(57)【要約】   本発明は,直鎖もしくは環状エーテルをアルキレンオキシドとルイス酸の存在において反応させることによって, アルキレングリコールジエーテルを製造する方法を提供する。その方法は、ルイス酸が,  HBF4および/またはBF3が1重量部と、H2SO4, HNO3および/またはH3PO4 0.1〜10 重量部との混合物であることを特徴とする。新規な触媒系は、ジオキサンまたはジメチルトリエチレングリコールのような望まれていない副産物を減少させ、そしてジメチルグリコールおよびジメチルジグリコールのような価値のある物質の量を増大させることを可能にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
直鎖もしくは環状エーテルをアルキレンオキシドとルイス酸の存在において反応させることによって, アルキレングリコールジエーテルを製造する方法であって、ルイス酸は,  HBF4および/またはBF3 1重量部と、H2SO4, HNO3および/またはH3PO4 0.1〜10 重量部との混合物である、アルキレングリコールジエーテルを製造する方法。
【請求項２】
エーテルが下記式： 
R1-O-R2
（式中、R1は、C1〜C12-アルキル基であり, R2 は、C1〜C12-アルキル基またはフェニルもしくはベンジル基であり, あるいはR1およびR2は、酸素原子を包含して, 原子5, 6または7 個を有する環を形成する）
に相当する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
アルキレンオキシドが下記式：
【化１】
2009504580.tif 000004
（式中、Rは、H, ハロゲン, C1-C10-アルキル, フェニルまたはベンジルである）
に相当する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ホウ素化合物対鉱酸の比が1:(0.3-5)である、請求項１〜３のいずれか一に記載の方法。
【請求項５】
ジクロロメタン, ニトロメタン, ベンゼン, トルエン, アセトン, 酢酸エーテル, ジオキサン, メタノール, エタノール, プロパノール, ブタノール, メチルグリコール, メチルジグリコール, メチルトリグリコール, またはモノ-もしくはポリアルキレングリコールジメチルエーテルから選択する溶媒を使用する、請求項１〜４のいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
使用する鉱酸がH2SO4および/またはH3PO4である、請求項１〜５のいずれか一に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な触媒系によって連結された(catenated)アルキレングリコールジエーテルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルキレングリコールジエーテルは、しばらくの間極性不活性溶媒として使用されてきた。それらを製造するために, 間接プロセス, 例えばウィリアムソン(Williamson)エーテル合成(K. Weissermel, H. J. Arpe, "Industrielle Organische Chemie" [Industrial Organic Chemistry], 1998, page 179) またはジグリコールエーテルホルマールの水素化(DE-A-24 34 057) が産業上採用されまたは記載され, そしてまた、 直接プロセス, 例えば 、BF3 (DE-A-3 128 962とともにUS-4 146 736, DE-A-2 741 676およびDE-A-2 640 505) またはSnCl4 (DE-A-3 025 434)のようなルイス酸の存在において、アルキレンオキシドを連鎖されたエーテル中に入れることも産業上採用されまたは記載されている。
【０００３】
直接プロセスの技術的な利点は、製造プロセスを簡素化することに在るばかりでなく, また、ウィリアムソン合成の場合のように、多量の塩化ナトリウムまたは硫酸ナトリウムのような副産物がまたはホルマール水素化の場合のように、グリコールエーテルが形成されないことに在る。従って、それらは、経済的に相当に安価なプロセスである。
【０００４】
DE-A-3 025 434に従えば、直接プロセスの不利の一つは、多量の環状アルキレンオキシド二量体 (例えば1,4-ジオキサン) の形成が避けられないことである。これらの環状二量体は、2分子のアルキレンオキシドが環化することによって形成する。従って、 DE-A-3 025 434は、塩化スズ(IV)または三フッ化ホウ素を、活性な水素を有する化合物と共に触媒系として使用するプロセスについて記載している。掲記される活性な水素を有する化合物は、水の他に, また、 種々のアルコールおよび種々の有機酸である。このプロセスにおいて得られるジオキサンの量は、12.9〜24.4%である。しかし, このプロセスの不利は、異なるポリグリコールジメチルエーテルの分子質量分布が非常に広く, 異なるポリグリコールジメチルエーテルを複雑な様式で互いに分離しなければならない。
【０００５】
DE-A-2 741 676 は、金属ハロゲン化物, 例えば三フッ化ホウ素を, ホウ酸, 好ましくは正ホウ酸H3BO3とともに触媒として使用することについて記載している。このプロセスでは, ジオキサン含有率は、3.8%に低減させることができ, そして分子質量分布は,  DE-A-3 025 434に従うプロセスに比べて広くない。しかし, 両方のプロセスにおいて, 10〜15%のジメチルトリエチレングリコールが形成され, それの沸点が275°Cと高いことにより、やっとのことで販売することができるにすぎない。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ジアルキルエーテルからのポリアルキレングリコールジアルキルエーテルの製造の収率および選択性を改良するために、新しい触媒組成物が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
