PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN CONJUNTA DE CORBONATO DE DIALQUILO Y ALCANODIOL.

Un procedimiento para la producción conjunta de carbonato de dialquilo y alcanodiol que comprende hacer reaccionar carbonato de alquileno con alcanol bajo condiciones de procedimiento en presencia de un catalizador de aluminosilicato amorfo que incluye cesio

ANTECEDENTES

Esta invención se refiere a un procedimiento de producción conjunta de carbonato de dialquilo y alcanodiol y, en particular, a un procedimiento de producción conjunta de carbonato de dialquilo y alcanodiol mediante el uso de un catalizador de aluminosilicato amorfo que contiene cesio. 5

Se han propuesto diversos catalizadores homogéneos para la transesterificación de carbonato. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. nº 3.642.859 y 4.181.576 desvelan la preparación de carbonatos de dialquilo transesterificando carbonatos de alquileno con alcoholes en presencia de metales alcalinos o compuestos de metales alcalinos sin usar un material de soporte. La patente de EE.UU. nº 4.661.609 enseña el uso de un catalizador seleccionado del grupo que está constituido por óxidos de circonio, titanio y estaño, sales o complejos de 10 los mismos.

El uso comercial de catalizadores homogéneos está limitado debido a que la separación del catalizador de los reactivos sin convertir y el producto orgánico puede ser difícil. Debido a que la transesterificación es una reacción en equilibrio, en un intento por aislar el carbonato de dialquilo deseado mediante destilación del líquido de reacción sin separación previa del catalizador, el equilibrio se rompe durante la destilación y se induce una reacción inversa. 15 Por tanto, el carbonato de dialquilo una vez formado vuelve a carbonato de alquileno. Además, debido a la presencia del catalizador homogéneo, durante la destilación tienen lugar simultáneamente reacciones secundarias tales como polimerización por descomposición, o similares, que disminuyen la eficiencia.

También se han propuesto diversos catalizadores heterogéneos para la transesterificación de carbonato. El uso de haluros de metales alcalinotérreos se desvela en la patente de EE.UU. nº 5.498.743. Knifton, y col., “Ethylene 20 Glycol-Dimethyl Carbonate Cogeneration”, J. Molec. Catal. 67:389-399 (1991) desvelan el uso de fosfinas orgánicas libres o fosfinas orgánicas soportadas sobre poliestireno parcialmente reticulado. La patente de EE.UU. nº 4.691.041 desvela el uso de resinas de intercambio iónico orgánicas, silicatos alcalinos y alcalinotérreos impregnados en sílice y ciertas zeolitas intercambiadas con amonio. La patente de EE.UU. nº 5.430.170 desvela el uso de un catalizador que contiene un óxido metálico de tierras raras como componente catalíticamente activo. El uso de hidrotalcitas de 25 MgO/Al2O3 se desvela en la solicitud de patente japonesa sin examinar 3[1991]-44.354. El uso de MgO se desvela en la solicitud de patente japonesa sin examinar 6[1994]-107.601. El uso de zeolitas con iones intercambiados con metal alcalino y/o metal alcalinotérreo, conteniendo así una cantidad estequiométrica de metal, se desvela en la patente de EE.UU. nº 5.436.362.

Los catalizadores heterogéneos inorgánicos poseen generalmente estabilidad térmica y fácil regeneración. 30 Sin embargo, estos catalizadores, que incluyen las zeolitas que contienen una cantidad estequiométrica de metal alcalino o alcalinotérreo, demuestran generalmente una baja actividad y/o selectividad y son poco satisfactorios para la aplicación comercial.

Las fosfinas orgánicas soportadas en polímeros y las resinas de intercambio iónico muestran una alta actividad y selectividad de buena a excelente en la reacción de transesterificación entre carbonato de alquileno y 35 alcanol; sin embargo, estos materiales poliméricos no parecen muy estables y pierden gradualmente actividad catalítica, especialmente a temperaturas relativamente altas.

Por tanto, sigue existiendo la necesidad de un procedimiento de transesterificación de carbonato de alquileno con alcanol para producir conjuntamente carbonato de dialquilo y alcanodiol que proporcionará una mayor conversión de la alimentación y selectividad de productos a lo largo de un amplio intervalo de temperatura. 40

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Se proporciona un procedimiento para la producción conjunta de carbonato de dialquilo y alcanodiol haciendo reaccionar carbonato de alquileno con alcanol en presencia de un catalizador de aluminosilicato amorfo que incluye cesio. El carbonato de alquileno preferido es carbonato de etileno y el alcanol preferido es metanol.

En el procedimiento de la invención, el cesio, o una combinación del mismo con metal alcalino o metal 45 alcalinotérreo, puede estar presente en el catalizador tanto en una cantidad estequiométrica como en una cantidad superior a la estequiométrica. En una realización preferida, el cesio, o combinación del mismo con metal alcalino o metal alcalinotérreo, está presente en el catalizador en una cantidad de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 50 % en peso. Se prefiere que el catalizador usado en el procedimiento de la invención tenga un área superficial superior a 100 m2/g.

