JPH092992A - アルキルアルコールおよび/またはその反応性誘導体のカルボニル化方法 - Google Patents
アルキルアルコールおよび/またはその反応性誘導体のカルボニル化方法Info
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Abstract
とオスミウムから選択する共促進剤の存在下でのカルボ
ニル化方法よりも、安価で効果の高いカルボニル化方法
を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、カルボニル化反応器中
で、アルキルアルコールおよび/またはその反応性誘導
体を、(a)イリジウム触媒、(b)ハロゲン化アルキ
ル、(c)少なくとも規定された濃度の水、並びに
(d)カドミウム、水銀、亜鉛、ガリウム、インジウム
およびタングステンから成る群より選択される促進剤と
から成る液体反応組成物中で、一酸化炭素と接触させる
ことにより、カルボン酸を生成する。
Description
に関し、特にアルキルアルコールおよび/またはその反
応性誘導体をイリジウム触媒の存在下でカルボニル化す
る方法に関する。
化方法は知られており、例えば米国特許第 3772380号明
細書、欧州特許公開番号第0618184A号明細書、英国特許
第 1276326号、第 1234641号、および第 1234642号明細
書に記載されている。
ウムから選択された共促進剤の存在下でのカルボニル化
は、欧州特許公開番号第0643034A号明細書に記載されて
いる。
ジウム触媒およびルテニウムとオスミウムから選択され
た共促進剤の存在下でのカルボニル化方法よりも、安価
で効果の高いカルボニル化方法が求められていた。
銀、亜鉛、ガリウム、インジウムおよびタングステンか
ら成る群から選択された促進剤は、イリジウム触媒の存
在下でのアルキルアルコールおよび/またはその反応性
誘導体のカルボニル化速度に有利な効果を有することを
見出した。
よび/またはその反応性誘導体のカルボニル化によるカ
ルボン酸の製造方法を提供するが、この方法は、カルボ
ニル化反応器中で、前記アルコールおよび/またはその
反応性誘導体を、(a)イリジウム触媒、(b)ハロゲ
ン化アルキル、(c)少なくとも規定された濃度の水、
並びに(d)カドミウム、水銀、亜鉛、ガリウム、イン
ジウムおよびタングステンから成る群より選択される促
進剤とから成る液体反応組成物中で、一酸化炭素と接触
させることから成る。
/またはその反応性誘導体のカルボニル化のための触媒
系を提供し、前記触媒系は(a)イリジウム触媒、
(b)ハロゲン化アルキルおよび(c)カドミウム、水
銀、亜鉛、ガリウム、インジウムおよびタングステンか
ら成る群より選択される促進剤から成る。
オスミウムのような促進剤よりも一般的に安価なだけで
はなく、少なくともカドミウム、水銀、亜鉛、ガリウム
およびインジウムはカルボニル化反応において揮発性成
分を形成することが恐らく少ないと考えられる。
〜C10、好適にはC1 〜C6 、より好適にはC1 〜C4
のアルキルアルコール類、さらに好適にはメタノールか
ら成る。好適には、前記アルキルアルコールは第1級又
は第2級アルキルアルコールである。n個の炭素原子を
有するアルコールおよび/またはその誘導体のカルボニ
ル化の生成物は、n+1個の炭素原子を有するカルボン
酸、および/またはn+1個の炭素原子を有するカルボ
ン酸とn個の炭素原子を有する前記アルコールのエステ
ルである。従って、メタノールおよび/またはその誘導
体のカルボニル化の生成物は酢酸および/または酢酸メ
チルである。
導体は、前記アルコールと相当するカルボン酸生成物の
相当するアルキルエステル、ジアルキルエーテルおよび
ハロゲン化アルキル、好適にはヨウ化物または臭化物で
ある。メタノールの適切な反応性誘導体には酢酸メチ
ル、ジメチルエーテルおよびヨウ化メチルが含まれる。
