Un proceso para la preparación de un carbonato de alquileno, comprendiendo dicho proceso poner en contacto el correspondiente óxido de alquileno con dióxido de carbono en presencia de una sal de metal inmovilizada sobre un soporte sólido,

en el que la sal de metal comprende un catión de un metal que se escoge entre el grupo formado por magnesio, calcio, cinc, cobalto, níquel, manganeso, cobre y estaño, y un anión que se escoge entre aniones de ácidos inorgánicos y orgánicos, y en el que el soporte sólido contiene un catión de amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, arsenonio cuaternario, antimononio cuaternario o sulfonio ternario, en el que el proceso se lleva a cabo en presencia de menos que 5000 ppm de agua

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para la preparación de carbonato de alquileno por medio de carboxilación catalítica de óxido de alquileno.

Antecedentes de la invención

Los carbonatos de alquileno, tales como carbonato de etileno y carbonato de propileno, se usan ampliamente como disolventes y diluyentes en procesos industriales. Se usan regularmente como materias primas en productos comerciales tales como productos cosméticos y farmacéuticos. Los carbonatos de alquileno también se usan como intermedios en la preparación de alquilenglicoles de óxidos de alquileno.

Los carbonatos de alquileno se producen comercialmente por medio de la reacción de dióxido de carbono con el óxido de alquileno apropiado. En la técnica, con frecuencia, se proponen haluros iónicos, tales como haluros de amonio cuaternarios, haluros de fosfonio cuaternarios y haluros de metal, como catalizadores para esta reacción.

De acuerdo con JP-A-57.106.631, la preparación de carbonato de alquileno como intermedio en la preparación de dos etapas de alquilenglicol puede ocurrir por medio de la reacción de un óxido de alquileno con dióxido de carbono en presencia de un haluro de metal alcalino.

El documento US-A-4.314.945 está destinado a la preparación de un carbonato de alquileno por medio de la reacción del óxido de alquileno correspondiente con dióxido de carbono en presencia de un catalizador que se caracteriza por la fórmula M+A-, en la que M es potasio y A es yodo o M es un catión de amonio cuaternario (R1R2R3R4N+) y A es bromo, cloro o yodo. La reacción se lleva a cabo en carbonato de alquileno.

El documento US-A-4.786.741 está destinado a la reacción de óxido de alquileno con dióxido de carbono en presencia de una composición catalítica y agua. Las composiciones catalíticas listadas incluyen haluros de amonio cuaternarios orgánicos, haluros de fosfonio cuaternarios orgánicos, haluros de sulfonio orgánicos y haluros de antimonio orgánicos.

El documento JP-A-59.013.741 muestra un método para producir etilenglicol a partir de óxido de etileno por medio de carbonato de etileno. La reacción de óxido de etileno con dióxido de carbono para formar carbonato de etileno está catalizada por un haluro de fosfonio cuaternario.

El documento US-A-6.160.130 describe el uso de una combinación de un haluro de metal alcalino y de un haluro de manganeso como catalizador en la preparación de carbonato de alquileno a partir de óxido de alquileno. El documento US-A-6.156.909 describe el uso de plomo y de haluros de indio en combinación con un haluro de metal alcalino como catalizador apropiado para esta reacción.

Kim et al. han descrito el uso de haluros de cinc en combinación con otros compuestos como catalizadores eficaces para la carboxilación de óxido de alquileno. Los catalizadores formados por medio de la reacción de haluros de 1alquil-3-metilimidazolio con haluros de cinc se describen en J. Catal. (2003) 220, 44-46. Los catalizadores que comprenden haluros de cinc coordinados con piridinas se describen en Angew. Chem. Int. Ed. (2000) 39(22), 40964098, Chem. Eur. J. (2003) 9(3), 678-686 y en el documento US-A-6.399.536.

Las mezclas de haluros de cinc y yoduros de alquilamonio como catalizadores para la conversión de óxido de alquileno en carbonato de alquileno se muestran en Chem. Ber. (1986) 119, 1090-1094.

Los documentos US-A-5.218.135 y US-A-5.391.767 describen el uso de catalizadores homogéneos formado por una de un número de sales de metal en combinación con un haluro que se escoge entre el grupo formado por haluros de metal alcalino, haluros de metal alcalino térreo, amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, arsenonio cuaternario, haluros de antimononio cuaternario y haluros de sulfonio ternarios, en la conversión de óxido de alquileno en carbonato de alquileno.

El documento US-A-2.873.282 describe un proceso para la fabricación de carbonato de alquileno a partir de un óxido de alquileno usando una sal de amonio cuaternario como catalizador homogéneo.

El uso de un complejo de haluro de cinc, iónico, derivado de un líquido para la conversión de un óxido de alquileno en carbonato de alquileno se describe en Palgnadi et al., Catalysis Today (2004), 98, 511-514.

Se han documentado importantes avances en el desarrollo de catalizadores homogéneos para la carboxilación de óxido de alquileno. No obstante, el uso de tales catalizadores conduce a otras etapas de proceso con el fin de purificar el producto deseado. Además, como se describe por parte de Kim et al., en Appl. Catal. A (2005) 288, 4852, la separación de carbonato de alquileno de los catalizadores homogéneos por medio de destilación puede dar lugar a descomposición intensa del carbonato de alquileno.

