Proceso de carbonilación continuo.

Proceso de carbonilación continuo para una carbonilación de alto recambio que comprende carbonilar un compuesto etilénicamente insaturado con monóxido de carbono en presencia de una fuente de grupos hidroxilo y un sistema catalítico que comprende

(a) un ligando de fosfina bidentado, y (b) paladio o un compuesto del mismo y (c) un ácido que tiene un pKa medido en disolución acuosa a 18ºC menor que 6, en el que la concentración catalíticamente activa de dicho metal catalítico, medida como el factor de concentración de catalizador activo (ACCF), producto de carbonilación por tiempo unitario a partir de un volumen unitario de medio de reacción (kg de producto.h-1.dm-3) se mantiene menor que 0,5.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2006/002915.

Solicitante: LUCITE INTERNATIONAL UK LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: Cumberland House, 15-17 Cumberland Place Southampton Hampshire SO15 2BG REINO UNIDO.

Inventor/es: EASTHAM, GRAHAM RONALD, TINDALE, NEIL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Catalizadores que contienen hidruros, complejos de... > B01J31/24 (Fosfinas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de ésteres de ácidos carboxílicos > C07C67/38 (por adición a un enlace carbono-carbono insaturado)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de ácidos carboxílicos o sus sales,... > C07C51/14 (con un enlace insaturado carbono-carbono de un compuesto orgánico)

PDF original: ES-2527119_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Proceso de carbonilación continuo

La presente invención se refiere a un proceso para la carbonilación de compuestos etilénicamente insaturados, y a un proceso para la carbonilación de compuestos etilénicamente insaturados usando un medio de reacción de carbonilación novedoso.

La carbonilación de compuestos etilénicamente insaturados usando monóxido de carbono en presencia de un alcohol o agua y un sistema catalítico que comprende un metal del grupo VIII, por ejemplo, paladio, y un ligando de fosfina, por ejemplo, una alquilfosfina, cicloalquilfosfina, arilfosfina, piridilfosfina o fosfina bidentada, se ha descrito en numerosas patentes y solicitudes de patente europeas, por ejemplo los documentos EP-A-55875, EP-A- 4489472, EP-A-16379, EP-A-235864, EP-A-274795, EP-A-499329, EP-A-386833, EP-A-441447, EP-A- 489472, EP-A-282142, EP-A-22716, EP-A-495547 y EP-A-495548. En particular, EP-A-22716, EP-A- 495547 y EP-A-495548 dan a conocer que ligandos de fosfina bidentados proporcionan sistemas catalíticos que permiten que se logren mayores velocidades de reacción.

Se proporciona una mejora mayor de tales ligandos de fosfina bidentados en el documento WO 96/19434 que da a conocer un grupo de unión en puente en forma de un resto arilo opcionalmente sustituido, unidos a dichos átomos de fósforo mediante átomos de carbono adyacentes disponible en dicho resto arilo. Un ligando de este tipo es más estable y conduce a velocidades de reacción que son significativamente mayores que las dadas a conocer previamente y produce poca o ninguna cantidad de impurezas para la carbonilación de etileno. Cada átomo de fósforo en dicho ligando también se une a dos átomos de carbono terciarios.

Sin embargo, las reacciones catalizadas por metales convencionales, tales como las descritas en el documento WO 96/19434 tienden a presentar el inconveniente de que el catalizador tiende a desactivarse a lo largo del transcurso de un periodo de funcionamiento continuo ya que el compuesto de paladio se reduce a metal paladio, contribuyendo por tanto en un factor importante a la viabilidad económica del proceso. El documento WO 1/1551 trató este problema mediante el uso de compuestos estabilizantes tales como dispersantes poliméricos en el medio de reacción, mejorando por tanto la recuperación de metal que se ha perdido del sistema catalítico. Sin embargo, de manera interesante, ninguno de los ejemplos se refiere realmente a un proceso continuo y, por tanto, puede obtenerse un escaso conocimiento del efecto sobre la recuperación de metal u otros factores a partir de la divulgación.