アルキルアルコールとその反応性誘導体の混合物は、本
発明の方法において反応体として用いることが出来る。
好適には、メタノールおよび/または酢酸メチルが反応
体として使用される。アルキルアルコールおよび/また
はその反応性誘導体の少なくともいくらかは、カルボン
酸生成物または溶媒との反応によりアルキルエステルに
変換し、従って、液体反応組成物中でアルキルエステル
として存在する。前記液体反応組成物中のアルキルエス
テルの濃度は、適切には1〜70重量%、好適には2〜50
重量%、より一層好適には3〜35重量%の範囲にある。
とカルボン酸生成物間のエステル化反応により、現場で
液体反応組成物中に生成させることが出来る。水は、カ
ルボニル化反応器に、液体反応組成物の他の成分と共
に、または別々に導入することが出来る。水は、反応器
から回収された反応組成物の他の成分から分離し、調節
された量で再循環させて液体反応組成物中の所望の水濃
度を保持することが出来る。適切には、液体反応組成物
中の水の濃度は、1〜15重量%、好適には1〜10重量
%、より好適には 6.5重量%以下の範囲である。
は、液体反応組成物に可溶性の任意のイリジウム含有化
合物から成ることが出来る。前記触媒のイリジウム成分
は、液体反応組成物に溶解するか、または可溶性の形態
に変換し得る任意の適切な形態で、カルボニル化反応の
ための液体反応組成物に添加することが出来る。液体反
応組成物に添加出来る適切なイリジウム含有化合物の例
は、IrCl3 、 IrI3 、IrBr3 、 [Ir(CO)2 I]2 、 [Ir(C
O)2 Cl ]2 、 [Ir(CO)2 Br ]2 、[Ir (CO)2 I2 ] - H
+ 、 [Ir(CO)2 Br2 ] - H + 、 [Ir(CO)2 Cl4 ] - H
+ 、[Ir(CH3 )I3(CO)2 ] - H + 、Ir4 (CO)12、IrCl3
・ 3H2 O 、IrBr3 ・ 3H2 O 、Ir4 (CO)12、金属イリジウ
ム、Ir2 O 3 、 IrO2 、Ir(acac)(CO)2 、Ir(acac)3 、
酢酸イリジウム、 [Ir3 O(OAc)6 (H2 O)3 ][OAc]、およ
びヘキサクロロイリジウム酸[H2 IrCl6 ] 、好適には、
例えば水、アルコールおよび/またはカルボン酸のよう
な一つ以上のカルボニル化反応成分に可溶の、例えば酢
酸塩、シュウ酸塩およびアセト酢酸塩のような塩素イオ
ンを含まないイリジウム錯体を含む。とりわけ好適なの
は、酢酸または酢酸水溶液中で使用できる緑色の酢酸イ
リジウムである。
ウム触媒濃度は、イリジウム重量で100から6000ppm ま
での範囲内である。
ジウムまたはタングステン促進剤には、前記液体反応組
成物に可溶性である、カドミウム、水銀、亜鉛、ガリウ
ム、インジウムまたはタングステンを含有するあらゆる
化合物が含まれる。前記促進剤は、液体反応組成物に溶
解するか、または可溶な形態に変換し得る任意の適切な
形態で、カルボニル化反応のための液体反応組成物に添
加することが出来る。
例には、 Cd(OAc)2 、 CdI2 、CdBr2 、CdCl2 、Cd(OH)
2 、およびアセチルアセトン酸カドミウムが含まれる。
は、 Hg(OAc)2 、 HgI2 、HgBr2 、HgCl2 、Hg2 I2 、
およびHg2 Cl2 が含まれる。
は、 Zn(OAc)2 、Zn(OH)2 、 ZnI2 、ZnBr2 、ZnCl2 、
およびアセチルアセトン酸亜鉛が含まれる。
には、アセチルアセトン酸ガリウム、酢酸ガリウム、Ga
Cl3 、GaBr3 、 GaI3 、Ga2 Cl4 、およびGa(OH)3 が含
まれる。
例には、アセチルアセトン酸インジウム、酢酸インジウ
ム、InCl3 、InBr3 、 InI3 、InI 、およびIn(OH)3 が
含まれる。
の例には、 W(CO)6 、 WCl4 、 WCl6 、 WBr5 、WI2 、
C9 H 12、 W(CO)3 およびあらゆるタングステンクロロ
