Патент на изобретение №2167850
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ КАРБОНИЛИРОВАНИЯ АЛКИЛАЛИФАТИЧЕСКИХ СПИРТОВ И/ИЛИ ИХ РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
(57) Реферат: Изобретение относится к улучшенному способу карбонилирования алкилалифатических спиртов и/или их реакционноспособных производных в присутствии иридиевых катализаторов. Способ заключается в том, что в реакторе для карбонилирования вводят в контакт спирт и/или его реакционноспособное производное с моноокисью углерода в жидкой реакционной смеси, содержащей а) иридиевый катализатор, б) алкилгалогенид, в) воду в концентрации от 1 до 15 вес.% и г) промотор, выбранный из группы, состоящей из кадмия, ртути, цинка, галлия индия и вольфрама. Способ позволяет увеличить скорость карбонилирования и, в случае использования в), уменьшить образование летучих компонентов. 10 з.п.ф-лы, 6 табл. Изобретение относится к способу карбонилирования, в частности к способу карбонилирования алкилалифатических спиртов и/или их реакционноспособных производных в присутствии иридиевого катализатора. Способы карбонилирования в присутствии иридиевых катализаторов известны и описаны, например, в патенте США 3772380, Европейской патентной публикации EP 0618184-А, патентах Великобритании 1276326, 1234641 и 1234642. Карбонилирование в присутствии иридиевого катализатора и сопромотора, выбранного из рутения и осмия, описано в Европейской патентной публикации EP-0643034-А. Было установлено, что промотор, выбранный из группы, состоящей из кадмия, ртути, цинка, галлия, индия и вольфрама, оказывает положительное влияние на скорость карбонилирования алкилалифатического спирта и/или его реакционноспособного производного в присутствии иридиевого катализатора. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ получения карбоновой кислоты карбонилированием алкилалифатического спирта и/или его реакционноспособного производного, включающий введение в контакт в реакторе для карбонилирования спирта и/или его реакционноспособного производного с моноокисью углерода в жидкой реакционной смеси, содержащей (а) иридиевый катализатор, (б) алкилгалогенид, (в) воду по меньшей мере в ограниченной концентрации и (г) промотор, выбранный из группы, состоящей из кадмия, ртути, цинка, галлия, индия и вольфрама. Также в соответствии с настоящим изобретением предлагается каталитическая система для карбонилирования алкилалифатического спирта и/или его реакционноспособного производного, которая включает (a) иридиевый катализатор, (б) алкилгалогенид и (в) промотор, выбранный из группы, состоящей из кадмия, ртути, цинка, галлия, индия и вольфрама. Промоторы по настоящему изобретению не только в целом дешевле таких промоторов, как рутений и осмий, но и, как полагают, маловероятно, чтобы по крайней мере кадмий, ртуть, цинк, галлий и индий при проведении реакции карбонилирования образовывали летучие материалы. Соответствующими алкилалифатическими спиртами являются C1-C10-, предпочтительно C1-C6-, более предпочтительно C1-C4 алкилалифатические спирты и наиболее предпочтительно метанол. Предпочтительным алкилалифатическим спиртом является первичный или вторичный алкилалифатический спирт. В качестве продукта карбонилирования спирта, содержащего n углеродных атомов, и/или его производного получают карбоновую кислоту, содержащую n+1 углеродных атомов, и/или эфир карбоновой кислоты, содержащий n+1 углеродных атомов, и спирт, содержащий n углеродных атомов. Таким образом, продукт карбонилирования метанола и/или его производного представляет собой уксусную кислоту и/или метилацетат. Соответствующие реакционноспособные производные алкилалифатического спирта включают соответствующий алкиловый эфир этого спирта и соответствующую получаемую карбоновую кислоту, диалкиловые эфиры и алкилгалогениды, предпочтительно иодиды и бромиды. Приемлемые реакционноспособные производные метанола включают метилацетат, простой диметиловый эфир и метилиодид. В способе по настоящему изобретению в качестве реагентов может быть использована смесь алкилалифатического спирта с его реакционноспособными производными. В качестве реагентов предпочтительно использовать метанол и/или метилацетат. По меньшей мере некоторое количество алкилалифатического спирта и/или его реакционноспособного производного вследствие реакции с получаемой карбоновой кислотой или растворителем подвергается конверсии в сложные алкиловые эфиры, которые присутствуют в жидкой реакционной смеси. Приемлемая концентрация сложного алкилового эфира в жидкой реакционной смеси составляет 1-70 вес.%, предпочтительно 2-50 вес.