Líquidos iónicos que contienen óxido nitroso como reactivos químicos.

El uso de un líquido iónico que contiene N2O como un reactivo en una reacción química en donde el líquido iónico que contiene N2O se usa como un agente oxidante,

y en donde el líquido iónico que contiene N2O se obtiene por un proceso de reacción que comprende los pasos de:

(a) poner en contacto un reactante con un reactivo para producir un producto y una mezcla de subproductos que comprende N2O; y

(b) poner en contacto la mezcla de subproductos con un líquido iónico para absorber el N2O para producir un líquido iónico que contiene N2O.

Líquidos iónicos que contienen óxido nitroso como reactivos químicos Descripción La invención se refiere al uso de un líquido iónico que contiene N2O como un reactivo en una reacción química, concretamente como un agente oxidante. También se divulgan un proceso de reacción en el que los líquidos iónicos se usan para absorber óxido nitroso (en lo sucesivo referido como N2O) de una mezcla de subproductos producidos durante el proceso de reacción y un proceso para la síntesis de ácido adípico usando ácido nítrico que emplea un líquido iónico para absorber N2O de una mezcla de subproductos producidos durante la síntesis.

Es sabido que el N2O se puede usar como un agente oxidante. Por ejemplo, la oxidación de un compuesto olefínico a un aldehído o una cetona por medio de N2O se describe en la GB 649.680 o la Patente U.S. equivalente Nº 2.636.898. Ambos documentos divulgan de forma bastante general que la oxidación puede en principio ser efectuada en presencia de un catalizador de oxidación adecuado.

G.L. Panov et al., "Non-Catalytic Liquid Phase Oxidation of Alkenes with Nitrous Oxide. 1. Oxidation of Cyclohexene to Cyclohexanone", React. Kinet. Catal. Lett. Vol. 76, No. 2 (2002) p. 401-405; y K. A. Dubkov et al., "Non-Catalytic Liquid Phase Oxidation of Alkenes with Nitrous Oxide. 2. Oxidation of Cyclopentene to Cyclopentanone", React. Kinet. Catal. Lett. Vol. 77, No. 1 (2002) p. 197-205 describen igualmente oxidaciones de compuestos olefínicos con N2O. "Liquid Phase Oxidation of Alkenes with Nitrous Oxide to Carbonyl Compounds" por

E. V. Starokon et al. in Adv. Synth. Catal. 2004, 346, 268-274 también incluye un estudio de los mecanismos de la oxidación de alquenos con N2O en la fase líquida.

La síntesis de los compuestos de carbonilo de alquenos con N2O también se describe en varias solicitudes de patente internacional. Por ejemplo, la WO 03/078370 divulga un proceso para preparar compuestos de carbonilo de alquenos alifáticos con N2O. La reacción se lleva a cabo a temperaturas en el intervalo de 20º 350º C y presiones de desde 0, 01 a 100 atm. La WO 03/078374 divulga un proceso correspondiente para preparar ciclohexano. De acuerdo con la WO 03/078372, se preparan cetonas cíclicas que tienen de 4 a 5 átomos de carbono. De acuerdo con la WO 03/078375, las cetonas cíclicas se preparan bajo estas condiciones de proceso de alquenos cíclicos que tienen de 7 a 20 átomos de carbono. La WO 03/078371 divulga un proceso para preparar cetonas sustituidas de alquenos sustituidos. La WO 04/000777 divulga un proceso para reaccionar di-y polialquenos con N2O para dar los compuestos de carbonilo correspondientes.

Un estudio más reciente del uso del N2O como un agente oxidante se puede encontrar en V.N. Parmon et al "Nitrous oxide in oxidation chemistr y and catalysis: application and production", Catalysis Today, 100 (2005) , 115

131.

Se conocen varios procesos de preparación para el N2O en la técnica. Por ejemplo, la WO 98/25698 divulga un proceso para preparar N2O por oxidación parcial catalítica de NH3 con oxígeno. De acuerdo con la WO 98/25698, se usa un catalizador compuesto de óxido de manganeso, óxido de bismuto y óxido de aluminio, que lleva a N2O con alta selectividad. Un sistema catalizador similar se describe también con detalle en un estudio científico (Noskov et al., Chem. Eng. J. 91 (2003) 235-242) . La Patente U.S. Nº 5.849.257 divulga igualmente un proceso para preparar N2O por oxidación de amoníaco. La oxidación tiene lugar en presencia de un catalizador de óxido de cobremanganeso. La WO 00/01654 divulga un proceso en el que el N2O se prepara reduciendo una corriente de gas que comprende NOx y amoníaco.

El N2O también es obtenido como un subproducto en varios procesos químicos, especialmente en oxidaciones con ácido nítrico. Por ejemplo, en la industria, la síntesis del ácido adípico se lleva a cabo generalmente a través de la oxidación de ácido nítrico de ciclohexanol, ciclohexanona o una mezcla de los dos (referida comúnmente como aceite de cetona-alcohol o aceite de KA) . El N2O es el subproducto principal en la síntesis, junto con otros óxidos de nitrógeno, dióxido de carbono, y algunos ácidos dicarboxílicos de masa molecular más baja. También hay presentes en el KA algunos subproductos resultantes de impurezas.

Otros objetos de procesos en los que se obtiene N2O como un subproducto son la oxidación de ciclododecanona y/o ciclododecanol con ácido nítrico para dar ácido dodecanodicarboxílico y la oxidación parcial de NH3 a NO.