Aunque se han desarrollado sistemas catalíticos que presentan una estabilidad razonable durante el proceso de carbonilación y permiten que se logren velocidades de reacción relativamente altas, todavía existe la necesidad de una actividad catalítica mejorada. De manera adecuada, la presente invención tiene como objetivo proporcionar, entre otros, un proceso continuo mejorado para la carbonilación de compuestos etilénicamente insaturados.

El paladio y otros metales preciosos en el grupo VIB o el grupo VIIIB son productos caros y tal como se mencionó anteriormente la tasa de uso de este producto contribuye a la viabilidad económica de los procesos de carbonilación que usan tales metales. Una expresión de la eficacia del uso del metal catalítico es el número de recambio (TON, tumover number) que se define como los moles de producto de carbonilación/moles de metal catalítico. Un número TON alto indica un proceso más eficaz y rentable. En el pasado, se concentraron los esfuerzos en las altas velocidades de producción de producto de carbonilación para maximizar el rendimiento a este respecto.

La actividad catalítica por volumen unitario de medio de reacción puede expresarse en términos de la producción de producto de carbonilación por tiempo unitario a partir de un volumen unitario de medio de reacción, y se mide en unidades de kg de producto.h'1.dm'3. Esta medida se conoce como el factor de concentración de catalizador activo (ACCF, active catalyst concentrador! factor).

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso de carbonilación continuo para una carbonilación de alto recambio según la reivindicación 1.

Por continuo en el presente documento quiere decirse que las concentraciones respectivas de compuesto etilénicamente insaturado, monóxido de carbono, la fuente de grupos hidroxilo y, preferiblemente, el sistema catalítico se mantienen sustancialmente constantes durante el proceso.

Se proporciona un medio de reacción de carbonilación y una corriente de productos del mismo para el proceso de carbonilación continuo tal como se define en la reivindicación 1 que comprende en el medio de reacción un compuesto etilénicamente insaturado, monóxido de carbono, una fuente de grupos hidroxilo y un sistema catalítico.

Para evitar cualquier duda, el ACCF del medio de reacción de carbonilación para un proceso continuo se mide generalmente en la corriente de productos.

Resultarán evidentes las características preferidas de la invención a partir de las reivindicaciones dependientes, y la

siguiente descripción.

Preferiblemente, el ACCF es menor que ,4, más preferiblemente, menor que ,35, lo más preferiblemente, menor que ,3.

Normalmente, el intervalo de ACCF es de ,5 a ,49, más normalmente de ,1 a ,39, lo más normalmente, de ,5 a ,34. Se prefiere especialmente un ACCF de ,1 a ,29 kg.dm'3.h'1.

Normalmente, el bajo ACCF de la presente invención se sostiene o mantiene mediante dilución adecuada del medio de reacción de carbonilación. Preferiblemente, se efectúa la dilución con uno de los componentes del medio de reacción distinto del metal catalítico, más preferiblemente, por medio de un disolvente adicional, producto de carbonilación o compuesto que contiene grupo hidroxilo. Se prefiere particularmente cuando el producto de

carbonilación puede actuar como disolvente.

El sistema catalítico también incluye como componente (c) adicional un ácido.

Por ácido, quiere decirse un ácido o una sal del mismo, y las referencias a ácido deben interpretarse en consecuencia.

De manera adecuada, todos los componentes a), b) y c) del sistema catalítico pueden añadirse in situ al recipiente de reacción en el que va a tener lugar la carbonilación. Alternativamente, los componentes a), b) y c) pueden añadirse secuencialmente en cualquier orden para formar el sistema catalítico, o en cierto orden específico, o bien directamente en el recipiente o bien fuera del recipiente y luego añadirse al recipiente. Por ejemplo, el componente de ácido c) puede añadirse en primer lugar al componente de ligando bidentado a), para formar un ligando protonado, y luego puede añadirse el ligando protonado al metal o un compuesto del mismo (componente b)) para formar el sistema catalítico. Alternativamente, el componente de ligando a) y el metal o un compuesto del mismo (componente b)) pueden mezclarse para formar un compuesto de metal quelado, y el ácido (componente c)) se añade luego. Alternativamente, cuando va a usarse el componente de ácido c), pueden hacerse reaccionar dos componentes cualesquiera entre sí para formar un resto intermedio que luego o bien se añade al recipiente de reacción y se añade el tercer componente, o bien se hace reaccionar en primer lugar con el tercer componente y luego se añade al recipiente de reacción. Sin embargo, en el proceso continuo se prefiere que los componentes a), b) y c) se añadan todos independientemente entre sí a una velocidad continua.

