KR810000379B1 - Process for the preparation of an anhydride of a mono carboxylic acid - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 카보닐화에 의해 카복실산, 더 상세하게는 모노 카복실산 무수물, 특히 초산무수물과 같은 저급 알칸산의 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the preparation of carboxylic acids, more particularly mono carboxylic anhydrides, especially lower anhydrides such as acetic anhydride, by carbonylation.
초산 무수물은 수년간 공업용화학품으로 알려져 왔으며 초산셀루로오즈의 제조에 많은 양이 사용된다. 이것은 통상적으로 케론과 초산을 반응시켜 공업적 규모로 제조했다. 초산무수물은 또한 예를 들면 에틸리덴 디아세테이트를 분해시키거나 아세트알데히드를 산화시킴으로써 제조할 수 있다는 것도 역시 알려져 있다. 이 각각의 고전적 방법은 이미 잘 알려진 결점과 불리점을 갖고 있기 때문에 초산 무수물을 제조하는 개량된 방법의 발견이 추구되어 왔다. 여러 가지의 반응물질에 일산화탄소를 반응시켜(카보닐화) 무수물을 제조하는 방법이 미국에서 제안되었다. 그러나 카보닐화 반응을 포함하는 이와같은 방법에서는 매우 높은 압력을 사용해야만 한다. 초산무수물을 제조하는 방법으로서 낮은 압력에서 카보닐화하는 방법도 제안되었다. 불란서 특허에는 메타놀과 메타놀의 혼합물을, 이리듐, 백금, 팔라듐, 오스뮴 및 루테늄화합물의 존재하에 또한 미국특허에서 보다 낮은 압력하에 브롬 또는 요드 존재하에 초산메틸로 카보닐화하는 방법이 기재되어 있다. 이와 유사하게 남아프리카특허에는 로듐 성분을 브롬 또는 요드와 조합 사용하여 동일한 반응물로부터 초산을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 최근에는 담체상에 분산된 로듐성분으로 구성된 여러 가지의 촉매를 사용하여 초산을 제조하는 증기상 방법이 미국특허에 기재되어 있다. 그러나 이들 비교적 최근의 카보닐화 방법중 어떠한 것도 본 발명의 초산무수물 또는 다른 카복실산 무수물의 제조를 언급하거나 예측하지 못했다.Acetic anhydride has been known for many years as an industrial chemical and is used in large amounts in the production of cellulose acetate. It is usually prepared on an industrial scale by reacting keron with acetic acid. It is also known that acetic anhydride can also be prepared, for example, by decomposing ethylidene diacetate or by oxidizing acetaldehyde. Since each of these classical methods already has well-known drawbacks and disadvantages, the discovery of an improved method of preparing acetic anhydride has been sought. A method for producing anhydrides by reacting carbon monoxide (carbonylation) with various reactants has been proposed in the United States. However, such methods involving carbonylation must use very high pressures. As a method of preparing acetic anhydride, carbonylation at low pressure has also been proposed. The French patent describes a process for carbonylating a mixture of methanol and methanol to methyl acetate in the presence of iridium, platinum, palladium, osmium and ruthenium compounds and in the presence of bromine or iodine at lower pressures than in the US patent. Similarly, the South African patent describes a process for preparing acetic acid from the same reactant using a rhodium component in combination with bromine or iodine. Recently, a vapor phase process for preparing acetic acid using various catalysts composed of rhodium components dispersed on a carrier has been described in the US patent. However, none of these relatively recent carbonylation methods mention or predict the preparation of acetic anhydride or other carboxylic anhydrides of the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 카복실산 무수물, 특히 초산무수물과 같은 저급알칸산 무수물을 제조하는 개량된 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an improved process for preparing lower alkanoic anhydrides such as carboxylic anhydrides, in particular acetic anhydride.
본 발명의 또 다른 목적은 종전과 같이 높은 압력이 필요하지 않는 개량된 카복실산 무수물의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a process for producing an improved carboxylic anhydride which does not require high pressure as before.