La formación de N2O en estos procesos presente un número de problemas para la industria. Por ejemplo, como los procesos de recuperación y purificación no son generalmente rentables, la práctica habitual es declinar el N2O como gas de desecho y no se deriva valor comercial de ello. Esto tiene consecuencias ya que el N2O es un gas de efecto invernadero fuerte (al menos 100 veces la fuerza del CO2) y la industria está bajo una presión creciente para reducir la emisión de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Por lo tanto, sería ventajoso si el N2O producido en procesos industriales podría ser capturado y usado de una manera económica y eficiente, por ejemplo como un agente oxidante en una reacción química posterior, en lugar de ser simplemente declinado como un gas de

desecho.

La US 2008/0274032 describe un proceso para purificar y concentrar el N2O que contienen los gases de salida obtenidos de varios procesos químicos. Sin embargo, el proceso requiere un número de pasos de absorción y desorción sucesivos y usa una combinación de solventes orgánicos y agua, para producir soluciones de N2O. Así, la recuperación del N2O purificado requiere pasos de refinación descendentes extensivos y caros. Además, no se contempla que las soluciones de N2O obtenidas por los procesos puedan ser usadas directamente en un proceso de reacción adicional.

A. L. Revelli et al., "Reducing of Nitrous Oxide Emissions Using Ionic Liquids", J. Phys. Chem. B Vol.114 (2010) p.8199-8206 divulga la capacidad de los líquidos iónicos para absorber N2O de emisiones.

La WO 2010/094891 divulga un proceso de tratamiento de utensilios de cocina que incluyen un paso de oxidación, en donde el paso de oxidación puede llevarse a cabo en medio líquido iónico. El N2O se divulga como un agente oxidante adecuado para el paso de oxidación.

Los inventores han descubierto que el uso de un líquido iónico permite al N2O producido en procesos industriales ser absorbido fácil y selectivamente y por lo tanto capturado para su uso posterior, evitando así la declinación desfavorable del N2O gaseoso en la atmósfera. El líquido iónico que contiene N2O así obtenido tiene propiedades particularmente ventajosas como estabilidad térmica y baja presión de vapor lo que permite que el N2O sea recuperado relativamente fácil, si se desea. Los líquidos iónicos también son buenos solventes para una serie de otros sustratos, y esto permite que los líquidos iónicos que contienen N2O obtenidos sean usados directamente como agentes oxidantes en procesos químicos adicionales.

Además, se ha descubierto que los líquidos iónicos que contienen N2O como agentes oxidantes dan conversión favorable de reactantes a los productos, y llevan a selectividad más alta para el producto deseado que las reacciones correspondientes en ausencia de un líquido iónico. Así, el uso de líquidos iónicos que contienen N2O da rendimientos más altos y conversión más alta a los productos de la reacción deseados.

La invención proporciona el uso de un líquido iónico que contiene N2O como un reactivo en una reacción química como un agente oxidante de acuerdo con la reivindicación 1, El líquido iónico que contiene N2O puede ser usado como un reactivo en un número de reacciones diferentes, por ejemplo como un agente de epoxidación, en reacciones de deshidrogenación oxidativa y como un catalizador.

En un aspecto, la invención proporciona el uso de un líquido iónico que contiene N2O como un reactivo en una reacción química para el propósito de mejorar el rendimiento y conversión de la reacción en comparación con una reacción realizada en ausencia de un líquido iónico. En otro aspecto, la invención proporciona el uso de un líquido iónico que contiene N2O como un reactivo en una reacción química para el propósito de mejorar la selectividad de la reacción para el producto deseado en comparación con una reacción realizada en ausencia de un líquido iónico.

En otros aspectos, la invención también proporciona un método correspondiente al uso descrito en la presente. Por lo tanto, la invención proporciona un método de realizar una reacción química, el método comprende... [Seguir leyendo]

1. El uso de un líquido iónico que contiene N2O como un reactivo en una reacción química en donde el líquido iónico que contiene N2O se usa como un agente oxidante, y en donde el líquido iónico que contiene N2O se obtiene por un proceso de reacción que comprende los pasos de:

(a) poner en contacto un reactante con un reactivo para producir un producto y una mezcla de subproductos que comprende N2O; y

(b) poner en contacto la mezcla de subproductos con un líquido iónico para absorber el N2O para producir un líquido iónico que contiene N2O.

2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la reacción para obtener el líquido iónico que contiene N2O es una reacción de oxidación, el reactivo en el paso (a) es un agente oxidante y el producto en el paso (a) es un producto oxidado.

3. El uso de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el agente oxidante es ácido nítrico.

4. El uso de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en donde el reactante en el paso (a) es seleccionado de ciclohexanol, ciclohexanona o una mezcla de ciclohexanol y ciclohexanona y el producto oxidado es ácido adípico.

5. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el reactante en el paso (a) es producido por la hidrogenación de fenol.

6. El uso de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el fenol es producido por la oxidación de benceno.

7. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el uso comprende oxidar benceno para producir fenol.

8. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el uso comprende la deshidrogenación oxidativa de un alcohol a una cetona.

9. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el uso comprende la deshidrogenación oxidativa de buteno a 1, -3-butadieno.

10. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el uso comprende la oxidación de ciclohexeno a ciclohexanol, ciclohexanona o una mezcla de ciclohexanol y ciclohexanona.

11. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el uso comprende la oxidación de ciclododeceno a ciclododecanona.

12. EL uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el líquido iónico que contiene N2O comprende un catión de imidazolio.

13. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el líquido iónico que contiene N2O comprende un catión de N-metil-N'-butilimidazolio.

14. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el líquido iónico que contiene N2O comprende un catión de fosfonio.

15. El uso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el líquido iónico que contiene N2O comprende un catión de tetradeciltrihexil-fosfonio.