La cantidad de ligando bidentado usado puede variar dentro de amplios límites. Preferiblemente, el ligando bidentado está presente en una cantidad tal que la razón del... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso de carbonilación continuo para una carbonilación de alto recambio que comprende carbonilar un compuesto etilénicamente insaturado con monóxido de carbono en presencia de una fuente de grupos hidroxilo y un sistema catalítico que comprende (a) un ligando de festina bidentado, y (b) paladio o un compuesto del mismo y (c) un ácido que tiene un pKa medido en disolución acuosa a 185C menor que 6, en el que la concentración catalíticamente activa de dicho metal catalítico, medida como el factor de concentración de catalizador activo (ACCF), producto de carbonilación por tiempo unitario a partir de un volumen unitario de medio de reacción (kg de producto.h'1.dm'3) se mantiene menor que ,5.

2. Proceso continuo según la reivindicación 1, en el que el ligando de festina bidentado es de fórmula general (I)

I12

R6

c

,1\

/k

;/Q!`

A(K,D)Ar(E,Z)BQ1 ,

\r

c-

A-

Ar es un grupo de unión en puente que comprende un resto arilo opcionalmente sustituido al que se unen los átomos de fósforo en átomos de carbono adyacentes disponibles;

A y B representan cada uno independientemente alquileno inferior;

K, D, E y Z son sustituyentes del resto arilo (Ar) y representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo, Het, halo, ciano, nitro, OR19, OC()R , C()R21, C()R22, NR25R24, C()NR25R26, C(S)R25R , SR27 o C()SR , o dos grupos adyacentes seleccionados de K, Z, D y E junto con los átomos de carbono del anillo de arilo a los que están unidos forman un anillo de fenilo adicional, que está opcionalmente sustituido con uno o más sustituyentes seleccionados de hidrógeno, alquilo Ci a Cío, halo, ciano, nitro, OR19, OC()R2°, C()R21, C()R22, NR23R4, C()NR25R26, C(S)R25R26, SR27 o C()SR27;

R19 a R27 representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo o Het;

R1 a R12 representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo o Het;

en fes que el término Het en el presente documento significa sistemas de anillos de cuatro a doce miembros, anillos que contienen uno o más heteroátomos seleccionados de nitrógeno, oxígeno, azufre y mezclas de los mismos, y anillos que pueden contener uno o más dobles enlaces o pueden ser de carácter no aromático, parcialmente aromático o totalmente aromático y están opcionalmente sustituidos con uno o más sustituyentes seleccionados de halo, ciano nitro, oxo, alquilo Ci a C, OR1 , OC()R2°, C()R21, C()R22, NR23R24, C()NR25R26, SR27, C()SR27 o C(S)NR2áR26 en los que R19 a R27 representan cada uno independientemente hidrógeno, arilo o alquilo Ci a Ck>; o también pueden estar en forma de un N-óxido;

Q1 y Q2 representan fósforo.

3. Proceso de carbonilación continuo según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el ACCF se sostiene o se mantiene mediante dilución del medio de reacción de carbonilación. 4

4. Proceso de carbonilación continuo según las reivindicaciones 1 -3, en el que fes ligandos bidentados incluyen los

siguientes: 1,2-bis(diadamantilfosf¡nomet¡l)benceno, 1,2-bis(di-3,5-dimetiladamant¡lfosf¡nomet¡l)benceno, 1,2-bis(di-5- terc-butiladamantilfosfinomet¡l)benceno, 1,2-bis(1 -adamantil-terc-butil-fosf¡nometil)benceno, 1 -

