专利名称：由环氧乙烷制备的丁二酸酐的制作方法
技术领域：
背景技术：
酸酐，尤其丁二酸酐是多种应用中常用的有价值的反应性中间物。举例来说，在共聚物中使用酸酐产生生物可降解的聚酯。此外，酸酐是有机合成中有效的中间物，因为其易于开环形成二元酸或其它衍生物。丁二酸酐尤其适用作4碳型通用化学品(如四氢呋喃、Y 丁内酯和1，4_ 丁二醇)的前驱体。早先的酸酐(包括丁二酸酐)生产方法包括使相应酸脱水或使顺丁烯二酸酐氢化。其它生产方法包括炔烃、链烯酸和内酯的催化羰基化作用。许多方法具有产量低、产生许多副产物或缺乏通用性的缺点。寻求一种新颖方法，其可以使用经济上更合算的起始物质。美国专利第6，852，865号公开了一般类型[路易斯酸(Lewis acid) ] +[M(CO)J_的一种明确定义的双金属催化剂，其用于应变杂环的环扩展羰基化作用。相关催化剂可使所得β_内酯以高产率羰基化为丁二酸酐，同时保留立体化学纯度。鉴于对映异构性纯环氧化物的许多合成方法和产生内酯的环氧化物羰基化作用的新发展，这些内酯的后续羰基化作用组成用于立体选择性合成丁二酸酐的通用型两步骤方法(方案I)。
权利要求
1.一种合成酸酐的方法，其包含以下步骤: a)在反应条件下向反应容器中供应包含环氧化物、至少一种催化剂、至少一种溶剂和一氧化碳的反应流，以促进环氧乙烷的双羰基化作用，从而在连续流动过程中在所述反应流中形成酸酐； b)在引起所述酸酐结晶的条件下处理所述含有酸酐的反应流，使得所述反应流包含结晶酸酐和液相，所述液相包含催化剂和溶剂； c)使所述结晶酸酐与所述液相分离；和 d)将所述催化剂和所述溶剂再循环到所述包含所述环氧化物的反应流中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)是在绝热蒸发冷却结晶器中进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)是在转筒式过滤器中进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤d)包含在将包含所述催化剂和所述溶剂的溶液返回到所述反应流中之前将所述溶液供应到回收闪蒸罐中以分离挥发性物质的子步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含通过进行至少一个选自由以下步骤组成的群组的步骤来处理所述溶液:干燥所述溶液；加热或冷却所述溶液；移除废催化剂；添加溶剂；和这些步骤中的两者或两者以上的任何组合。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述环氧化物是选自由环氧乙烷、环氧丙烷、表氯醇、1，2_环氧丁烷、2，4环氧丁烷和C5_3(la烯烃的氧化物组成的群组。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述环氧化物是环氧乙烷。
8.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述酸酐是选自由丁二酸酐、甲基丁二酸酐、氯甲基丁二酸酐、乙基丁二酸酐或C5,酸酐组成的群组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述酸酐是丁二酸酐。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约50磅/平方英寸到约5000磅/平方英寸的压力下进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约50磅/平方英寸到约2000磅/平方英寸的压力下进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约200磅/平方英寸到约1000磅/平方英寸的压力下进行。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约200磅/平方英寸到约600磅/平方英寸的压力下进行。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约0°C到约125°C的温度下进行。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约30°C到约100°C的温度下进行。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一羰基化反应是在约40°C到约80°C的温度下进行。
17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述反应是在稳态反应条件下操作。
18.根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法，其中所述反应是在稳态反应条件下操作。
19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述双羰基化作用是在一个或一个以上连续搅拌槽式反应器中进行。
20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述双羰基化作用是在一个或一个以上塞式流动反应器中进行。
21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述双羰基化反应是在绝热反应器中进行。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述绝热反应器是管状反应器。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述绝热反应器是壳管式反应器。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂是选自由以下溶剂组成的群组:1，4_二噁烷；1，3_ 二噁烷；四氢呋喃；四氢吡喃；二甲氧基乙烷；甘醇二甲醚；乙醚；叔丁基甲基醚；2，5_ 二甲基四氢呋喃；乙酸乙酯；乙酸丙酯；乙酸丁酯；丙酮；2-丁酮；环己酮；甲苯；乙腈；二氟苯以及其组 合。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述溶剂包含1，4_二噁烷。