% и наиболее предпочтительно 3-35 вес. %. Вода может быть получена in situ в жидкой реакционной смеси, например, за счет реакции этерификации между алкилалифатическим спиртовым реагентом и продуктом – карбоновой кислотой. В реактор для карбонилирования воду можно вводить совместно с другими компонентами жидкой реакционной смеси или отдельно. Воду можно отделять от других компонентов реакционной смеси, отводимой из реактора, и можно возвращать в цикл в регулируемых количествах для поддержания требуемой концентрации воды в жидкой реакционной смеси. Приемлемая концентрация воды в жидкой реакционной смеси составляет 1-15 вес.%, предпочтительно 1-10 вес.%, более предпочтительно не выше 6,5 вес.%. Иридиевым компонентом катализатора в жидкой реакционной смеси может служить любое иридийсодержащее соединение, которое растворимо в этой жидкой реакционной смеси. Иридиевый компонент катализатора можно добавлять в жидкую реакционную смесь для реакции карбонилирования в любой приемлемой форме, в которой он растворяется в жидкой реакционной смеси или способен переходить в растворимую форму. Примерами пригодных иридийсодержащих соединений, которые можно добавлять в жидкую реакционную среду, являются IrCl3, IrI3, IrBr3, [Ir(CO)2I] 2, [Ir(CO)2Cl] 2, [Ir(CO)2Br] 2, [Ir(CO)2I2]–H+, [Ir(CO)2Br2] –H+, [Ir(CO)2I2]–H+, [Ir(CH3)I3(CO)2]–H+, Ir4(CO)12, IrCl3 ![]() IrBr3 ![]() ![]() ![]() ![]() Для ряда экспериментов с периодическими процессами карбонилирования использовали 150-миллилитровый автоклав из сплава Hastelloy В2 (товарный знак), оборудованный мешалкой Magnedrive (товарный знак), приспособлением для ввода жидкости и змеевиковыми холодильниками. Подачу газа в автоклав производили из емкости для компенсации изменения давления, причем газ подавали для поддержания в автоклаве постоянного давления. В определенный момент эксперимента скорость поглощения газа использовали для расчета скорости карбонилирования в виде численных значений молей израсходованного реагента на литр холодной дегазированной смеси в реакторе в час (моль/л/ч) при конкретном составе реакционной смеси (реакционной смеси в пересчете на объем холодной дегазированной смеси). В ходе проведения реакции концентрацию метилацетата рассчитывали по исходному составу, полагая, что на каждый моль израсходованной моноокиси углерода расходуется один моль метилацетата. Органические компоненты в свободном пространстве автоклава над жидкостью в расчет не принимали. Сбор данных проводили при расчетных концентрациях метилацетата 26, 15 и 6%, что соответствует типичным постоянным концентрациям в жидкой реакционной смеси в ходе проведения непрерывного процесса. Для случая 15%-ной расчетной концентрации метилацетата в ходе проведения такого непрерывного процесса содержание других компонентов такой жидкой реакционной смеси составляет: от примерно 5 до 8% метилиодида, обычно от примерно 5 до 6%, от примерно 6 до 8% воды и баланс – уксусная кислота. Для каждого эксперимента периодического карбонилирования в автоклав загружали кадмиевый, ртутный или цинковый промотор, необязательный сопромотор и жидкие компоненты жидкой реакционной смеси, кроме порции водного компонента (6,5 г), в которой растворяли иридиевый катализатор (см. табл. 1). Автоклав дважды продували азотом и один раз моноокисью углерода (причем каждый газ сжимали до избыточного давления приблизительно 25 бар) и затем нагревали с помощью электрических нагревательных спиралей до температуры 190oC при абсолютном давлении моноокиси углерода 1 бар. Применяли перемешивание с высокой, соответствующей скоростью (1000 об./мин). После выдержки при вышеуказанной температуре в автоклав вводили водный раствор иридиевого катализатора. Одновременно подачей окиси углерода из емкости для компенсации изменения давления избыточное давление в автоклаве доводили до 22 бар. В дальнейшем подачей моноокиси углерода из емкости для компенсации изменения давления избыточное давление в автоклаве поддерживали на уровне приблизительно 22 бара (см. табл. 2). Парциальное давление моноокиси углерода не измеряли, но полагали, что оно составляло менее 15 бар. Реакционную температуру поддерживали на требуемом уровне (190oC) с точностью ![]() Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что в реакционных условиях кадмий не проявляет действия катализатора карбонилирования (эксперимент Г). Результаты в табл. 2 показывают также, что кадмий промотирует катализированное иридием карбонилирование метанола (ср. примеры 1- 3 с экспериментами А-Г). Представленные в табл. 2 результаты показывают, что с повышением концентрации кадмия скорость карбонилирования возрастает. Результаты в табл. 2 показывают, что ртуть и цинк также служат промоторами для катализированного иридием карбонилирования метанола (примеры 4-7), но не столь эффективно, как кадмий. Кроме того, результаты в табл. 2 показывают, что кадмий и цинк 5 ускоряют катализируемое иридием/рутением карбонилирование метанола (сопоставление результатов эксперимента Д с примерами 8, 9 и 10). В примерах 1-7 не происходило очевидного выпадения осадка, что указывает на растворимость кадмия, ртути и цинка. Галлиевые и иридиевые промоторы. Примеры 11-14 Применяли те же процедуру и