본 발명에 의하면, 하이드로카빌할라이드 특히 에틸 아이오다이드와 같은 아이오다이드 또는 브로마이드 등의 저급 알킬할라이드를 카보닐화하여 적당히 생성할 수 있는 아세틸 아이오다이드와 같은 아이오다이드 또는 브로마이드등의 아실할라이드를 하이드로카빌에텔(예 : 저급알킬에텔)과 함께 반응시켜 저급알킬산 무수물과 같은 카복실산 무수물을 생성하고 할라이드를 재생시킨다. 따라서 예를 들어 초산무수물은 아세틸 아이오다이드를 반응시켜 효과적으로 제조할 수 있다. 아세틸 아이오다이드는 메틸아이오다이드를 중간정도의 일산화탄소부분 압력에서 일산화탄소와 함께 반응시켜 제조할 수 있으며, 이 카보닐화 반응은 Ⅷ족 귀금속 촉매 존재하에서 수행한다. 앞의 반응에서 아이오다이드는 상응하는 브로마이드로 대치할 수 있다. 이와 같은 방법으로 다른 저급알칸산무수물 즉 프로피온산 무수물, 부티르산무수물 및 발테르산무수물과 같은 저급알칸산 무수물도 프로피오닐 아이오다이드, 프로피오닐 브로마이드, 부티릴 아이오다이드, 부티릴브로마이드등과 같은 아실할라이드를 저급알킬에텔과 함께 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 이와 유사하게, 다른 카복실산무수물, 예를들면 카프릴산무수물, 카프르산무수물 및 라우르산무수물과 같은 탄소수 12이하의 알칸산무수물, 또는 벤조산과 같은 모노시클릭 방향족 모노카복실산도 제조할 수 있다. 저급알칸산 무수물의 경우에서와 같이, 이 고급 무수물은 카프틸일 아이오다이드, 카프릴일 보로마이드, 데카노일 아이오다이드, 데카노일브로마이드, 도데카노일 아이오다이드, 도데카노일 브로마이드, 벤조일 브로마이드, 벤조일 아이오다이드 등과 같은 상응하는 아실할라이드를 헵틸에틸, 노닐에텔, 페닐에텔 등과 상응하는 에텔과 함께 반응시킴으로서 제조한다. 저급알칸산 무수물에서 상술한 바와 같이, 각 경우에서 아실할라이드는 상응하는 알킬 또는 아릴할라이드를 Ⅷ족 귀금속 촉매 존재하에서 일산화탄소와 함께 반응시켜 카보닐화 반응을 수행함으로써 쉽게 제조할 수 있다.According to the present invention, an acyl halide such as iodide such as acetyl iodide or bromide such as acetyl iodide, which can be appropriately produced by carbonylating a lower alkyl halide such as hydrocarbyl halide, particularly an iodide such as ethyl iodide or bromide Reaction with hydrocarbyl ether (eg lower alkyl ether) produces carboxylic anhydrides such as lower alkyl acid anhydrides and regenerates halides. Thus, for example, acetic anhydride can be effectively prepared by reacting acetyl iodide. Acetyl iodide can be prepared by reacting methyl iodide with carbon monoxide at moderate carbon monoxide partial pressures, and this carbonylation reaction is carried out in the presence of a Group VIII noble metal catalyst. In the previous reaction, the iodide can be replaced with the corresponding bromide. In this way, other lower alkanoic anhydrides, such as propionic anhydride, butyric anhydride, and lower alkanoic anhydrides such as valeric anhydride, are also acyl halides such as propionyl iodide, propionyl bromide, butyryl iodide, butyryl bromide, etc. It can be prepared by reacting with lower alkyl ether. Similarly, other carboxylic acid anhydrides, such as caprylic anhydride, capric anhydride and lauric anhydride, may be prepared with alkanoic anhydrides having up to 12 carbon atoms, or monocyclic aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid. . As in the case of lower alkanoic anhydrides, these higher anhydrides are captylyl iodide, caprylyl boromide, decanoyl iodide, decanoyl bromide, dodecanoyl iodide, dodecanoyl bromide, benzoyl bromide The corresponding acyl halides, such as benzoyl iodide and the like, are prepared by reacting with a corresponding ether such as heptylethyl, nonylether, phenylether and the like. As described above in lower alkanoic anhydrides, in each case acyl halides can be readily prepared by reacting the corresponding alkyl or aryl halides with carbon monoxide in the presence of a Group VIII noble metal catalyst to effect the carbonylation reaction.
반응물질은 생성 무수물이 대칭 무수물, 즉 2개의 동일한 아실기를 갖도록, 다시 말하면 (1) 및 (3)식에서의 R이 각 경우에 동일하게 되도록 선택하는 것이 바람직하지만, 비대칭 또는 혼합무수물의 제조도 역시 본 발명의 영역에 속하며, 이것은 서로 상이한 반응물질을 혼용함으로써 예를들면 상기 반응에서 서로 상이한 R기를 갖는 화합물을 사용함으로써 쉽게 제조할 수 있다.The reactants are preferably chosen such that the resulting anhydride has symmetric anhydrides, ie two identical acyl groups, that is to say that R in formulas (1) and (3) are the same in each case, but the preparation of asymmetric or mixed anhydrides is also It is within the scope of the present invention, which can be readily prepared by incorporating different reactants from one another, for example by using compounds having different R groups in the reaction.
상기한 반응은 다음과 같이 표시할 수 있다.The above reaction can be expressed as follows.
위 식에서From the stomach
R은 포화된 하이드로카빌기(예 : C1-C11의 알킬), 또는 모노시클릭 아릴기(예 : 페닐), 또는 알카릴기(예 : 벤질)이고, 바람직하게는 메틸, 에틸, n-프로필, I-프로필, n-부틸, sec-부틸, i-부틸및 t-부틸과 같은 C1-C4의 저급 알킬기이다.R is a saturated hydrocarbyl group (eg C 1 -C 11 alkyl), or a monocyclic aryl group (eg phenyl), or an alkali group (eg benzyl), preferably methyl, ethyl, n- C 1 -C 4 lower alkyl groups such as propyl, I-propyl, n-butyl, sec-butyl, i-butyl and t-butyl.
X는 I 또는 Br이다.X is I or Br.
하이드로카빌기는 본 발명의 반응에 불활성인 치환기로 치환되기도 한다.Hydrocarbyl groups may be substituted with substituents that are inert to the reaction of the present invention.
