IPC分类号 : C07C45/50,C07C47/02,B01J33/00,B01J31/24,B01J31/06
专利摘要
本发明涉及一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法,该方法采用了一种两相催化体系,催化体系由膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体、聚醚吡咯烷盐离子液体、铑催化剂以及反应底物烯烃和反应产物醛组成,在一定的反应温度和合成气压力下进行液/液两相氢甲酰化反应,反应结束后通过简单的两相分离实现铑催化剂的分离和循环,铑催化剂可循环使用多次,催化活性和选择性没有明显的下降,该体系的TOF值达到500‑2700h‑1,催化循环累计TON值达到32215。
权利要求
1.一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法,其特征在于:两相催化反应体系是由离子液体相和有机相构成,离子液体相包括膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体,聚醚吡咯烷盐离子液体和铑催化剂,膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体与铑催化剂中铑的摩尔比是5:1-30:1,聚醚吡咯烷盐离子液体与铑催化剂中铑的摩尔比是30:1-50:1;有机相是反应底物直链1-烯烃或直链内烯烃或上述烯烃的混合物,或反应产物,或上述烯烃和反应产物的混合物;有机相不引入溶剂;氢甲酰化反应在一定的反应温度和合成气压力下进行,反应结束后直接通过离子液体相和有机相的两相分离实现铑催化剂的回收和循环使用;膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体的结构如下:
R
聚醚吡咯烷盐离子液体的结构如下:
R
2.按照权利要求1的一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法,其特征是:在惰性气氛下,将膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体、聚醚吡咯烷盐离子液体、铑催化剂、底物烯烃以一定的比例混合,其中,底物烯烃是直链1-烯烃或直链内烯烃或上述烯烃的混合物,底物烯烃与铑催化剂中铑的摩尔比是1000:1-10000:1;合成气压力是3-7MPa;反应温度是80-110℃;反应时间是0.25-15小时;体系中不加溶剂;反应结束后,通过离子液体相和有机相的两相分离实现铑催化剂的回收,离子液体相通过补加新的烯烃进行下一次催化循环。
3.按照权利要求1的一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法,其特征在于铑催化剂是乙酰丙酮二羰基铑Rh(acac)(CO)
4.按照权利要求1的一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法,其特征在于反应产物是醛、异构化烯烃、烯烃氢化产物中的一种或几种的混合物。
说明书
技术领域
本发明涉及化学化工技术领域,具体地涉及一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法。
背景技术
铑催化的烯烃氢甲酰化反应是典型的原子经济反应,也是目前文献报道较多的羰基化反应,已成为制备高碳醛/醇的理想方法。均相氢甲酰化具有催化活性高、选择性好和反应条件温和的优点,但长期以来,铑催化剂的分离和循环使用问题一直是均相催化领域关注的焦点。
近年来,离子液体作为催化剂载体的液/液两相催化体系发展十分迅速,已成为目前最具有应用前景的两相催化体系之一。离子液体两相氢甲酰化是基于离子液体极低的蒸气压、良好的热稳定性和可控的溶解能力,将铑催化剂溶解,以离子液体充当催化剂的“液体载体”,而底物烯烃和产物醛与离子液体不相混溶,反应结束后通过液/液两相分离实现催化剂的循环。
虽然离子液体两相氢甲酰化在一定程度上解决了铑催化剂的分离循环问题,但离子液体在实际应用中仍然存在很大的局限性。首先,离子液体两相催化体系仍需要大量的离子液体负载和溶解铑催化剂,无论是从经济还是毒理学的角度看,这均不符合绿色化学的要求;二是大量离子液体的应用使底物分子的传质阻力增大,离子液体的负效应(由高粘度、残留杂质等多种复杂因素引起)变得更显著,导致催化活性和选择性严重下降。
最近,我们发明了一类具有室温液-固相变特性的聚醚烷基胍盐离子液体(ZL201210064537.5),并将其应用于铑催化的高碳烯烃两相氢甲酰化反应中,这类新型的功能化离子液体能够有效固载Rh-TPPTS催化剂,并具有显著的稳定铑催化剂的能力,氢甲酰化反应累计TON值达31188。但这一两相体系仍存在以下问题:一是需要较大量的离子液体作为Rh-TPPTS催化剂的载体,离子液体与铑催化剂前体的质量比达到1000:1;二是由于受到两相催化体系传质阻力的限制,催化活性不高,TOF值只有10-200h
在另一专利(CN201310370138.6)中,我们发明了一类新型的膦功能化的聚醚烷基胍盐离子液体,并基于这种新型离子液体构建了一个均相催化体系应用于铑催化的高碳烯烃的氢甲酰化反应,这个催化体系的优点是催化活性较高,但需要在催化体系中引入有机溶剂,这无形中增加了催化剂回收循环以及后处理过程的难度和能耗,同时有机溶剂也会引起环境和安全问题,也不符合绿色化学的要求。
在专利CN201510250460.4中,我们基于膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体构建了烯烃两相氢甲酰化体系。在该体系下,膦功能化的离子液体既有膦配体的特性,能与铑形成络合催化剂,又兼备离子液体的溶剂性能,可充当铑催化剂的载体,因此无需再外加大量的其它离子液体,从根本上解决了离子液体用量过高的难题,同时也将离子液体在催化反应中的负效应降至最小;但该体系的正构醛区域选择性非常差(<80%)。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本专利基于膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体,发明了一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法。发明的两相催化体系仅需外加少量的聚醚吡咯烷盐离子液体PPYRILs作为铑催化剂的载体,不仅具有较高的催化活性(TOF=500-2700h
技术方案:
两相催化反应体系是由离子液体相和有机相构成:离子液体相包括膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体PPPYRILs,聚醚吡咯烷盐离子液体PPYRILs和铑催化剂;有机相是反应底物直链1-烯烃或直链内烯烃或上述烯烃的混合物,或反应产物,或上述烯烃和反应产物的混合物;有机相可引入溶剂,也可不加溶剂;氢甲酰化反应在一定的反应温度和合成气压力下进行,反应结束后可直接通过离子液体相和有机相的两相分离实现铑催化剂的回收和循环使用;也可加入萃取溶剂,然后再通过两相分离实现铑催化剂的回收和循环使用;膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体PPPYRILs的结构如下:
式中:l=1-100;R
式中:R
在本发明中,应用的聚醚吡咯烷盐离子液体PPYRILs的结构式如下:
式中:l=1-100;R
对比实验一(参见实施例1-3):本专利基于聚醚吡咯烷盐离子液体PPYRILs构建了烯烃两相氢甲酰化体系作为对比实验。两相催化体系是由离子液体相和有机相构成:离子液体相包括聚醚吡咯烷盐离子液体PPYRILs、铑催化剂和双膦配体BISBI-(SO3Na)2(o=p=1,q=r=2)、BINA-(SO3Na)2(o=p=1,q=r=2)或Xantphos-(SO3Na)2(o=p=1,q=r=2);有机相是反应底物直链1-烯烃;氢甲酰化反应在一定的反应温度和合成气压力下进行,反应结束后可直接通过离子液体相和有机相的两相分离实现铑催化剂的回收和循环使用。实验结果表明:该两相催化体系具有较高的催化活性(TOF=260-2000h
对比实验二(参见实施例4-6):本专利基于膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体PPPYRILs构建了烯烃两相氢甲酰化体系作为对比实验。两相催化体系是由离子液体相和有机相构成:离子液体相包括膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体PPPYRILs和铑催化剂;有机相是反应底物直链1-烯烃;氢甲酰化反应在一定的反应温度和合成气压力下进行,反应结束后可直接通过离子液体相和有机相的两相分离实现铑催化剂的回收和循环使用。实验结果表明:该两相催化体系的催化活性较高,PPPYRILs与铑催化剂的摩尔比仅为5:1-30:1,无需外加离子液体,从而解决了传统离子液体两相催化体系需要大量离子液体作为催化剂载体的问题;但该体系的正构醛区域选择性较差,仅为61.5-68.8%(正异比1.6:1-2.2:1),主要原因是可能有非双齿配位铑催化剂形成。
在本发明中,将对比实验一和对比实验二两个催化体系的优点加以融合:用膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体PPPYRILs代替对比实验一中的磺酸钠型双膦配体,由于PPPYRILs既有膦配体的特性,能与铑形成络合催化剂,又兼备离子液体的溶剂性能,与离子液体PPYRILs具有很好的相溶性,因此可大大降低外加离子液体PPYRILs的用量(PPYRILs与铑催化剂的摩尔比为30:1-50:1,是对比实验一和ZL201210064537.5中离子液体用量的十分之一);同时,与对比实验二相比,由于在两相体系中引入少量PPYRILs,PPPYRILs被稀释,更易形成双齿配位的铑催化剂,该体系的正构醛区域选择性提高至95.0-98.0%(正异比19.0:1-45.0:1)。
典型的基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法如下:在惰性气氛下,将膦功能化的聚醚吡咯烷盐离子液体PPPYRILs、聚醚吡咯烷盐离子液体PPYRILs、铑催化剂、底物烯烃以一定的比例混合,其中,底物烯烃是直链1-烯烃或直链内烯烃或上述烯烃的混合物,PPPYRILs与铑催化剂中铑的摩尔比是3:1-100:1,最好是5:1-30:1;PPYRILs与铑催化剂的摩尔比是10:1-300:1,最好是30:1-50:1;底物烯烃与铑催化剂中铑的摩尔比是100:1-20000:1,最好是1000:1-10000:1;合成气压力是1-10MPa,最好是3-7MPa;反应温度是70-130℃,最好是80-110℃;反应时间是0.25-15小时;体系中可引入溶剂,也可不加溶剂,如果加入溶剂,溶剂与烯烃的体积比是1:10-10:1;反应结束后,通过离子液体相和有机相的两相分离实现铑催化剂的回收,也可加入萃取溶剂,然后通过两相分离实现铑催化剂与有机相的分相,离子液体相通过补加新的烯烃可进行下一次催化循环。
本发明中,铑催化剂是乙酰丙酮二羰基铑Rh(acac)(CO)2、RhCl3·3H2O、[Rh(COD)2]BF4或[Rh(COD)Cl]2,COD为1,5-环辛二烯。
本发明中,反应产物是醛、异构化烯烃、烯烃氢化产物中的一种或几种的混合物。
本发明中,有机相引入的有机溶剂或萃取溶剂是:石油醚、环己烷、C6-C12烷烃、乙醚、甲基叔丁基醚中的一种或上述溶剂中几种的混合物。
具体实施方式
实施例1
Rh(acac)(CO)2/BISBI-(SO3Na)2(o=p=1,q=r=2)/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr][CH3SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、BISBI-(SO3Na)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr][CH3SO3
实施例2
Rh(acac)(CO)2/BINA-(SO3Na)2(o=p=1,q=r=2)/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr][CH3SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、BINA-(SO3Na)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr][CH3SO3
实施例3
Rh(acac)(CO)2/Xantphos-(SO3Na)2(o=p=1,q=r=2)/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr][CH3SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、Xantphos-(SO3Na)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr][CH3SO3