−、ブロモ−またはヨード−カルボニル化合物が含まれ
る。
切には(0.1〜20):1 、好適には(0.5〜10):1 の範囲であ
る。一種以上の促進剤を用いることができる。
ら成る群から選択された任意の共促進剤を使用すること
も出来、これは液体反応組成物に可溶の任意のルテニウ
ム、オスミウムまたはレニウム含有化合物から成ること
が出来る。前記任意の共促進剤は、液体反応組成物に溶
解するか、または可溶な形態に変換し得る任意の適切な
形態で、カルボニル化反応のための液体反応組成物に添
加することが出来る。
テニウム含有化合物の例には、塩化ルテニウム(III) 、
塩化ルテニウム(III) 三水和物、塩化ルテニウム(IV)、
臭化ルテニウム(III) 、金属ルテニウム、酸化ルテニウ
ム、ギ酸ルテニウム(III) 、[Ru(CO )3 I3 ] - H + 、
[Ru(CO )2 I2 ] n 、[Ru(CO )4 I2 ] 、[Ru(CO )3I
2 ]2 、テトラ(アセト)クロロルテニウム (II、II
I)、酢酸ルテニウム (III)、プロピオン酸ルテニウム
(III)、酪酸ルテニウム、ルテニウムペンタカルボニ
ル、トリルテニウムドデカカルボニル、および、例えば
ジクロロトリカルボニルルテニウム(II)二量体、ジブロ
モトリカルボニルルテニウム(II)二量体のような混合ル
テニウムハロカルボニル、および、例えばテトラクロロ
ビス(4-シメン)ジルテニウム(II)、テトラクロロビス
(ベンゼン)ジルテニウム(II)、ジクロロ(シクロオク
タ-1,5- ジエン)ルテニウム(II)ポリマーおよびトリス
(アセチルアセトネート)ルテニウム(III) 等の他の有
機ルテニウム錯体が含まれる。
スミウム含有化合物の例には、塩化オスミウム (III)水
和物および無水物、金属オスミウム、四酸化オスミウ
ム、トリオスミウムドデカカルボニル、 [Os(CO)4 I
2 ] 、 [Os(CO)3 I 2 ] 2 、 [Os(CO)3 I 3 ] - H
+ 、ペンタクロロ -μ- ニトロジオスミウムおよび、
例えばトリカルボニルジクロロオスミウム(II)二量体の
ような混合オスミウムハロカルボニルおよび他の有機オ
スミウム錯体が含まれる。
ニウム含有化合物の例には、Re2 (CO)10、Re(CO)5 Cl、
Re(CO)5 Br、Re(CO)5 I 、ReCl3 ・ xH2 O 、 [Re(CO)4
I]2、[ Re(CO)4 I 2 ] - H + およびReCl5 ・ yH2 O が
含まれる。
モル比は、適切には(0.1〜20):1 、好適には(0.5〜10):
1 の範囲である。
任意の共促進剤を含有する化合物は、例えばアルカリま
たはアルカリ土類金属または他の金属塩のような、反応
を阻害する可能性のあるヨウ化物イオンを供給するかま
たはその場で発生させる不純物を含まない。
鉄およびクロム、および、(b) ホスフィン類、またはそ
の現場で四級化出来る窒素含有化合物または配位子のよ
うなイオン汚染物は、反応速度に悪影響を及ぼす I- を
液体反応組成物中に発生することによって、反応に悪影
響を及ぼすので液体反応組成物中に最小に保つべきであ
る。例えばモリブデンのようないくつかの腐蝕金属汚染
物は、 I- の発生に対してあまり影響を受けないことが
知られている。反応速度に悪影響を及ぼす腐蝕金属は、
適切な耐蝕性資材を使用することにより、最小限にする
ことが出来る。同様に、アルカリ金属ヨウ化物、例えば
ヨウ化リチウムのような汚染物は最小限にとどめるべき
である。腐蝕金属および他のイオン汚染物は、反応組成
物を処理するのに適切なイオン交換樹脂床の使用、また
は好適には触媒再循環流れの使用により減少させること
が出来る。このような腐蝕金属除去方法は米国特許第 4
007130号明細書に記載されている。好適には、イオン汚
染物は、液体反応組成物中に500ppmの I- 、好適には25
0ppmより少ない I- を発生する濃度未満に保つ。