**(Ver fórmula)**

5 Takahashi, et al. describen catalizadores heterogeneos para la carboxilación de óxido de propileno en carbonato de propileno, que consiste en haluros de fosfonio cuaternarios inmovilizados sobre sílice, en Chem. Commun. (2006) 1664-1666. Nishikubo et al. describen la carboxilación de epóxidos usando catalizadores que consisten en sales de amonio cuaternario y de fosfonio cuaternario unidas a bolitas de poliestireno insolubles, en J. Polym. Sci. , Parte A: Polym. Chem. (1993), 31, 939-947.

Kim et al., describen un haluro de cinc sobre un soporte sólido, en el que el soporte sólido es poli(4-vinilpiridina), en

J. Catal. (2002) 205, 226-229. No obstante, se describe que el sistema tiene actividad reducida en comparación con el sistema homogéneo equivalente. Xiao et al., describe un sistema sobre catalizador sólido basado en haluro de cinc, en el que el soporte sólido es bien poli(4-vinilpiridina) o bien quitosán, en Appl. Catal., A (2005) 279, 125-129. También se puede usar en este sistema un co-catalizador homogéneo de bromuro de 1-butil-3-metilimidazolio.

Todavía existe necesidad de un sistema de catalizador para la conversión de óxidos de alquileno en carbonatos de alquileno que permita una purificación fácil del producto deseado sin descomposición del mismo y que todavía exhiba niveles elevados de selectividad y de actividad.

Sumario de la invención

25 La presente invención proporciona un proceso para la preparación de un carbonato de alquileno, comprendiendo dicho proceso poner en contacto el correspondiente óxido de alquileno con dióxido de carbono en presencia de una sal de metal inmovilizada sobre un soporte sólido, en el que la sal de metal comprende un catión de un metal que se escoge entre el grupo que consiste en magnesio, calcio, cinc, cobalto, níquel, manganeso, cobre y estaño, y un anión que se escoge entre aniones de ácidos inorgánicos y orgánicos, y en el que el soporte sólido contiene un amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, arsenonio cuaternario, antimononio cuaternario y catión de sulfonio ternario, en el que el proceso se lleva a cabo en presencia de menos que 5000 ppm de agua.

Descripción detallada de la invención

35 De manera sorprendente, los autores han encontrado que la conversión de óxidos de alquileno en carbonatos de alquileno en presencia de dióxido de carbono puede estar catalizada de forma eficaz por una composición catalítica heterogénea que comprende una sal de metal sobre un soporte sólido que contiene amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, arsenonio cuaternario, antimononio cuaternario o catión de sulfonio ternario.

Este sistema heterogéneo permite la separación sencilla del producto deseado de la composición catalítica. Dicha separación se puede conseguir sin calentar el producto en presencia de la composición de catalizador, a las temperaturas elevadas que generalmente se precisan para purificar los carbonatos de alquileno por medio de destilación. Además, este sistema de catalizador heterogéneo muestra niveles de actividad y selectividad en la conversión de óxido de alquileno en carbonato de alquileno más elevados que los de los sistemas de catalizador

45 heterogéneo descritos en la técnica anterior.

El óxido de alquileno usado como material de partida en el proceso de la invención tiene su definición convencional, es decir, un compuesto que tiene un grupo de óxido vecinal (epoxi) en sus moléculas.

en al que R1 a R4 representan de forma independiente un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo sustituido de forma opcional que tiene de 1 a 6 átomos de carbono.... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la preparación de un carbonato de alquileno, comprendiendo dicho proceso poner en contacto el correspondiente óxido de alquileno con dióxido de carbono en presencia de una sal de metal inmovilizada sobre un soporte sólido, en el que la sal de metal comprende un catión de un metal que se escoge entre el grupo formado por magnesio, calcio, cinc, cobalto, níquel, manganeso, cobre y estaño, y un anión que se escoge entre aniones de ácidos inorgánicos y orgánicos, y en el que el soporte sólido contiene un catión de amonio cuaternario, fosfonio cuaternario, arsenonio cuaternario, antimononio cuaternario o sulfonio ternario, en el que el proceso se lleva a cabo en presencia de menos que 5000 ppm de agua.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que el anión del metal se escoge entre el grupo formado por haluros, acetato, laurato, nitrato y sulfato.

3. El proceso de la reivindicación 1 ó 2, en el que el soporte sólido comprende una resina de intercambio iónico de 15 estructura general:

**(Ver fórmula)**

en el que

**(Ver fórmula)**

4. El proceso de la reivindicación 3, en el que el grupo espaciador comprende una estructura química de fórmula general –(CH2)n, en la que n es un número entero dentro del intervalo de 1 a 10, o de fórmula general –CH2-O(CH2)n-, en la que n es un número entero dentro del intervalo de 1 a 8.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el soporte sólido contiene un catión de amonio cuaternario o de fosfonio cuaternario.

6. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la proporción molar de catión en el 30 soporte sólido con respecto a sal de metal (basado en el metal) se encuentra dentro del intervalo de 20:1 a 1:20.

7. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la sal de metal se encuentra presente en una cantidad dentro del intervalo de 0,0001 a 0,5 mol/mol de óxido de alquileno (basado en el metal).

8. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el proceso se lleva a cabo a una temperatura dentro del intervalo de 40 a 200 ºC y a una presión dentro del intervalo de 100 a 5000 kPa.

9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el óxido de alquileno es

óxido de etileno. 40

10. Un proceso para la preparación de alquilen glicol que comprende las etapas de:

- preparar un carbonato de alquileno por medio del proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9; y

- posteriormente hidrolizar el carbonato de alquileno.