최종 생성혼합물내의 휘발성 알킬할라이드와 미반응 아실할라이드 및 에틸은 증류에 의해 쉽게 제거하여 재순환시킬 수 있으며, 생성물의 총수율은 실질적으로 요구되는 카복실산 무수물 뿐이다. 바람직한 액상 반응의 경우에는 유기화합물이 증류에 의해 귀금속 촉매로부터 쉽게 분리된다. 공정은 두 개의 반응단계, 즉 하이드로카빌 할라이드를 Ⅷ족 귀금속 촉매 존재하에 카보닐화하는 제1단계와 카보닐화 생성물(아실할리이드)을 에텔과 반응시키는 제2단계로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 두 단계를 일산화탄소, 에텔, 하이드로카빌할라이드 및 귀금속 촉매가 공급되는 단일 반응대역에서 결합하여 공정을 단일단계로 수행할 수도 있다는 것이 발견되었다. 상기 반응에서 물은 생성되지 않으며 실질적으로 무수조건하에서 작용시키는 것이 중요하기 때문에 무수 또는 실질적으로 무수인 반응물질을 사용한다.The volatile alkyl halides and unreacted acyl halides and ethyl in the final product mixture can be easily removed by distillation and recycled, with the total yield of the product being substantially only the required carboxylic anhydride. In the case of the preferred liquid phase reaction, the organic compound is easily separated from the noble metal catalyst by distillation. The process can be carried out in two reaction steps, namely, the first step of carbonylating the hydrocarbyl halide in the presence of a Group VIII noble metal catalyst and the second step of reacting the carbonylation product (acylhalide) with ether. It has been found that the process can be carried out in a single step by combining the steps in a single reaction zone fed with carbon monoxide, ether, hydrocarbyl halide and noble metal catalysts. In the reaction, water is produced and reactants which are anhydrous or substantially anhydrous are used because it is important to operate under substantially anhydrous conditions.
따라서 카보닐화에 의해 아실할라이드를 제조하고 공정을 두단계로 수행할때는, 하이드로카빌할라이드(예 : 에틸아이오다이드)와 일산화탄소 Ⅷ족 귀금속 촉매 존재하에 제1반응 대역에서 반응시켜 아실할라이드(예 : 아세틸아이오다이드)를 생성하고 다음에 이것은 제2반응대역으로 옮겨 거기서 아실할라이드를 하이드로카빌 에텔(예 : 저급알킬에텔)과 반응시켜 생성물인 카복실산 무수물을 생성하고 하이드로카빌 할라이드를 재생시킨다. 다음에 증류에 의해 하이드로카빌 할라이드를 생성무수물로부터 분리하여 카보닐화를 위한 제1단계의 반응대역으로 재순환시킨다. 미반응 아실할라이드 및 에텔도 역시 재순환시키며, 카복실산 무수물만을 생성물로서 회수한다.Therefore, when acyl halide is prepared by carbonylation and the process is carried out in two steps, hydrocarbyl halide (e.g. ethyl iodide) and acyl halide (e.g. acetyl) are reacted in the first reaction zone in the presence of a carbon monoxide noble metal catalyst. Iodide), which is then transferred to a second reaction zone where the acyl halide is reacted with hydrocarbyl ether (e.g. lower alkyl ether) to produce the product carboxylic anhydride and regenerate the hydrocarbyl halide. The hydrocarbyl halide is then separated from the product anhydride by distillation and recycled to the reaction zone of the first stage for carbonylation. Unreacted acyl halides and ethers are also recycled and only carboxylic anhydride is recovered as product.
하이드로카빌 할라이드와 일산화탄소간의 반응을 수행하는 온도는 예를 들면 20-500℃의 광범위한 온도가 적당하며, 바람직하게는 100-350℃, 더욱 바람직하게는 일반적으로 125-250℃이다. 상기한 것보다 낮은 온도를 사용할 수도 있으나 이 경우에는 반응속도가 느려지는 경향이 있고, 높은 온도도 사용할 수 있으나 이 경우 아무런 특수한 이점도 없다.The temperature at which the reaction between the hydrocarbyl halide and carbon monoxide is carried out is suitably wide, for example 20-500 ° C., preferably 100-350 ° C., more preferably 125-250 ° C. Although a lower temperature than the above may be used, in this case, the reaction rate tends to be slow, and a high temperature may be used, but there is no special advantage in this case.
반응시간은 공정의 변수가 아니며, 이것은 어느정도까지 사용한 온도에 따라 변화하지만, 전형적 체류시간은 일반적으로 0.1-20시간이다. 반응은 물론 초대기압하에서 수행하지만, 본 발명의 특징중의 하나는 너무 높은 압력이 필요하지 않다는 것이며, 요구에 따라서는 사용할 수도 있다. 일반적으로 반응은 바람직하게는 5-2000p.s.i.g, 가장 바람직하게는 25-1000p.s.i.g(요구에 따라서는 0.1-15000p.s.i.g 사용하기도 한다)의 일산화탄소 분압을 사용함으로써 효과적으로 수행할 수 있다. 액상반응을 사용하는 경우에는 총압력은 요구되는 액상을 유지하기 위해 요구되는 것이다. 따라서 액상반응은 오토클레이브 또는 유사한 장치내에서 편리하게 수행된다. 요구되는 체류시간이 끝나면 반응혼합물을 제2반응대역으로 옮겨 가열한다. 바람직하게는, 반응생성물을 분혈증류 칼럼인 증류대역으로 도입시켜 존재할지도 모르는 미반응 하이드로카빌 할라이드를 분리하고, 아실할라이드를 촉매로부터 분리한다. 촉매와 하이드로카빌할라이드는 다음에 제1반응 대역으로 재순환시킬 수 있다. 또는 이 분리 과정을 생략하고 전체반응 혼합물을 제2단계의 반응대역으로 옮길 수도 있고, 또는 하이드로카빌 할라이드 또는 촉매만을 이곳에서 분리할 수 있다.The reaction time is not a variable of the process, which varies to some extent with the temperature used, but typical residence times are typically 0.1-20 hours. The reaction is, of course, carried out under superatmospheric pressure, but one of the features of the present invention is that it does not require too high a pressure and may be used if desired. In general, the reaction can be effectively carried out by using a carbon monoxide partial pressure of preferably 5-2000p.s.i.g, most preferably 25-1000p.s.i.g (sometimes used 0.1-15000p.s.i.g). In the case of using a liquid phase reaction, the total pressure is required to maintain the required liquid phase. Thus the liquid phase reaction is conveniently carried out in an autoclave or similar device. At the end of the required residence time, the reaction mixture is transferred to the second reaction zone and heated. Preferably, the reaction product is introduced into a distillation zone, which is a distillation column, to separate unreacted hydrocarbyl halides that may be present, and the acyl halides are separated from the catalyst. The catalyst and hydrocarbyl halide may then be recycled to the first reaction zone. Alternatively, this separation may be omitted and the entire reaction mixture may be transferred to the reaction zone of the second stage, or only hydrocarbyl halides or catalysts may be separated there.