コール反応体のアルキル部分に相当するアルキル部分を
有し、好適にはC1 〜C10、より好適にはC1 〜C6 、
更により好適にはC1 〜C4 のアルキルのハロゲン化物
である。好適なアルキルハロゲン化物はヨウ化物または
臭化物であり、より好適にはヨウ化物である。好適なハ
ロゲン化アルキルはヨウ化メチルである。液体反応組成
物中のハロゲン化アルキルの濃度は1〜20重量%、好適
には2〜16重量%の範囲であるのが好ましい。
もよいし、または例えば二酸化炭素、メタン、窒素、貴
ガス、水およびC1 〜C4 のパラフィン系炭化水素のよ
うな不活性不純物を含んでいてもよい。一酸化炭素中
の、および現場で水性ガスシフト反応により発生する水
素の存在は、それが存在する結果水素化生成物が形成さ
れる場合があるので、低く、例えば分圧1bar未満に保つ
のが好ましい。反応中の一酸化炭素の分圧は適切には1
〜70bar 、好適には1〜35bar 、より好適には1〜15ba
r の範囲である。
200barg 、好適には10〜100barg 、より好適には15〜50
bargの範囲である。カルボニル化反応の温度は、適切に
は 100〜 300℃、好適には 150〜 220℃の範囲である。
反応溶媒として使用出来る。
法で実施でき、連続法が好適である。
成物は、液体反応組成物を反応器から取出し、1回以上
のフラッシ、および/または分留工程によりカルボン酸
生成物および/またはそのエステルを液体反応組成物の
他の成分、例えばイリジウム触媒、カドミウム、水銀、
亜鉛、ガリウム、インジウムまたはタングステン促進
剤、任意の共促進剤、ハロゲン化アルキル、水、および
未消費の反応体から分離することにより取出し、上記他
の成分は反応器に再循環して液体反応組成物における他
の成分の濃度を維持することができる。カルボン酸生成
物および/またはそのエステルは反応器から蒸気として
除去することも出来る。
する。
グネドライブ(登録商標)攪拌機、液体注入装置および
冷却コイルを取り付けた 150cm3 のハステロイB2(登
録商標)オートクレーブを一連のバッチカルボニル化実
験に使用した。このオートクレーブに供給するガスを、
バラスト容器から供給し、フィードガスを供給してオー
トクレーブを一定の圧力に保つ。実験中特定点における
取込むガスの速度を用いて、1時間当たりの低温の脱気
した反応器組成物の1リットル当たりの消費する反応体
のモル数(mol/l/ 時間) として、特定の反応器組成物
(低温脱気体積を基礎とした反応器組成物)において、
カルボニル化速度を計算した。
の過程中、1モルの一酸化炭素が消費される毎に1モル
の酢酸メチルが消費されると仮定して計算した。オート
クレーブのヘッドスペース内の有機成分は考慮に入れな
かった。このデータは、連続法における液体反応組成物
中の代表的な定在濃度に相当する26%、15%および6%
の計算酢酸メチル濃度について報告した。この様な連続
法の15%の計算酢酸メチル濃度に対して、このような液
体反応組成物の他の成分の濃度は、ヨウ化メチルは約5
〜8%、代表的には約5〜6%であり、水は約6〜8%
であり、残りが酢酸であった。
カドミウム、水銀または亜鉛促進剤、任意の共促進剤、
およびイリジウム触媒を溶解した水充填量の一部(6.5
g)を除く液体反応組成物の液体成分を、オートクレー
ブに充填した(表1参照)。
炭素で1回(各々のガスで約25bargまで加圧して)フラ
ッシし、その後電熱コイルにより一酸化炭素1baraの圧
力下に 190℃まで加熱した。急速で不変の攪拌速度(10
00rpm )を用いた。温度が安定したら、イリジウム触媒
水溶液をオートクレーブに注入した。同時に、オートク
レーブはバラスト容器から供給した一酸化炭素で22barg
まで加圧した。オートクレーブ内の圧力を、バラスト容
器から供給される一酸化炭素で引き続き約22barg(表2
参照)に保持した。一酸化炭素の分圧は測定してなかっ