今、驚くべきことに, それら自体知られている特定の触媒の混合物が、挿入反応の収率および選択性の両方を相当に改良することを見出した。新規な触媒系によって, 形成される望まれていない副産物, 例えばジオキサンまたはジメチルトリエチレングリコールのレベルが低くなり, そして価値のある物質であるジメチルグリコールおよびジメチルジグリコールの割合が高くなる。
【０００８】
従って、本発明は,直鎖もしくは環状エーテルをアルキレンオキシドとルイス酸の存在において反応させることによって, アルキレングリコールジエーテルを製造する方法を提供するものであり、ルイス酸は,  HBF4および/またはBF31重量部と、H2SO4, HNO3および/またはH3PO4 0.1〜10 重量部との混合物である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に従う方法では、直鎖もしくは環状エーテル, アルキレンオキシドおよび必要とされるルイス酸を、液状形態で(必要ならば、加圧下で)、反応装置の中に計量して入れる。反応を、圧力0〜30バール (標準圧力より高い), 好ましくは圧力8〜20 バール, および温度0°C〜200°C, 好ましくは20°C〜100°Cで行う。反応体を転化した後に, 形成された生成物を含む反応混合物を、減圧容器によって標準圧力にもたらしそして次いで、仕上げる。
【００１０】
本発明に従うプロセス用の出発原料として使用することができるエーテルは、低級アルキル基を有する種々のエーテル, および特に式1のものを含む：
R1-O-R2     (1)
式中、R1は、 C1〜C12-アルキル基であり, R2 は、C1〜C12-アルキル基またはフェニルもしくはベンジル基であり, あるいはR1およびR2は、酸素原子を包含して, 原子5, 6または7 個を有する環を形成する。
【００１１】
R1およびR2は、各々独立にC1〜C4-アルキル, 特にメチルまたはエチルであるのが好ましい。
【００１２】
R1 および R2が環を形成する場合には, それは、下記式に相当する： 
【００１３】
【化１】
2009504580.tif 000002
【００１４】
式中、nは、2, 3または4である。好適な環状化合物は、テトラヒドロフランである。
【００１５】
種々のアルキレンオキシドを、本発明に従って使用することができる。. 好ましいのは、式 2の化合物である：
【００１６】
【化２】
2009504580.tif 000003
【００１７】
式中、Rは、水素, ハロゲン, 炭素原子1〜10個を有するアルキル基, フェニル基またはベンジル基である。
【００１８】
適したアルキレンオキシドの例は、エチレンオキシド, プロピレンオキシド, ブチレンオキシド, エピクロロヒドリン, スチレンオキシドおよびこれらの化合物の混合物である。特に好ましいのは、エチレンオキシドおよび プロピレンオキシドである。
【００１９】
本発明に従うプロセスによって得られる化合物は、下記式に相当する： 
R1-O-[-(CH2)x-O]y-R2
式中、各々独立に,
R1は、C1〜C12-アルキルであり、
R2は、C1〜C12-アルキル, またはフェニル基またはベンジル基であり、
xは、1〜6の整数であり、
yは、1〜20の整数である。
【００２０】
R1およびR2は、各々メチルまたはエチル基, 特にメチル基であるのが好ましい。
【００２１】
新規な触媒は、第一に、HBF4および/またはBF3を, および第二に、 H2SO4, HNO3および/またはH3PO4を, 重量比1: (0.1-10), 好ましくは1: (0.3-5), 特に1: (0.5-3)で含む。
【００２２】
第一に、HBF4およびBF3, および/または第二に、H2SO4, HNO3およびH3PO4から選択する少なくとも2種の酸を, 混合物で触媒として使用する場合に, 上に特定した重量比がこれらの 混合物に適用する。
【００２３】
特に好適な酸は、H2SO4およびH3PO4である。
【００２４】
本発明に従うプロセスにおいて、触媒を製造する際に、溶媒が利点, 例えば、溶解度の増大, および/または粘度の上昇/低下および/または反応熱の除去を生じさせる場合に、溶媒を採用することが可能である。それらの例は、不活性溶媒, 例えば、ジクロロメタン, ニトロメタン, ベンゼン, トルエン, アセトン, 酢酸エーテル, またはジオキサンあるいは活性溶媒, 例えば、メタノール, エタノール, プロパノール, ブタノール, メチルグリコール, メチルジグリコール, メチルトリグリコール, または目標物質それら自体, 例えば、モノ-, ジ-, トリ-, テトラ-もしくはポリアルキレングリコールジメチルエーテルである。
【００２５】
本発明に従うプロセスにおいて、アルキレングリコールジエーテルを連続または回分式プロセスで良好な収率で製造することが可能である。
【実施例】
【００２６】
比較例 1:   HBF4 触媒作用