제2반응대역에서 아실할라이드는 하이드로카빌 에텔과 함께 반응한다. 이 반응은 아실 할라이드가 Ⅷ족 귀금속 촉매로부터 분리된 경우에는 열에 의해 수행되고, 이 분리가 행해지지 않은 경우에는 에텔과의 반응이 촉매 존재하에 일어날 수 있다.In the second reaction zone, the acyl halide reacts with hydrocarbyl ether. This reaction is carried out by heat when the acyl halide is separated from the Group VIII noble metal catalyst, and when this separation is not carried out, the reaction with ether may occur in the presence of a catalyst.
각 경우에, 사용되는 온도는 0-300℃가 적당하고, 20-250℃가 바람직하며 50-200℃가 가장 바람직하다. 반응중 카복실산무수물이 형성되고 하이드로카빌 할라이드가 재생된다. 생성혼합물은 생성무수물과 하이드로카빌 할라이드를 포함하며, 또한 미반응 에텔과 아실할라이드 및 제2단계 반응전에 촉매를 분리하지 않은 경우에는 귀금속 촉매를 포함한다. 유기성분은 통상의 분별증류에 의해 서로 쉽게 분리되는데, 하이드로카빌 할라이드는 일반적으로 가장 휘발성이 크고 무수율은 일반적으로 가장 휘발성이 작으며 무수물은 존재하는 무기촉매로부터 쉽게 증류된다. 회수된 하이드로카빌 할라이드는 회수된 촉매와 함께 카보닐화를 위한 제1단계의 반응대역으로 재순환된다. 미반응 에텔 및 /또는 아실할라이드는 제2단계 반응대역으로 재순환시킬 수 있으며, 카복실산 무수물이 생성물로서 회수된다.In each case, the temperature used is preferably 0-300 ° C, preferably 20-250 ° C, and most preferably 50-200 ° C. During the reaction, carboxylic anhydrides are formed and hydrocarbyl halides are regenerated. The product mixture includes the product anhydride and the hydrocarbyl halide, and also the unreacted ether and acyl halide and the noble metal catalyst if the catalyst is not separated before the second stage reaction. The organic components are easily separated from each other by conventional fractional distillation. Hydrocarbyl halides are generally the most volatile and the anhydrous rates are generally the least volatile and the anhydrides are easily distilled from the inorganic catalysts present. The recovered hydrocarbyl halide is recycled with the recovered catalyst to the reaction zone of the first stage for carbonylation. Unreacted ether and / or acyl halide can be recycled to the second stage reaction zone and carboxylic anhydride is recovered as product.
본 발명의 바람직한 구체예에서 상기한 2개의 반응단계는 결합되어 공정이 단일반응 대역에서 수행되는데, 2단계 구체예에서 제1반응대역으로 공급되는 할라이드원, 예를 들면 하이드로카빌 할라이드와 제2반응대역으로 공급되는 하이드로카빌에텔이 둘다 단일반응 대역으로 공급되어 바람직하게는 액상에서 일산화탄소와 Ⅷ족 귀금속 촉매 존재하에 함께 반응시킨다. 하이드로카빌 할라이드는 제 위치에서 형성되며 따라서 할라이드는 하이드로카빌 할라이드로서 시스템에 공급될 뿐만 아니라 할로겐부분은 또한 다른 유기할라이드 또는 하이드로 할라이드 또는 알카리금속 또는 다른 금속염과 같은 다른 무기 할라이드, 또는 요드 또는 브롬원자로서도 공급된다. 반응 후 반응 혼합물의 몇가지 성분은 분별증류에 의해 서로 쉽게 분리된다.In a preferred embodiment of the present invention the two reaction stages described above are combined so that the process is carried out in a single reaction zone, in a two-step embodiment the source of halides supplied to the first reaction zone, for example hydrocarbyl halides and the second reaction. Both hydrocarbyl ethers fed into the zone are fed into a single reaction zone and are preferably reacted together in the presence of carbon monoxide and Group VIII noble metal catalysts in the liquid phase. Hydrocarbyl halides are formed in place and therefore the halides are not only supplied to the system as hydrocarbyl halides, but the halogen moiety is also used as other organic halides or other inorganic halides such as hydrohalides or alkali metals or other metal salts, or as iodine or bromine atoms. Supplied. After the reaction, several components of the reaction mixture are easily separated from each other by fractional distillation.