たが、15bar 未満であると考えられた。反応温度は所望
の反応温度( 190℃)の±1℃以内に保持した。
通じて測定し、カルボニル化速度の計算に用いた。バレ
スト容器からの一酸化炭素の取込終了後に、オートクレ
ーブをガス供給から隔離し、冷却コイルにより室温まで
冷却した。オートクレーブをガス抜きし、液体反応組成
物およびオートクレーブのヘッドスペース内のガスのサ
ンプルを、ガスクロマトグラフで分析した。本発明によ
る各々のバッチカルボニル化実験の主生成物は酢酸であ
った。表2に副生成物の収率を一緒に示した。
に示した結果は、この反応条件(実験D)下ではカドミ
ウムがカルボニル化触媒として作用しないことを示して
いる。表2の結果は、イリジウムが触媒するメタノール
のカルボニル化をカドミウムが促進することも示してい
る(実施例1〜3と実験A〜Dを比較)。表2の結果
は、カドミウム濃度が増加するにつれてカルボニル化速
度が増すことを示している。表2の結果は、水銀と亜鉛
もイリジウムが触媒するメタノールのカルボニル化を促
進する(実施例4〜7)が、カドミウムほどには効果的
でないことを示している。
ールのイリジウム/ルテニウムカルボニル化を促進する
ことも示している(実験Eと実施例8、9および10を
比較)。
た痕跡はなく、これはカドミウム、水銀および亜鉛が可
溶であったことを示している。
の体積による%。残りは一酸化炭素である。 b カルボニル化の起こらなかった反応器圧力は、15
重量%の酢酸メチル濃度において測定しなかった。 c それぞれ 9.7、 7.0および 4.6%の水濃度に相当す
る26、15および6重量%の酢酸メチルの計算濃度。ヨウ
化メチルは約5〜8%、代表的には約5〜6%である。
速度誤差は±10%であると推定される。
例11〜14)カドミウム、水銀および亜鉛促進剤の場
合と同じ手順及び装置で繰り返した。実施例11〜14
に対するオートクレーブ充填量を表3に示し、結果を表
4に示す。本発明による各バッチカルボニル化実験の主
生成物は酢酸であった。
ールのカルボニル化をガリウムとインジウムの両方が促
進することを示している(実施例11〜12と実験A〜
Cを比較)。
タノールのイリジウム/ルテニウムカルボニル化を促進
することも示している(実験Eと実施例13〜14を比
較)。
れた痕跡はなく、これはガリウムとインジウムが可溶で
あったことを示している。
クス(登録商標)攪拌機、液体注入装置および冷却コイ
ルを取り付けた 300cm3 のハステロイB2(登録商標)
オートクレーブを一連のバッチカルボニル化実験に使用
した。このオートクレーブに供給するガスを、バラスト
容器から供給し、フィードガスを供給してオートクレー
ブを一定の圧力に保った。実験中特定点における取込む
ガスの速度を用いて、1時間当たりの低温の脱気した反
応器組成物の1リットル当たりの消費される反応体のモ
ル数 (mol/l/時間) として、特定の反応器組成物(低温
脱気体積を基礎とした反応器組成物)において、カルボ
ニル化速度を計算した。
中、1モルの一酸化炭素が消費される毎に1モルの酢酸
メチルが消費されると仮定して計算した。オートクレー
ブのヘッドスペース内の有機成分は考慮に入れなかっ
た。このデータは、連続法における液体反応組成物中の
代表的な定在濃度に相当する26%、15%および6%の計
算酢酸メチル濃度について報告した。15%の計算酢酸メ
チル濃度に対して、このような液体反応組成物の他の成
分の濃度は、ヨウ化メチルは約5〜8%であり、代表的
には約5〜6%であり、水は約6〜8%であり、残りが
酢酸であった。
タングステン促進剤、任意の共促進剤、およびイリジウ
ム触媒を溶解した水充填量の一部(10.83g)を除く液体
反応組成物の液体成分を、オートクレーブに充填した
(表5参照)。
1回、一酸化炭素で約25bargまで2回フラッシし、その
後電熱コイルにより一酸化炭素8bargの圧力下に 190℃
まで加熱した。急速で不変の攪拌速度(1500rpm )を用