实施例4
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BISBI-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BISBI-(SO3
实施例5
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BINA-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BINA-(SO3
实施例6
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例7
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BISBI-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BISBI-(SO3
实施例8
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BINA-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[BINA-(SO3
实施例9
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例10
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)4Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
离子液体换为[(N-(EO)4Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例11
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)100Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
离子液体换为[(N-(EO)100Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例12
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16CH3)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
离子液体换为[(N-(EO)16CH3)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例13
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16(n-C12H25))(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
离子液体换为[(N-(EO)16(n-C12H25))(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例14
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-n-C16H33)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
离子液体换为[(N-(EO)16Ph)(N-n-C16H33)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例15
RhCl3·3H2O/[(N-(EO)16Ph)(N-(EO)16Ph)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
铑催化剂换为RhCl3·3H2O,离子液体换为[(N-(EO)16Ph)(N-(EO)16Ph)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
实施例16
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
体系中加入正庚烷,正庚烷与1-辛烯的体积比为2:1,其余反应条件与步骤同实施例9,气相色谱分析结果为:1-辛烯的转化率为53.7%,醛的化学选择性84.6%,正构醛与异构醛的摩尔比为20.0:1.0(正构醛的区域选择性95.2%),TOF值为909h
实施例17
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
烯烃换为1-己烯,其余反应条件与步骤同实施例9,气相色谱分析结果为:1-己烯的转化率为92.4%,醛的化学选择性95.3%,正构醛与异构醛的摩尔比为25.0:1.0(正构醛的区域选择性96.2%),TOF值为1761h
实施例18
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
烯烃换为1-十四烯,其余反应条件与步骤同实施例9,气相色谱分析结果为:1-十四烯的转化率为61.0%,醛的化学选择性87.5%,正构醛与异构醛的摩尔比为21.0:1.0(正构醛的区域选择性95.5%),TOF值为1068h
实施例19
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
烯烃换为2-辛烯,反应时间为1h,其余反应条件与步骤同实施例9,气相色谱分析结果为:2-辛烯的转化率为70.8%,醛的化学选择性78.4%,正构醛与异构醛的摩尔比为19.0:1.0(正构醛的区域选择性95.0%),TOF值为555h
实施例20-56
Rh(acac)(CO)2/[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
在惰性气氛下,向不锈钢高压反应釜中加入Rh(acac)(CO)2、[(N-(EO)16Ph)(N-CH3)Pyrr]2[Xantphos-(SO3
表1铑催化剂的循环实验
一种基于膦功能化聚醚吡咯烷盐离子液体的烯烃两相氢甲酰化高选择性制备正构醛的方法专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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