оборудование, что и в случаях кадмиевых, ртутных и цинковых промоторов. Для примеров 11-14 содержимое автоклава приведено в табл. 3, а результаты – в табл. 4. Основным продуктом каждого эксперимента с периодическим карбонилированием в соответствии с настоящим изобретением являлась уксусная кислота. Результаты, представленные в табл. 4, показывают, что как галлий, так и индий ускоряют катализируемое иридием карбонилирование метанола (ср. примеры 11-12 с экспериментами А-В). Результаты в табл. 4 показывают также, что галлий и индий ускоряют катализируемое иридием/рутением карбонилирование метанола (эксперимент Д в сопоставлении с примерами 13 и 14). В примерах 11 и 12 очевидного осаждения не наблюдали, что указывает на растворимость галлия и индия. Вольфрамовый промотор Для ряда экспериментов с периодическими процессами карбонилирования использовали 300-миллилитровый автоклав из сплава Hastelloy В2 (товарный знак), оборудованный мешалкой Dispersimax (товарный знак), приспособлением для ввода жидкости и змеевиковыми холодильниками. Подачу газа в автоклав производили из емкости для компенсации изменения давления, причем газ подавали для поддержания в автоклаве постоянного давления. В определенный момент эксперимента скорость поглощения газа использовали для расчета скорости карбонилирования в виде численных значений молей израсходованного реагента на литр холодной дегазированной смеси в реакторе в час (моль/л/ч) при конкретном составе реакционной смеси (реакционной смеси в пересчете на объем холодной дегазированной смеси). В ходе проведения реакции концентрацию метилацетата рассчитывали по исходному составу, полагая, что на каждый моль израсходованной моноокиси углерода расходуется один моль метилацетата. Органические компоненты в свободном пространстве автоклава над жидкостью в расчет не принимали. Сбор данных проводили при расчетных концентрациях метилацетата 26, 15 и 6%, что соответствует типичным постоянным концентрациям в жидкой реакционной смеси в ходе проведения непрерывного процесса. Для 15%-ной расчетной концентрации метилацетата содержание других компонентов такой жидкой реакционной смеси составляло: от примерно 5 до 8% метилиодида, обычно от примерно 5 до 6%, от примерно 6 до 8% воды и баланс – уксусная кислота. Для каждого эксперимента периодического карбонилирования в автоклав загружали вольфрамовый промотор, необязательный сопромотор и жидкие компоненты жидкой реакционной смеси, кроме порции водного компонента (10,83 г), в котором растворяли иридиевый катализатор (см. табл. 5). Автоклав один раз продували азотом до избыточного давления приблизительно 30 бар и дважды моноокисью углерода до избыточного давления приблизительно 25 бар и затем нагревали с помощью электрических нагревательных спиралей до температуры 190oC при избыточном давлении моноокиси углерода 8 бар. Применяли перемешивание с высокой, соответствующей скоростью (1500 об./мин). После выдержки при вышеуказанной температуре в автоклав вводили водный раствор иридиевого катализатора. Одновременно подачей моноокиси углерода из емкости для компенсации изменения давления избыточное давление в автоклаве доводили до 22 бар. В дальнейшем подачей моноокиси углерода из емкости для компенсации изменения давления избыточное давление в автоклаве поддерживали на уровне 22,0 бара. Когда расчетная концентрация метилацетата была равной 15 вес. %, расчетное парциальное давление моноокиси углерода составляло приблизительно 8 бар. Реакционную температуру поддерживали на требуемом уровне (190oC) с точностью ![]() Для компенсации возможной потери метилиодида в примерах 15-17 в вольфрамиодкарбонильные компоненты добавляли дополнительные количества метилиодида (3 мол. экв. по отношению к вольфраму). Эксперимент Н показывает, что простое добавление этого дополнительного количества метилиодида в ходе проведения непромотированной, катализируемой иридием реакции не вызывает заметного повышения скорости реакции. Результаты, приведенные в табл. 6, показывают, что вольфрам промотирует катализированное иридием карбонилирование метанола (ср. примеры 15-17 с экспериментами К-М). Дополнительные эксперименты Дополнительные эксперименты (эксперимент О и примеры 18-21) проводили с использованием того же самого 300-миллилитрового автоклава, что и в случае вольфрама. Примеры 18-20 демонстрируют эффект увеличения количества цинковых промоторов, а пример 21 показывает влияние кадмиевого промотора. Формула изобретения
21.06.95 – по пп.1, 2 и 5 – 11 для способа с использованием в качестве промотора кадмия, ртути и цинка; 19.07.95 – по пп.1, 2 и 5 – 11 для способа с использованием в качестве промотора галлия и индия; 06.10.95 – по пп.1, 2 и 5 – 9 для способа с использованием в качестве промотора вольфрама; 23.11.95 – по пп.1 – 11 для способа с использованием кадмия, ртути, цинка, галлия, индия и вольфрама. РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||