窒素パージした1リットルスチールオートクレーブに、初めに、ホウフッ化水素酸200 mg (2.28 mモル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル) を仕込んだ。55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 mモル)を迅速に加えた。圧力が13 バールへと下がった後に, 撹拌を、55°Cで更に50分間続けた。過剰のジメチルエーテルが放出された後に, 残っているものは、下記の組成を有する液状残分24.4 g であった：
ジメチルエチレングリコール  53.0%
1,4-ジオキサン  7.6%
メチルグリコール  3.3%
ジメチルジエチレングリコール  15.3%
メチルジグリコール  4.6%
ジメチルトリエチレングリコール   5.0%
メチルトリグリコール  2.8%
メチルテトラグリコール  0.2%
未知試料  8.2%
【００２７】
比較例 2:   BF3 触媒作用
窒素パージした1リットルスチールオートクレーブに、初めに、三フッ化ホウ素ジメチルエーテラート(etherate)297 mg (2.61 mモル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル)を仕込んだ。55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 mモル)を迅速に加えた。圧力が13 バールへと下がった後に, 撹拌を、55°Cで更に50分間継けた。過剰のジメチルエーテルが放出された後に, 残っているものは、下記の組成を有する液状残分5.40 g であった：
ジメチルエチレングリコール  55.7%
1,4-ジオキサン  9.4%
メチルグリコール  1.0%
ジメチルジエチレングリコール  15.4%
メチルジグリコール  3.3%
ジメチルトリエチレングリコール   5.7%
メチルトリグリコール  1.8%
ジメチルテトラグリコール  2.5%
メチルテトラグリコール  0.2%
ジメチルペンタグリコール  0.9%
未知試料  4.1%
【００２８】
比較例 3:   H2SO4 触媒作用
窒素パージした1リットルスチールオートクレーブに、初めに、硫酸461 mg (4.56 mモル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル) を仕込んだ。55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 mモル)を迅速に加えた。圧力が13 バールへと下がった後に, 撹拌を、 55°Cで更に50分間続けそして次いで、過剰のジメチルエーテルを駆逐した。下記の組成を有する液状残分0.7 gを単離することができた：
ジメチルエチレングリコール  0.0%
1,4-ジオキサン  5.1%
メチルグリコール  17.2%
ジメチルジエチレングリコール  1.2%
メチルジグリコール  8.6%
ジメチルトリエチレングリコール   3.7%
メチルトリグリコール  0.0%
ジメチルテトラグリコール  35.1%
未知試料  29.1%
【００２９】
実施例 4:   HBF4/H2SO4 触媒作用
比較例 1と同じように, 1リットルスチールオートクレーブに、初めに、ホウフッ化水素酸200 mg (2.28 mモル), 硫酸231 mg (2.28 mモル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル) を仕込み, そして55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 モル)を加えた。50分間の継続反応時間そしてジメチルエーテルを駆逐した後に、残分30.7 gが単離された。残分は、下記の組成を有した：
ジメチルエチレングリコール  59.9%
1,4-ジオキサン  2.1%
メチルグリコール  6.8%
ジメチルジエチレングリコール  17.8%
メチルジグリコール  3.0%
ジメチルトリエチレングリコール   4.3%
メチルトリグリコール  0.7%
ジメチルテトラグリコール  1.2%
ジメチルペンタグリコール  0.3%
未知試料  3.9%
【００３０】
実施例 5:   HBF4/H3PO4 触媒作用
比較例 1と同じように, 1リットルスチールオートクレーブに、初めに、ホウフッ化水素酸200 mg (2.28 mモル), リン酸223 mg (2.28 mモル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル) を仕込み, そして55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 モル)を加えた。50分間の継続反応時間そしてジメチルエーテルを駆逐した後に、残分23.8 gが単離された。残分は、下記の組成を有した：
ジメチルエチレングリコール  60.1%
1,4-ジオキサン  1.7%
メチルグリコール  5.0%
ジメチルジエチレングリコール  16.9%
メチルジグリコール  4.6%
ジメチルトリエチレングリコール   3.8%
メチルトリグリコール  1.6%
ジメチルテトラグリコール  0.9%
メチルテトラグリコール  1.4%
ジメチルペンタグリコール  0.1%
未知試料  3.9%
【００３１】
実施例 6:   HBF4/HNO3 触媒作用
比較例 1と同じように, 1リットルスチールオートクレーブに、初めに、ホウフッ化水素酸200 mg (2.28 mモル), 硝酸288 mg (2.96 モル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル) を仕込み, そして55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 モル)を加えた。50分間の継続反応時間そしてジメチルエーテルを駆逐した後に、残分29.7 gが単離された。残分は、下記の組成を有した：