26.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种催化剂是单一催化剂。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述单一催化剂是[(ClTPP)Al (THF)2]+ [Co (CO)4]-,其中ClTPP是间-四(4-氯苯基)口卜啉并且THF是四氢呋喃。
28.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种催化剂包含:第一催化剂，其经选择以促进所述双羰基化作用中的第一羰基化作用；和与所述第一催化剂不同的第二催化齐U，其经选择以促进所述双羰基化作用中的第二羰基化作用。
29.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包含金属羰基化合物。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述金属羰基化合物具有式[QMy(C0)w]x_，其中: Q是任何配体并且未必存在； M是金属原子； y是整数I到6，包括I和6; w是一个例如以提供所述稳定金属羰基的数值；并且 X是整数-3到+3，包括-3和+3。
31.根据权利要求30所述的方法，其中M是选自由以下各项组成的群组:T1、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、N1、Pd、Cu、Zn、Al、Ga 和 In。
32.根据权利要求30所述的方法，其中M是Co。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述羰基化作用催化剂进一步包含路易斯酸性共催化剂(Lewis acidic co-catalyst)。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述金属羰基化合物是阴离子性，并且所述路易斯酸性共催化剂是阳离子性。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述金属羰基络合物包含羰基钴酸盐并且所述路易斯酸性共催化剂包含以金属为中心的路易斯酸(Lewis acid)。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述以金属为中心的路易斯酸是式[M'(L)b]&的金属络合物，其中: M'是金属；每个L是配体； b是整数I到6，包括I和6; c是1、2或3 ;并且 其中，如果存在一个以上L，则每个L可相同或不同。
37.根据权利要求36所述的方法，其中M'是选自由过渡金属、第13族或第14族金属和镧系元素组成的群组。
38.根据权利要求36所述的方法，其中W是过渡金属或第13族金属。
39.根据权利要求36所述的方法，其中M'是选自由铝、铬、铟和镓组成的群组。
40.根据权利要求36所述的方法，其中M'是铝。
41.根据权利要求36所述的方法，其中IT是铬。
42.根据权利要求36所述的方法，其中所述路易斯酸包括双阴离子性四配位基配体。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述双阴离子性四配位基配体是选自由以下各项组成的群组:fl卜啉衍生物；萨伦衍生物(salen derivative) ;二苯并四甲基四氮杂[14]轮烯(tmtaa)衍生物；酞菁衍生物；和特罗斯特配体(Trost ligand)衍生物。
44.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包含过滤所述反应流的子步骤。
45.一种丁二酸酐合成系统，其包含: 一氧化碳源； 环氧乙烷源； 溶剂源； 催化剂源； 至少一个反应容器，通过所述一氧化碳源、所述环氧乙烷源、所述溶剂源和所述催化剂源向其供应反应流，所述反应流包含一氧化碳、环氧乙烷、溶剂和催化剂； 绝热蒸发冷却结晶器，其由所述至少一个反应容器提供进料； 转筒式过滤器，其由所述绝热蒸发冷却结晶器提供进料；和 固体干燥器，其由所述转筒式过滤器提供进料。
46.根据权利要求45所述的合成系统，其中所述反应容器包含管状反应器。
47.根据权利要求45所述的合成系统，其中所述反应容器包含壳管式绝热反应器。
48.根据权利要求45所述的合成系统，其中所述绝热蒸发冷却结晶器包含进料冷却器和结晶器闪蒸罐。
49.根据权利要求45所述的合成系统，其中所述一氧化碳源包含: 甲烷源； 蒸汽重整单元，其由所述甲烷源提供进料； 氢变压吸附单元，其由所述蒸汽重整单元提供进料； 一氧化碳变压吸附单元，其由所述氢变压吸附单元提供进料； 一氧化碳压缩器，其由所述一氧化碳变压吸附单元提供进料；和 一氧化碳干燥器，其由所述一氧化碳压缩器提供进料。
50.根据权利要求45所述的合成系统，其中所述溶剂源包含: 溶剂卸载泵； 溶剂干燥器，其由所述溶剂卸载泵提供进料；和溶剂储存槽，其由所述溶剂干燥器提供进料；和 溶剂装料泵，其由所述溶剂储存槽提供进料。
51.根据权利要求45所述的合成系统，其中所述催化剂源包含催化剂混合槽和由所述催化剂混合槽提供进料的催化剂装料泵，其中所述溶剂装料泵将溶剂供应到所述催化剂混合槽中 。
全文摘要
连续流动系统和方法通过环氧乙烷与一氧化碳和至少一种催化剂的双羰基化作用产生丁二酸酐。在一些实施例中，使用单一催化剂进行所述双羰基化作用。在其它实施例中，使用第一催化剂促进第一羰基化作用，并且使用与所述第一催化剂不同的第二催化剂促进第二羰基化作用。通过结晶从产物流分离所述丁二酸酐并且所述催化剂被再循环到所述反应流中。
文档编号C07D307/60GK103140482SQ201180047249
公开日2013年6月5日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年8月28日
发明者斯科特·D·艾伦, 伯纳德·杜安·东贝克, 奥兰·斯坦利·弗鲁彻, 奈·A·克林顿 申请人:诺沃梅尔公司