(d¡adamant¡lfosfinomet¡l)-2-(d¡-terc-butilfosf¡nomet¡l)benceno, 1-(di-terc-butilfosfinometil)-2-

(dicongres¡lfosf¡nomet¡l)benceno, 1 -(d¡-terc-butilfosfinometil)-2-(fosfa-adamantil-P-metil)benceno, 1 -

(d¡adamant¡lfosf¡nomet¡l)-2-(fosfa-adamantil-P-met¡l)benceno, 1-(terc-butiladamantilfosfinometil)-2-

(diadamant¡lfosf¡nomet¡l)benceno y 1-[(P-(2,2,6,6,-tetra-metilfosfinan-4-ona)fosfinometil)]-2-(fosfa-adamantil-P- metil)benceno, en el que fosfa-adamantilo se selecciona de 2-fosfa-1,3,5,7-tetrametil-6,9,1-trioxadamantilo, 2- fosfa-1,3,5-tr¡met¡l-6,9,1-tr¡oxadamant¡lo, 2-fosfa-1,3,5,7-tetra(trifluorometil)-6,9,1-trioxadamantilo o 2-fosfa-1,3,5-

tr¡(tr¡fluorometil)-6,9,1-trioxadamantilo.

5. Proceso de carbonilación continuo, según las reivindicaciones 1 ó 3, en el que el ligando de fosfina bidentado es de fórmula general (III)

en laque:

A1 y A2 representan cada uno independientemente alquileno Ci a Cío;

K1 se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno, alquilo Ci a Ck>, arilo, Het, halo, ciano, nitro, -OR19, -OC()R2, -C()R21, -C()R , -N(R23)R24, -C()N(R25)R26, -C(S)(R27)R28, -SR29, -C()SR3° o -CF3;

D1 se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo, Het, halo, ciano, nitro, -OR19, -OC()R2, -C()R21, -C()R , -N(R23)R24, -C()N(R25)R26, -C(S)(R27)R28, -SR29, -C()SR3° o -CF3;

E1 se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo, Het, halo, ciano, nitro, -OR19, -C()R2°, -C()R21, -C()R , -N(R23)R24, -C()N(R25)R26, -C(S)(R27)R28, -SR29, -C()SR3° o -CF3 o;

o tanto D1 como E1 junto con los átomos de carbono del anillo de ciclopentadienilo a los que están unidos forman un anillo de fenilo opcionalmente sustituido:

X1 representa CR1(R2)(R3), congresilo o adamantilo, X2 representa CR4(R5)(R6), congresilo o adamantilo, o X1 y X2 junto con Q2 al que están unidos forman un grupo 2-fosfatriciclo[3.3.1.1 {3.7}]decilo opcionalmente sustituido o derivado del mismo, o X1 y X2 junto con Q2 al que están unidos forman un sistema de anillos de fórmula Illa

Y1

X3 representa CR7(R8)(R9), congresilo o adamantilo, X4 representa CR1(R11)(R12), congresilo o adamantilo, o X3 y X4 junto con Q1 al que están unidos forman un grupo 2-fosfatriciclo[3.3.1.1{3.7}]decilo opcionalmente sustituido o derivado del mismo, o X3 y X4 junto con Q1 al que están unidos forman un sistema de anillos de fórmula IIIb

Y2

R

R53

R51

R52

(lllb)

y en esta realización aún adicional,

Q1 y Q2 representan cada uno fósforo;

M representa un metal del grupo VIB o VIIIB o catión metálico del mismo;

Li representa un grupo ciclopentadienilo, indenilo o arilo opcionalmente sustituido;

L2 representa uno o más ligandos que se seleccionan cada uno de ellos independientemente de hidrógeno, alquilo Ci a Cío, alquiladlo, halo, CO, P(R43) (R44)R45 o N(R46) (R47)R48;

R1 a R12 cuando están presentes, representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo, halo o Het;

R19 a R3 y R43 a R48, cuando están presentes, representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo o Het;