ジメチルエチレングリコール  59.8%
1,4-ジオキサン  1.8%
メチルグリコール  3.0%
ジメチルジエチレングリコール  16.3%
メチルジグリコール  4.3%
ジメチルトリエチレングリコール   3.8%
メチルトリグリコール  1.9%
ジメチルテトラグリコール  3.2%
メチルテトラグリコール  1.1%
ジメチルペンタグリコール  0.3%
未知試料  4.5%
【００３２】
実施例 7:   BF3/H2SO4 触媒作用
比較例 1と同じように, 1リットルスチールオートクレーブに、初めに、三フッ化ホウ素ジメチルエーテラート200 mg (2.28 モル)、硫酸231 mg (2.28 モル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル)を仕込み, そして55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 モル)を加えた。50分間の継続反応時間そしてジメチルエーテルを駆逐した後に、残分12.2 gが単離された。残分は、下記の組成を有した：
ジメチルエチレングリコール  62.4%
1,4-ジオキサン  3.9%
メチルグリコール  3.2%
ジメチルジエチレングリコール  15.2%
メチルジグリコール  3.8%
ジメチルトリエチレングリコール   4.3%
メチルトリグリコール  0.9%
ジメチルテトラグリコール  1.3%
ジメチルペンタグリコール  0.4%
未知試料  4.6%
【００３３】
実施例 8:   BF3/H3PO4 触媒作用
比較例 1と同じように, 1リットルスチールオートクレーブに、初めに、三フッ化ホウ素ジメチルエーテラート260 mg (2.28 mモル)、リン酸447 mg (4.56 mモル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル)を仕込み, そして55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 モル)を加えた。50分間の継続反応時間そしてジメチルエーテルを駆逐した後に、残分30.8 gが単離された。残分は、下記の組成を有した：
ジメチルエチレングリコール  60.2%
1,4-ジオキサン  5.3%
メチルグリコール  4.5%
ジメチルジエチレングリコール  17.3%
メチルジグリコール  2.2%
ジメチルトリエチレングリコール   3.1%
ジメチルテトラグリコール  2.0%
ジメチルペンタグリコール  0.9%
未知試料  4.5%
【００３４】
実施例 9:   BF3/HNO3 触媒作用
比較例 1と同じように, 1リットルスチールオートクレーブに、初めに、三フッ化ホウ素ジメチルエーテラート260 mg (2.28 mモル)、硝酸144 mg (1.48 モル)およびジメチルエーテル157 g (3.41 モル)を仕込み, そして55°Cおよび15バールで, エチレンオキシド15.0 g (0.34 モル)を加えた。50分間の継続反応時間そしてジメチルエーテルを駆逐した後に、残分8.80 gが単離された。残分は、下記の組成を有した：
ジメチルエチレングリコール  63.1%
1,4-ジオキサン  3.8%
メチルグリコール  3.0%
ジメチルジエチレングリコール  13.3%
メチルジグリコール  6.0%
ジメチルトリエチレングリコール   3.6%
メチルトリグリコール  1.6%
ジメチルテトラグリコール  1.0%
ジメチルペンタグリコール  0.3%
未知試料  4.3%
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月30日(2007.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式： 
R1-O-R2
（式中、R1は、C1〜C12-アルキル基であり, R2 は、C1〜C12-アルキル基またはフェニルもしくはベンジル基である）
の直鎖エーテルを、下記式：
【化１】
2009504580.tif 000005
（式中、Rは、水素, ハロゲン, 炭素原子1〜10個を有するアルキル基, フェニル基またはベンジル基である）
のアルキレンオキシドと、ルイス酸の存在において反応させることによって, アルキレングリコールジエーテルを製造する方法であって、ルイス酸は,  HBF4および/またはBF3が1重量部と、H2SO4, HNO3および/またはH3PO4 0.1〜10 重量部との混合物である、アルキレングリコールジエーテルを製造する方法。
【請求項２】
ホウ素化合物対鉱酸の比が1:(0.3-5)である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ジクロロメタン, ニトロメタン, ベンゼン, トルエン, アセトン, 酢酸エーテル, ジオキサン, メタノール, エタノール, プロパノール, ブタノール, メチルグリコール, メチルジグリコール, メチルトリグリコール, またはモノ-もしくはポリアルキレングリコールジメチルエーテルから選択する溶媒を使用する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
使用する鉱酸がH2SO4および/またはH3PO4である、請求項１〜３のいずれか一に記載の方法。
【国際調査報告】
2009504580.tif 000006
2009504580.tif 000007
2009504580.tif 000008
2009504580.tif 000009