본 발명의 1단계 구체예를 수행할때의 온도는 예를들면 20-500℃의 광범위한 온도가 적당하며, 바람직하게는 100-300℃, 더욱 바람직하게는 125-250℃이다. 2단계 구체예의 경우에서와 같이 상기한 것보다 낮은 온도를 사용할 수도 있으나 이렇게 하면 반응속도가 감소되는 경향이 있고, 더 높은 온도를 사용할 수도 있으나 이렇게해도 아무런 특수한 이점이 없다. 반응시간은 또한 1단계 공정의 변수가 아니며 주로 사용되는 온도에 따라 변화하나, 전형적 제류시간은 일반적으로 0.1-20시간이다. 반응은 초대기압하에서 수행되지만, 상기한 바와 같이 특수한 고압장치가 요구되는 너무 높은 압력이 필요하지 않다는 것이 본 발명의 특징이다. 일반적으로, 반응은 바람직하게는 5-2000p.s.i.g, 가장 바람직하게는 25-1000p.s.i.g의 일산화탄소 분압을 사용함으로써 효과적으로 이용할 수 있으나, 0.1-15,000p.s.i.g의 일산화탄소분압도 사용할 수 있다. 총압력은 액상을 유지하기 위해 요구되어진 정도인 것이 바람직하며, 이 경우에 반응은 오토클레이브 또는 유시한 장치내에서 유리하게 수행할 수 있다. 요구되는 체류시간후 반응혼합물을 증류에 의해 그의 몇가지 성분으로 분리한다. 바람직하게는 반응혼합물을 생성무수물로부터 하이드로카빌할라이트, 아실할라이드 및 에텔을 분리하는 분별증류칼럼 또는 일련의 칼럼으로 된 증류대역으로 도입시킨다. 이 수개의 화합물의 비점은 충분히 차이가 나기 때문에 통상의 증류에 의한 이들의 분리는 아무런 특수한 문제점도 야기하지 않는다. 마찬가지로, 무수물은 귀금속촉매로부터 쉽게 증류된다. 하이드로카빌 할라이드와 귀금속 촉매 및 아실할라이드는 다음에 새로운 에텔 및 일산화탄소와 혼합시켜 더 많은 무수물을 생성하도록 반응시킬 수 있다.The temperature when carrying out the step 1 embodiment of the present invention is suitably a wide range of temperature, for example 20-500 ° C., preferably 100-300 ° C., more preferably 125-250 ° C. Lower temperatures than those described above may be used as in the case of the two-stage embodiment, but this tends to reduce the reaction rate, and higher temperatures may be used but there are no particular advantages. The reaction time is also not a variable of the one-step process and mainly depends on the temperature used, but a typical defrost time is typically 0.1-20 hours. Although the reaction is carried out under superatmospheric pressure, it is a feature of the present invention that, as described above, no high pressure is required for which a special high pressure device is required. In general, the reaction can be effectively used by preferably using a carbon monoxide partial pressure of 5-2000 p.s.i.g, most preferably 25-1000 p.s.i.g, but a carbon monoxide partial pressure of 0.1-15,000 p.s.i.g may also be used. The total pressure is preferably at the level required to maintain the liquid phase, in which case the reaction can advantageously be carried out in an autoclave or similar device. After the required residence time, the reaction mixture is separated into several of its components by distillation. Preferably, the reaction mixture is introduced into a fractionation column or a series of distillation zones separating the hydrocarbylhalite, acyl halide and ether from the resulting anhydride. Since the boiling points of these several compounds are sufficiently different, their separation by conventional distillation does not cause any particular problem. Likewise, anhydrides are easily distilled from noble metal catalysts. Hydrocarbyl halides and precious metal catalysts and acyl halides can then be mixed with fresh ethers and carbon monoxide to react to produce more anhydrides.
최종 반응혼합물은 보통 생성무수물과 함께 아실할라이드를 포함하며, 무수물로부터 분리시킨 후 아실할라이드는 반응 대역으로 재순환시켜 에텔과 함께 반응시키거나 또는 상기한 (식 2 및 3) 2단계 구체예의 제2단계에서와 같이 에텔과 아실할라이드를 분리하여 반응시켜 부가적인 양의 무수물을 생성할 수 있다는 것도 본 발명의 특징이다.The final reaction mixture usually contains an acyl halide with the product anhydride, and after separation from the anhydride, the acyl halide is recycled to the reaction zone and reacted with ether or the second step of the two step embodiments described above (Equations 2 and 3). It is also a feature of the present invention that separate ethers and acyl halides can be reacted to produce additional amounts of anhydrides as in.
반응 시스템에서 할라이드에 대한 에텔의 비는 광범위하게 변화할 수 있다. 전형적으로 할라이드 1당량당 에텔 1-500당량, 바람직하게는 1-200당량을 사용한다. 따라서 에텔의 경우에는 할라이드 1몰당 0.5-250몰, 바람직하게는 0.5-100몰을 사용한다. 일산화탄소의 분압을 특수한 값으로 유지함으로써 충분한 양의 반응물질이 항상 하이드로카빌 할라이드와 반응하게 된다.The ratio of ether to halides in the reaction system can vary widely. Typically 1-500 equivalents of ether, preferably 1-200 equivalents, are used per equivalent of halide. Thus, in the case of ether, 0.5-250 mol, preferably 0.5-100 mol, per mol of halide is used. By maintaining the partial pressure of carbon monoxide at a special value, a sufficient amount of reactant will always react with the hydrocarbyl halide.
