法，所述方法包含至少两个与所述骨架化学键合的烷基亚磷酸酯基团。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述烷基亚磷酸酯基团上的烷基部分是具有]至4个碳原子的烷基部分，其中所述烷基部分能够彼此键合。

36.根据权利要求34所述的方法，其中所述烷基基团彼此键合以与所述磷原子和它们所键合的所述两个氧原子形成5元环。

37.根据权利要求34所述的方法，其中所述烷基部分彼此键合以形成以下结构：

38.根据权利要求34至37中任一项所述的方法，其中所述配体包含含有未取代的螺二茚满化合物的骨架。

39.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中所述配体具有以下结构中的一种：

40.根据权利要求19至39中任一项所述的方法，其中所述至少一种过渡金属包括镍。