いた。温度が安定したら、イリジウム触媒水溶液をオー
トクレーブに注入した。同時に、オートクレーブはバラ
スト容器から供給した一酸化炭素で22bargまで加圧し
た。オートクレーブ内の圧力は、バラスト容器から供給
される一酸化炭素で引き続き約22.0bargに保持した。一
酸化炭素の分圧は、計算酢酸メチル濃度を15重量%とし
たときに約8barであるとして計算した。反応温度は所
望の反応温度( 190℃)の±1℃以内に保持した。
通じて測定し、カルボニル速度の計算に用いた。バレス
ト容器からの一酸化炭素の取込終了後に、オートクレー
ブをガス供給から隔離し、冷却した。オートクレーブを
ガス抜きし、液体反応組成物のサンプルを、ガスクロマ
トグラフで分析した。本発明による各々のバッチカルボ
ニル化実験の主生成物は酢酸であった。表6に副生成物
の収率を一緒に示した。
施例15〜17において、追加のヨウ化メチル(タング
ステンに対して3モル当量)を、タングステンヨードカ
ルボニル成分に対して損失し得るヨウ化メチルを補うた
めに添加した。実験Mは、促進剤を用いないイリジウム
反応に、余分のヨウ化メチルの単なる添加をしても、反
応速度の有意な増加は引き起こされないことを示してい
る。
ウムが触媒するメタノールのカルボニル化を促進するこ
とを示している(実施例15〜17と実験J〜Lを比
較)。
実施例18〜21)は、タングステンの場合と同じ300m
lのオートクレーブ装置を使用して行った。実施例18
〜20は亜鉛促進剤量の増加の効果を示し、かつ実施例
21はカドミウム促進剤の効果を示している。
Claims (9)
- 【請求項1】 アルキルアルコールおよび/またはその
反応性誘導体のカルボニル化方法であって、前記方法
は、カルボニル化反応器中で、前記アルコールおよび/
またはその反応性誘導体を、(a)イリジウム触媒、
(b)ハロゲン化アルキル、(c)少なくとも規定され
た濃度の水、並びに(d)カドミウム、水銀、亜鉛、ガ
リウム、インジウムおよびタングステンから成る群より
選択される促進剤とから成る液体反応組成物中で、一酸
化炭素と接触させることを特徴とするアルキルアルコー
ル類および/またはその反応性誘導体のカルボニル化方
法。 - 【請求項2】 各促進剤:イリジウム触媒のモル比が
(0.1〜20):1 、好適には(0.5〜10):1 である請求項1記
載のカルボニル化方法。 - 【請求項3】 ルテニウム、オスミウムおよびレニウム
から選択される共促進剤が液体反応組成物中に存在する
請求項1または2記載のカルボニル化方法。 - 【請求項4】 各共促進剤:イリジウム触媒のモル比が
(0.1〜20):1 、好適には(0.5〜10):1 である請求項3記
載のカルボニル化方法。 - 【請求項5】 液体反応組成物中の水濃度が1〜15重量
%、好適には1〜10重量%の範囲にある請求項1〜4の
いずれか一つの項に記載のカルボニル化方法。 - 【請求項6】 アルキルエステルが1〜70重量%、好適
には2〜50重量%、より好適には3〜35重量%の範囲の
濃度で液体反応組成物中に存在する請求項1〜5のいず
れか一つの項に記載のカルボニル化方法。 - 【請求項7】 液体反応組成物中のハロゲン化アルキル
の濃度が1〜20重量%、好適には2〜16重量%の範囲で
ある請求項1〜6のいずれか一つの項に記載のカルボニ
ル化方法。 - 【請求項8】 反応器中の一酸化炭素の分圧が1〜70ba
r 、好適には1〜35bar 、より好適には1〜15bar の範
囲にある請求項1〜7のいずれか一つの項に記載のカル
ボニル化方法。 - 【請求項9】 アルキルアルコールがメタノールであ
り、ハロゲン化アルキルがヨウ化メチルであり、かつ反
応生成物が酢酸および/または酢酸メチルから成る請求
項1〜8のいずれか一つの項に記載のカルボニル化方
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