專利名稱：由環(huán)氧乙烷制備的丁二酸酐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
酸酐，尤其丁二酸酐是多種應(yīng)用中常用的有價值的反應(yīng)性中間物。舉例來說，在共聚物中使用酸酐產(chǎn)生生物可降解的聚酯。此外，酸酐是有機合成中有效的中間物，因為其易于開環(huán)形成二元酸或其它衍生物。丁二酸酐尤其適用作4碳型通用化學品(如四氫呋喃、Y 丁內(nèi)酯和1，4_ 丁二醇)的前驅(qū)體。早先的酸酐(包括丁二酸酐)生產(chǎn)方法包括使相應(yīng)酸脫水或使順丁烯二酸酐氫化。其它生產(chǎn)方法包括炔烴、鏈烯酸和內(nèi)酯的催化羰基化作用。許多方法具有產(chǎn)量低、產(chǎn)生許多副產(chǎn)物或缺乏通用性的缺點。尋求一種新穎方法，其可以使用經(jīng)濟上更合算的起始物質(zhì)。美國專利第6，852，865號公開了一般類型[路易斯酸(Lewis acid) ] +[M(CO)J_的一種明確定義的雙金屬催化劑，其用于應(yīng)變雜環(huán)的環(huán)擴展羰基化作用。相關(guān)催化劑可使所得β_內(nèi)酯以高產(chǎn)率羰基化為丁二酸酐，同時保留立體化學純度。鑒于對映異構(gòu)性純環(huán)氧化物的許多合成方法和產(chǎn)生內(nèi)酯的環(huán)氧化物羰基化作用的新發(fā)展，這些內(nèi)酯的后續(xù)羰基化作用組成用于立體選擇性合成丁二酸酐的通用型兩步驟方法(方案I)。
權(quán)利要求
1.一種合成酸酐的方法，其包含以下步驟: a)在反應(yīng)條件下向反應(yīng)容器中供應(yīng)包含環(huán)氧化物、至少一種催化劑、至少一種溶劑和一氧化碳的反應(yīng)流，以促進環(huán)氧乙烷的雙羰基化作用，從而在連續(xù)流動過程中在所述反應(yīng)流中形成酸酐； b)在引起所述酸酐結(jié)晶的條件下處理所述含有酸酐的反應(yīng)流，使得所述反應(yīng)流包含結(jié)晶酸酐和液相，所述液相包含催化劑和溶劑； c)使所述結(jié)晶酸酐與所述液相分離；和 d)將所述催化劑和所述溶劑再循環(huán)到所述包含所述環(huán)氧化物的反應(yīng)流中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)是在絕熱蒸發(fā)冷卻結(jié)晶器中進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟c)是在轉(zhuǎn)筒式過濾器中進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟d)包含在將包含所述催化劑和所述溶劑的溶液返回到所述反應(yīng)流中之前將所述溶液供應(yīng)到回收閃蒸罐中以分離揮發(fā)性物質(zhì)的子步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其進一步包含通過進行至少一個選自由以下步驟組成的群組的步驟來處理所述溶液:干燥所述溶液；加熱或冷卻所述溶液；移除廢催化劑；添加溶劑；和這些步驟中的兩者或兩者以上的任何組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述環(huán)氧化物是選自由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、表氯醇、1，2_環(huán)氧丁烷、2，4環(huán)氧丁烷和C5_3(la烯烴的氧化物組成的群組。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述環(huán)氧化物是環(huán)氧乙烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述酸酐是選自由丁二酸酐、甲基丁二酸酐、氯甲基丁二酸酐、乙基丁二酸酐或C5,酸酐組成的群組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述酸酐是丁二酸酐。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約50磅/平方英寸到約5000磅/平方英寸的壓力下進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約50磅/平方英寸到約2000磅/平方英寸的壓力下進行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約200磅/平方英寸到約1000磅/平方英寸的壓力下進行。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約200磅/平方英寸到約600磅/平方英寸的壓力下進行。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約0°C到約125°C的溫度下進行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約30°C到約100°C的溫度下進行。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反應(yīng)是在約40°C到約80°C的溫度下進行。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述反應(yīng)是在穩(wěn)態(tài)反應(yīng)條件下操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述反應(yīng)是在穩(wěn)態(tài)反應(yīng)條件下操作。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述雙羰基化作用是在一個或一個以上連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器中進行。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述雙羰基化作用是在一個或一個以上塞式流動反應(yīng)器中進行。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述雙羰基化反應(yīng)是在絕熱反應(yīng)器中進行。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述絕熱反應(yīng)器是管狀反應(yīng)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述絕熱反應(yīng)器是殼管式反應(yīng)器。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑是選自由以下溶劑組成的群組:1，4_二噁烷；1，3_ 二噁烷；四氫呋喃；四氫吡喃；二甲氧基乙烷；甘醇二甲醚；乙醚；叔丁基甲基醚；2，5_ 二甲基四氫呋喃；乙酸乙酯；乙酸丙酯；乙酸丁酯；丙酮；2-丁酮；環(huán)己酮；甲苯；乙腈；二氟苯以及其組 合。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述溶劑包含1，4_二噁烷。