제2단계 구체예에서 상기한 하이드로카빌 할라이드 카보닐화(식 1)은 용매 또는 희석제 존제하에 유리하게 수행된다. 이 용매 또는 희석제는 공정의 환경내에서 불활성인 유기용매일 수 있으며, 이것은 또한 하이드로 카빌에텔일 수 있으며, 따라서 카복실산 무수물은 그 경우에 요구되는 생성물인 아실할라이드와 함께 생성된다. 다시 말하면, 2단계 구체예의 할라이드-형성반응은 1단계 구체예의 특징을 기본으로 한다. 이와 유사하게 1단계 구체예는 용매 또는 희석제 존재하에 유리하게 수행되며, 특히 반응물질이 에틸에텔인 경우에서와 같이 비교적 낮은 비점을 가질 때 유리하게 수행된다. 생성무수물 자신(예 : 에틸에텔의 경우에는 초산무수물)이거나 또는 상응하는 에스텔(예 : 메틸에텔의 경우에는 메틸아세테이트)인 고비점용매 또는 희석제의 존재는 더 낮은 총압력을 사용할 수 있게 한다. 또는, 용매 또는 희석제는 탄화수소(예 : 옥탄, 벤젠, 톨루엔) 또는 카르복실산(예 : 초산)등과 같이 공정의 환경내에서 불활성인 유기용매이다. 용매 또는 희석제는 반응혼합물의 성분과 충분히 다른 비점을 갖는 것으로 적당히 선택하기 때문에 이것은 쉽게 분리할 수 있다.The hydrocarbyl halide carbonylation (formula 1) described above in a second stage embodiment is advantageously carried out in the presence of a solvent or diluent. This solvent or diluent may be an organic solvent which is inert in the environment of the process, which may also be hydrocarbyl ether, so that carboxylic anhydride is produced with the acyl halide, which is the product required in that case. In other words, the halide-forming reaction of the two-step embodiment is based on the features of the one-step embodiment. Similarly, the one-step embodiment is advantageously carried out in the presence of a solvent or diluent, especially when the reactants have a relatively low boiling point as in the case of ethyl ether. The presence of a high boiling solvent or diluent, either the product anhydride itself (eg acetic anhydride in the case of ethyl ether) or the corresponding ester (eg methyl acetate in the case of methyl ether), allows the use of lower total pressures. Alternatively, the solvent or diluent is an organic solvent that is inert in the environment of the process, such as hydrocarbons (eg octane, benzene, toluene) or carboxylic acids (eg acetic acid). This is easily separated since the solvent or diluent is suitably selected to have a boiling point sufficiently different from the components of the reaction mixture.
Ⅷ족 귀금속 촉매, 즉 이리듐, 오스뮴, 백금, 팔라듐, 로듐 및 루테늄은 원소형태 또는 큰원자가 형태등의 여하한 편리한 형태로도 사용할 수 있다. 예를 들면 첨가되는 촉매는 미세한 형태의 금속자신이거나, 또는 금속 카아보네이트, 옥사이드, 하이드록사이드, 브로마이드, 아이오다이드, 클로라이드, 저금알콕사이드(메톡사이드), 페녹사이드 또는 카복실레이트 이온이 C1-C20의 알칼산으로부터 유도되는 금속 카복실레이트이다. 이와 유사하게 예를들면 이리듐 카보닐 및 로듐카보닐등의 금속착물, 또는 카보닐할라이드(예 : 이리듐 트리-카보닐 클로라이드[Ir(CO)3Cl]2) 또는 아세틸아세토네이트)예 : 로듐 아세틸아세토네이트 Rh(C5H7O2)3와 같은 다른 착물도 사용할 수 있다.Group VIII noble metal catalysts, i. For example, the catalyst added may be a fine metal of its own, or the metal carbonate, oxide, hydroxide, bromide, iodide, chloride, low alkoxide (methoxide), phenoxide or carboxylate ion may be C 1. Metal carboxylate derived from an alkali acid of -C 20 . Similarly, for example metal complexes such as iridium carbonyl and rhodium carbonyl, or carbonyl halides (eg iridium tri-carbonyl chloride [Ir (CO) 3 Cl] 2 ) or acetylacetonate) such as rhodium acetyl Other complexes such as acetonate Rh (C 5 H 7 O 2 ) 3 can also be used.
일산화탄소는 실질적으로 순수한 형태로 사용하는 것이 바람직하지만, 요구에 따라서는 이산화탄소, 질소, 메탄 및 회유기체와 같은 불활성 희석제가 존재할 수도 있다. 불활성 희석제의 존재는 카보닐화 반응에 영향을 미치지 않지만, 이들이 존재하면 요구되는 일산화탄소 분압을 유지하기 위해 총압력을 증가시킬 필요가 있다. 그러나 다음 반응 물질과 같이 일산화탄소는 필수적으로 무수이어야 하며, 즉 일산화탄소와 다른 반응물질은 물이 없어야 한다. 그러나 반응물질의 시판용 형태에서 발견되는 것과 같은 최소량의 물의 존재는 용납될 수 있다.Although carbon monoxide is preferably used in a substantially pure form, inert diluents such as carbon dioxide, nitrogen, methane and cyclone may be present if desired. The presence of an inert diluent does not affect the carbonylation reaction, but if they are present it is necessary to increase the total pressure to maintain the required carbon monoxide partial pressure. However, carbon monoxide must be anhydrous, as in the following reactants: carbon monoxide and other reactants must be free of water. However, the presence of a minimum amount of water, such as that found in commercial forms of reactants, can be tolerated.