En una realización separada, el catalizador usado en el procedimiento de la invención está soportado sobre un sustrato.

Las condiciones de procedimiento del procedimiento de la invención incluyen una temperatura de reacción 5 de aproximadamente 20 ºC (68 ºF) a aproximadamente 300 ºC (572 ºF), una presión de reacción de aproximadamente 14 a aproximadamente 4000 psig (0,20 a aproximadamente 27,77 MPa), una velocidad espacial horaria del líquido de aproximadamente 0,1 a 40 h-1 y una relación molar de alcanol con respecto a carbonato de alquileno de aproximadamente 1-20.

A diferencia de los catalizadores poliméricos tales como las resinas de intercambio iónico, los catalizadores 10 usados en el procedimiento de la invención son térmicamente estables y regenerables. La combinación de alta actividad catalítica y selectividad en un amplio intervalo de temperatura, y excelente estabilidad térmica y regenerabilidad de los catalizadores, hace que sean adecuados para uso comercial en la producción conjunta de carbonato orgánico y alcanodiol mediante reacción de intercambio de ésteres. Por tanto, la disponibilidad general y el bajo coste de los catalizadores podrían mejorar significativamente la economía del procedimiento. 15

Los carbonatos orgánicos producidos por el procedimiento de la invención, carbonato de dimetilo en particular, tienen posibles aplicaciones como sustitutos “verdes” del fosgeno que se usa principalmente en la preparación de resinas de poliuretano y de policarbonato. El carbonato de dimetilo también puede usarse como un aditivo de combustible y agente metilante en síntesis de productos químicos finos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 20

Según la presente invención, se proporciona un procedimiento para la producción conjunta de carbonato de dialquilo y alcanodiol mediante la transesterificación de carbonato de alquileno con alcanol usando un catalizador de aluminosilicato amorfo que incluye cesio o una combinación del mismo con metal alcalino o metal alcalinotérreo.

Generalmente, todos los carbonatos de alquileno pueden usarse como reactivo en esta invención. Sin embargo, se prefiere carbonato de alquileno inferior tal como carbonato de etileno, carbonato de propileno, 25 carbonato de butileno o similares; el más preferido es carbonato de etileno o carbonato de propileno.

Generalmente pueden usarse todos los reactivos de alcanol, siempre que el alcanol reaccione con ciclocarbonato para producir el producto de carbonato de dialquilo y alcanodiol. Sin embargo, preferentemente se usa un alcanol alifático o aromático que tiene de 1 a 10 átomos de carbono. Por ejemplo, como alcohol alifático o aromático puede usarse metanol, etanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, butanol secundario, 30 butanol terciario, alcohol alílico, pentanol, ciclohexanol, alcohol bencílico, alcohol 2-feniletílico, alcohol 3-fenilpropílico, 2-metoxietanol o similares. Se usa más preferentemente un alcohol alifático inferior tal como metanol o etanol debido a su reactividad y bajo coste.

Además, puede usarse un compuesto fenólico en lugar del compuesto alcohólico como compuesto que tiene un grupo hidroxilo (OH) y reacciona con ciclocarbonato para producir el carbonato. 35

El aluminosilicato amorfo es un material muy conocido y se define normalmente como un material con un amplio intervalo de tamaño de poro y distribución de tamaño de poro. El material tiene un armazón aniónico como una zeolita, pero su estructura porosa tridimensional no está bien definida.

Los catalizadores de aluminosilicato amorfo...

1. Un procedimiento para la producción conjunta de carbonato de dialquilo y alcanodiol que comprende hacer reaccionar carbonato de alquileno con alcanol bajo condiciones de procedimiento en presencia de un catalizador de aluminosilicato amorfo que incluye cesio.

5

2. Un procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en el que dicho carbonato de alquileno es carbonato de etileno.

3. Un procedimiento como se describe en la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho alcanol es metanol.

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4. Un procedimiento como se describe en cualquier reivindicación precedente, en el que dicho cesio está presente en dicho catalizador en una cantidad estequiométrica.

5. Un procedimiento como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho cesio está presente en dicho catalizador en una cantidad superior a la estequiométrica. 15

6. Un procedimiento como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho cesio está presente en dicho catalizador en una cantidad del 0,1 al 50 % en peso.

7. Un procedimiento como se describe en cualquier reivindicación precedente, en el que dicho catalizador 20 tiene un área superficial superior a 100 m2/g.

8. Un procedimiento como se describe en cualquier reivindicación precedente, en el que dicho catalizador está soportado sobre un sustrato.

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9. Un procedimiento como se describe en cualquier reivindicación precedente, en el que dichas condiciones de procedimiento comprenden una temperatura de reacción de 20 ºC a 300 ºC, una presión de reacción de 96,5 KPag a 27,6 MPag (14 a 4000 psig), una velocidad espacial horaria del líquido de 0,1 a 40 h-1 y una relación molar de alcanol con respecto a carbonato de alquileno de 1-20.