R99, R59 y R55, cuando están presentes, representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío o arilo;

r5° a p¡53 cuanc| están presentes, representan cada uno independientemente hidrógeno, alquilo Ci a Cío, arilo o Het; en los que el término Het significa sistemas de anillos de cuatro a doce miembros, anillos que contienen uno o más heteroátomos seleccionados de nitrógeno, oxígeno, azufre y mezclas de los mismos, y anillos que pueden contener uno o más dobles enlaces o pueden ser de carácter no aromático, parcialmente aromático o totalmente aromático y están opcionalmente sustituidos con uno o más sustituyentes seleccionados de halo, ciano, nitro, oxo, alquilo Ci a Cío, OR19, OC()R2°, C()R21, C()R22, NR23R24, C()NR25R26, SR27, C()SR27 o C(S)NR25R26 en los que R19 a R27 representan cada uno independientemente hidrógeno, arilo o alquilo Ci a Ck>; o también pueden estar en forma de un N-óxido;

Y1 e Y2 cuando están presentes, representan cada uno independientemente oxígeno, azufre o N-R55; n = ó 1; y m = de a 5;

siempre que cuando n = 1 entonces m sea igual a , y cuando n sea igual a entonces m no sea igual a.

6. Proceso de carbonilación continuo, según las reivindicaciones 1 -5, en el que el compuesto que contiene grupo hidroxilo incluye agua o una molécula orgánica que tiene un grupo funcional hidroxilo.

7. Proceso de carbonilación continuo, según las reivindicaciones 1-6, en el que los compuestos etilénicamente insaturados pueden (a) estar no sustituidos o sustituidos con alquilo Ci a Ck>, arilo, Het, halo, ciano, nitro, tioalcoxilo, R19C()R2°, C()R21, C()R22, NR23R24, C()NR25R26, C(S)R25R26, C(S)NR25R26, SR27, C()SR27, en los que R19 a R27 representan cada uno independientemente hidrógeno, arilo o alquilo Ci a Cío en los que el término Het en el presente documento significa sistemas de anillos de cuatro a doce miembros, anillos que contienen uno o más heteroátomos seleccionados de nitrógeno, oxígeno, azufre y mezclas de los mismos, y anillos que pueden contener uno o más dobles enlaces o pueden ser de carácter no aromático, parcialmente aromático o totalmente aromático y están opcionalmente sustituidos con uno o más sustituyentes seleccionados de halo, ciano, nitro, oxo, alquilo Ci a Cío, OR19, OC()R2°, C()R21, C()R22, NR23R24, C()NR25R26, SR27, C()SR27 o C(S)NR25R26 en los que R19 a R27 representan cada uno independientemente hidrógeno, arilo o alquilo Ci a Cío; o también pueden estar en forma de un N-óxido; (b) tener desde 2 hasta 3 átomos de carbono, que pueden ser lineales o ramificados, cíclicos o no cíclicos o parcialmente cíclicos; y (c) pueden tener uno o más enlaces carbono-carbono insaturados. 8

8. Proceso de carbonilación continuo, según cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en el que el metal del grupo VIB o VIIIB o un compuesto del mismo se selecciona de los grupos 6, 8, 9 y 1 de la tabla periódica moderna.

9. Proceso de carbonilación continuo según la reivindicación 1, en el que el ácido se selecciona de ácido nítrico; ácido sulfúrico; ácidos alcanoicos (hasta C12) tales como ácido acético y ácido propiónico; ácidos sulfónicos tales como ácido metanosulfónico, ácido clorosulfónico, ácido fluorosulfónico, ácido trifluorometanosulfónico, ácido 5 bencenosulfónico, ácido naftalenosulfónico, ácido toluenosulfónico, por ejemplo ácido p-toluenosulfónico, ácido t- butilsulfónico y ácido 2-hidroxipropanosulfónico; resinas de intercambio iónico sulfonadas; ácido perhálico tal como ácido perclórico; ácidos carboxílicos halogenados tales como ácido tricloroacético y ácido trifluoroacético; ácido ortofosfórico; y ácidos fosfónicos tales como ácido bencenofosfónico.