놀랍게도 상기한 Ⅷ족 귀금속 촉매의 활성은 촉진제를 병행사용함으로써 특히 반응속도와 생성물 농도에 관해 매우 개량될 수 있다는 것이 발견되었다. 효과적인 촉진제에는 ⅠA, ⅡA, ⅢA, ⅣB, ⅥB족의 원자량 5이상의 원소, Ⅷ족의 비귀금속 및 주기율표의 락타니트와 악타니드족의 금속이 있다. 특히 바람직한 것은 이 군중 저분자량금속, 예를 들면 분자량이 100 이하인 금속이고, 특히 바람직한 것은, ⅠA, ⅡA 및 ⅢA족 금속이다. 일반적으로, 가장 적당한 원소는 리튬, 마그네슘, 칼륨, 티타늄, 크롬, 철, 니켈 및 알루미늄이다. 가장 바람직한 것은 리튬, 알루미늄 및 칼륨이고 특히 리튬이 좋다. 촉진제는 그들의 원소형태, 예를 들면 미세하게 분쇄되거나 또는 분말화된 금속으로 사용되거나, 또는 이들은 원소를 반응시스켐에 도입하기에 효과적인 유기 및 무기의 여러 가지 형태의 화합물로서 사용한다. 따라서 촉진제 원소의 전형적인 화합물에는 옥사이드, 하이드록사이드 할라이드(예 : 브로마이드와 아이오다이드), 옥시할라이드, 하이드라이드, 알콕사이드 등이 있다. 특히 바람직한 유기화합물은 예를들면 아세테이트, 부티레이트, 데카노에이트 및 라우레이트 등과 같은 알카노에이트 및 벤조에이트와 같은 유기 모노-카복실산의 염이다. 다른 화합물로는 금속알킬 카보닐화합물 및 킬레이트, 화합물 및 엔올염이 있다. 특히 바람직한 것은 원소형태, 브로마이드 또는 아이오다이드와 같은 화합물 및 유기염(예 : 생성되는 무수물에 상응하는 모노-카복실산의 염)이다. 요구에 따라서는 촉진제의 화합물, 특히 주기율표의 상이한 군으로부터의 원소의 혼합물을 사용할 수 있다. 촉진제의 정확한 반응 메카니즘, 또는 촉진제가 반응하는 정확한 형태는 알려지지 않았으나, 촉진제를 예를 들면 미세한 금속과 같은 원소형태로 가했을때는 약간의 유도기간이 관측되었다.It has been surprisingly found that the activity of Group VIII noble metal catalysts can be greatly improved, especially with regard to reaction rates and product concentrations, by the use of accelerators in parallel. Effective promoters include elements having an atomic weight of 5 or more of groups IA, IIA, IIIA, IVB, and VIB, non-noble metals of Group VIII, and metals of lactanites and actanides of the periodic table. Particularly preferred are these crowded low molecular weight metals, for example metals having a molecular weight of 100 or less, and particularly preferred are Groups IA, IIA and IIIA metals. In general, the most suitable elements are lithium, magnesium, potassium, titanium, chromium, iron, nickel and aluminum. Most preferred are lithium, aluminum and potassium, especially lithium. Accelerators are used in their elemental form, for example in finely pulverized or powdered metals, or they are used as compounds of various forms of organic and inorganic which are effective for introducing the element into the reaction system. Thus, typical compounds of the promoter element include oxides, hydroxide halides (eg bromide and iodide), oxyhalides, hydrides, alkoxides and the like. Particularly preferred organic compounds are, for example, salts of organic mono-carboxylic acids such as alkanoates and benzoates such as acetates, butyrates, decanoates and laurates and the like. Other compounds include metalalkyl carbonyl compounds and chelates, compounds and enol salts. Especially preferred are compounds such as elemental form, bromide or iodide and organic salts (eg salts of mono-carboxylic acids corresponding to the resulting anhydrides). If desired, compounds of promoters, in particular mixtures of elements from different groups of the periodic table, can be used. The exact reaction mechanism of the promoter, or the exact form in which the promoter reacts, is not known, but some induction period was observed when the promoter was added in elemental form, for example, a fine metal.
촉진제의 양은 광범위하게 변화할 수 있으나, 바람직하게는 Ⅷ족 귀금속 촉매 1몰당 0.001-10몰의 양으로 사용한다.The amount of promoter may vary widely but is preferably used in an amount of 0.001-10 moles per mole of Group VIII noble metal catalyst.
반응혼합물을 상기한 바와 같이 증류 등에 의해 처리할 때 촉진제는 일반적으로 Ⅷ족 귀금속 촉매와 함께 가장 휘발성이 작은 성분의 하나로서 잔류하며, 적당히 계속 순환되거나 또는 촉매와 함께 처리된다.When treating the reaction mixture by distillation or the like as described above, the promoter generally remains as one of the least volatile components with the Group VIII noble metal catalyst and is continually circulated as appropriate or treated with the catalyst.
반응(3)은 다음과 같은 2단계로 진행한다는 것이 발견되었다.It was found that reaction (3) proceeded in two steps as follows.