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種催化劑是單一催化劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述單一催化劑是[(ClTPP)Al (THF)2]+ [Co (CO)4]-,其中ClTPP是間-四(4-氯苯基)口卜啉并且THF是四氫呋喃。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種催化劑包含:第一催化劑，其經(jīng)選擇以促進所述雙羰基化作用中的第一羰基化作用；和與所述第一催化劑不同的第二催化齊U，其經(jīng)選擇以促進所述雙羰基化作用中的第二羰基化作用。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化劑包含金屬羰基化合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述金屬羰基化合物具有式[QMy(C0)w]x_，其中: Q是任何配體并且未必存在； M是金屬原子； y是整數(shù)I到6，包括I和6; w是一個例如以提供所述穩(wěn)定金屬羰基的數(shù)值；并且 X是整數(shù)-3到+3，包括-3和+3。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中M是選自由以下各項組成的群組:T1、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、N1、Pd、Cu、Zn、Al、Ga 和 In。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中M是Co。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述羰基化作用催化劑進一步包含路易斯酸性共催化劑(Lewis acidic co-catalyst)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述金屬羰基化合物是陰離子性，并且所述路易斯酸性共催化劑是陽離子性。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述金屬羰基絡(luò)合物包含羰基鈷酸鹽并且所述路易斯酸性共催化劑包含以金屬為中心的路易斯酸(Lewis acid)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述以金屬為中心的路易斯酸是式[M'(L)b]&的金屬絡(luò)合物，其中: M'是金屬；每個L是配體； b是整數(shù)I到6，包括I和6; c是1、2或3 ;并且 其中，如果存在一個以上L，則每個L可相同或不同。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中M'是選自由過渡金屬、第13族或第14族金屬和鑭系元素組成的群組。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中W是過渡金屬或第13族金屬。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中M'是選自由鋁、鉻、銦和鎵組成的群組。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中M'是鋁。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中IT是鉻。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述路易斯酸包括雙陰離子性四配位基配體。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述雙陰離子性四配位基配體是選自由以下各項組成的群組:fl卜啉衍生物；薩倫衍生物(salen derivative) ;二苯并四甲基四氮雜[14]輪烯(tmtaa)衍生物；酞菁衍生物；和特羅斯特配體(Trost ligand)衍生物。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟c)包含過濾所述反應(yīng)流的子步驟。
45.一種丁二酸酐合成系統(tǒng)，其包含: 一氧化碳源； 環(huán)氧乙烷源； 溶劑源； 催化劑源； 至少一個反應(yīng)容器，通過所述一氧化碳源、所述環(huán)氧乙烷源、所述溶劑源和所述催化劑源向其供應(yīng)反應(yīng)流，所述反應(yīng)流包含一氧化碳、環(huán)氧乙烷、溶劑和催化劑； 絕熱蒸發(fā)冷卻結(jié)晶器，其由所述至少一個反應(yīng)容器提供進料； 轉(zhuǎn)筒式過濾器，其由所述絕熱蒸發(fā)冷卻結(jié)晶器提供進料；和 固體干燥器，其由所述轉(zhuǎn)筒式過濾器提供進料。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的合成系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)容器包含管狀反應(yīng)器。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的合成系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)容器包含殼管式絕熱反應(yīng)器。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的合成系統(tǒng)，其中所述絕熱蒸發(fā)冷卻結(jié)晶器包含進料冷卻器和結(jié)晶器閃蒸罐。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的合成系統(tǒng)，其中所述一氧化碳源包含: 甲烷源； 蒸汽重整單元，其由所述甲烷源提供進料； 氫變壓吸附單元，其由所述蒸汽重整單元提供進料； 一氧化碳變壓吸附單元，其由所述氫變壓吸附單元提供進料； 一氧化碳壓縮器，其由所述一氧化碳變壓吸附單元提供進料；和 一氧化碳干燥器，其由所述一氧化碳壓縮器提供進料。
50.根據(jù)權(quán)利要求45所述的合成系統(tǒng)，其中所述溶劑源包含: 溶劑卸載泵； 溶劑干燥器，其由所述溶劑卸載泵提供進料；和溶劑儲存槽，其由所述溶劑干燥器提供進料；和 溶劑裝料泵，其由所述溶劑儲存槽提供進料。
51.根據(jù)權(quán)利要求45所述的合成系統(tǒng)，其中所述催化劑源包含催化劑混合槽和由所述催化劑混合槽提供進料的催化劑裝料泵，其中所述溶劑裝料泵將溶劑供應(yīng)到所述催化劑混合槽中 。
全文摘要
連續(xù)流動系統(tǒng)和方法通過環(huán)氧乙烷與一氧化碳和至少一種催化劑的雙羰基化作用產(chǎn)生丁二酸酐。在一些實施例中，使用單一催化劑進行所述雙羰基化作用。在其它實施例中，使用第一催化劑促進第一羰基化作用，并且使用與所述第一催化劑不同的第二催化劑促進第二羰基化作用。通過結(jié)晶從產(chǎn)物流分離所述丁二酸酐并且所述催化劑被再循環(huán)到所述反應(yīng)流中。
文檔編號C07D307/60GK103140482SQ201180047249
公開日2013年6月5日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月28日
發(fā)明者斯科特·D·艾倫, 伯納德·杜安·東貝克, 奧蘭·斯坦利·弗魯徹, 奈·A·克林頓 申請人:諾沃梅爾公司