따라서 아실할라이드와 하이드로카빌에텔간의 반응은 상응하는 에스텔을 제조하기 위해 사용될 수 있으며, 이것은 요구에 따라서는 회수 가능한 중간체로서 시스템으로부터 제거할 수 있다. 촉진제는 무수물의 형성을 돕는 경향이 있기 때문에, 다시말하면 (4)식의 제2반응의 속도를 증가시키기 때문에 중간에스텔을 회수하고자 할 때는 촉진제를 사용하지 않아야한다.The reaction between the acyl halide and the hydrocarbyl ether can thus be used to prepare the corresponding ester, which can be removed from the system as a recoverable intermediate if desired. Since accelerators tend to help the formation of anhydrides, that is to say increase the rate of the second reaction of equation (4), accelerators should not be used when recovering intermediate esters.
1단계로 수행되거나 또는 2단계로 수행되거나 상기한 반응은 쉽게 연속공정으로 되어 반응물질과 촉매가 바람직하게는 촉진제와 함께 적당한 반응대역으로 연속적으로 공급되고, 반응혼합물이 연속적으로 증류되어 휘발성 유기성분이 분리되고, 카복실산 무수물과 재순환되는 다른 유기성분으로 구성된 전체 생성물이 제공되고, 액상반응의 경우에는 Ⅷ족 귀금속( 및 촉진제)을 포함하는 부분도 역시 재순환된다. 이와 같은 연속적 공정의 경우에는, 할로겐부분은 항상 시스템내에 잔류한다는 것은 명백하다. 때때로 필요한 소량의 할로겐 형성부분은 하이드로카빌할라이드 형태의 할로겐을 공급함으로써 바람직하게 수행되지만, 상기한 바와 같이 할로겐부분은 또한 다른 유기할라이드 또는 하이드로진할라이드 또는 예를 들면 알카리금속 또는 다른 금속염과 같은 염들의 무기할라이드, 또는 요드원자 또는 브롬원소로써 공급되기도 한다.The reaction is carried out in one step or in two steps or the above reaction is easily carried out in a continuous process so that the reactants and the catalyst are continuously supplied to a suitable reaction zone, preferably with an accelerator, and the reaction mixture is continuously distilled to obtain volatile organic components. The whole product, which is separated and composed of other organic constituents, which are recycled with carboxylic anhydride, is provided, and in the case of a liquid phase reaction, the part containing the Group VIII noble metal (and promoter) is also recycled. In the case of such a continuous process, it is clear that the halogen moiety always remains in the system. Sometimes the small amount of halogen forming moiety required is preferably carried out by feeding halogen in the form of a hydrocarbyl halide, but as described above the halogen moiety can also be used to It may be supplied as an inorganic halide or an iodine atom or a bromine element.
상기한 바와 같이, 본 발명 공정중에서의 카보닐화반응은 요구에 따라서는 반응물질이 촉매와 접촉할 때 기체형태가 되도록 온도에 관해 전체 압력을 적당히 조절함으로써 기상에서 수행할 수 있다.As described above, the carbonylation reaction in the process of the present invention can be carried out in the gas phase by appropriately adjusting the total pressure with respect to temperature so that the reactant is in gaseous form when it comes in contact with the catalyst, if desired.
기상반응 및 액상반응의 경우에 따라서는 촉매 및 촉진제, 즉 촉매성분이 지지되기도 하는데, 다시 말하면, 이들은 알루미나, 실리카, 실리콘 카바이드, 지르코니아, 탄소, 보크사이트, 아타풀가스 클레이등과 같은 통상의 담체상에 분산되기도 한다. 촉매성분은 통상적방법에 의해, 예를들면 담체를 촉매 또는 촉매와 촉진제의 용액에 침잠시킨 후 건조시킴으로써 담체에 적용할 수 있다. 담체상의 촉매성분의 농도는 예를 들면 0.01-10 중량% 또는 그 이상으로 광범위하게 변화한다.In the case of gas phase reactions and liquid phase reactions, catalysts and accelerators, i.e. catalyst components, are sometimes supported, that is, they are conventional carriers such as alumina, silica, silicon carbide, zirconia, carbon, bauxite, attafulgas clay, etc. It may also be dispersed in the phase. The catalyst component can be applied to the carrier by conventional methods, for example by immersing the carrier in a catalyst or a solution of the catalyst and promoter and then drying. The concentration of the catalyst component on the carrier varies widely, for example from 0.01-10% by weight or more.
다음 실시예는 본 발명을 더 상세히 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 실시예에서 모든 부와 퍼센트는 다른 언급이 없는한 중량을 기준으로 하는 것이다.The following examples are intended to illustrate the invention in more detail, and do not limit the invention. All parts and percentages in the examples are by weight unless otherwise indicated.
[실시예]EXAMPLE
디메틸에틸(375부), 메틸아이오다이드(75부)와 로듐 트리클로라이드 하이드레이트(3부)를 교반되는 스테인레스스틸 오토클레이브내에서 일산화탄소(총압력 800p.s.i.g, co 분압 190p.s.i.g)분위기하에 100℃에서 가열했다. 2시간의 반응시간 후 반응혼합물을 CG 분석한 결과 이것은 메틸 아세테이트 16.3%(80부)와 초산무수물 2.4%(12부)를 포함했다.Dimethylethyl (375 parts), methyl iodide (75 parts) and rhodium trichloride hydrate (3 parts) were added to the mixture under a carbon monoxide (total pressure 800p.sig, co partial pressure 190p.sig) atmosphere in a stirred stainless steel autoclave. Heated at ° C. CG analysis of the reaction mixture after 2 hours of reaction time included 16.3% (80 parts) of methyl acetate and 2.4% (12 parts) of acetic anhydride.
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