(57)【要約】エポキシドおよび一酸化炭素原料から酸無水物を作製する方法が提示される。種々の態様において、方法は、エポキシド、溶媒、カルボニル化触媒、および一酸化炭素を含む原料流の内容物を反応させて、β−ラクトンを含む第１のカルボニル化生成物流を生成するステップと、次いで、第１のカルボニル化生成物流の内容物をさらなる一酸化炭素と反応させて、酸無水物を含む第２のカルボニル化生成物流を生成するステップと、第２のカルボニル化生成物流から酸無水物の少なくとも一部を分離して、ｉ）分離した酸無水物の部分を含む酸無水物生成物流と、ｉｉ）カルボニル化触媒を含むリサイクル流とを生成するステップと、最終的に、リサイクル流を原料流に加えるステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸無水物の連続生成方法であって、
ａ）  第１の反応ゾーンにおいて、任意選択的にカルボニル化触媒の存在下で、エポキシドを一酸化炭素と接触させ、β−ラクトン、残留エポキシド、および存在する場合はカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップと、
ｂ）  前記第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、前記生成物流を、実質的に全ての残留エポキシドをβ−ラクトンに変換するため、およびβ−ラクトンの一部を酸無水物に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した酸無水物、および存在する場合はカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、
ｃ）  前記生成物流中の前記酸無水物の濃度が前記酸無水物の溶解度を超えるように前記第２の生成物流を処理するステップと、
ｄ）  前記第２の生成物流から固体酸無水物を分離して、固体酸無水物を含む酸無水物生成物流と、前記溶解した触媒、および存在する場合は溶解した酸無水物を含む液体触媒リサイクル流と、を生成するステップと、
ｅ）  前記液体触媒リサイクル流を前記第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含む、方法。
【請求項２】
無水コハク酸の連続生成方法のための請求項１に記載の方法であって、
ａ）  第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップと、
ｂ）  前記第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、前記生成物流を、実質的に全ての残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの少なくとも一部を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、
ｃ）  前記生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように前記第２の生成物流を処理するステップと、
ｄ）  前記第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、前記溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流とを生成するステップと、
ｅ）  前記液体触媒リサイクル流を前記第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含む、方法。
【請求項３】
前記第１の反応ゾーンは、少なくとも１つの連続撹拌タンク反応器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の反応ゾーン内の少なくとも１つの連続撹拌タンク反応器は、定常状態条件で操作される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の反応ゾーンは、一連の２つ以上の連続撹拌タンク反応器を備え、各反応器は、連続した状態においてその前にある反応器よりも低い定常状態のエポキシド濃度を有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の反応ゾーンは、１つ以上のプラグフロー反応器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の反応ゾーン内の前記少なくとも１つのプラグフロー反応器は、前記反応ゾーン内の実質的に全てのβ−ラクトンを酸無水物に変換する条件下で操作される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の反応ゾーンは、少なくとも１つの連続撹拌タンク反応器を備え、前記第２の反応ゾーンは、少なくとも１つのプラグフロー反応器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の反応ゾーンは、複数の連続撹拌タンク反応器を備え、前記第２の反応ゾーンは、少なくとも１つのプラグフロー反応器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の反応ゾーンは、前記第１の反応ゾーンよりも高いＣＯ圧および／または高い温度で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の反応ゾーンは、高温で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の生成物流を処理するステップは、前記生成物流を冷却することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の生成物流は、約１０℃〜約１２０℃冷却される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の生成物流は、約２０℃〜約１００℃、約２０℃〜約８０℃、約１０℃〜約６０℃、または約２０℃〜約４０℃冷却される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の生成物流は、約１０℃、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約６０℃、約８０℃、または約１００℃冷却される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の生成物流を処理するステップは、前記生成物流を酸無水物の種晶と接触させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の生成物流から固体酸無水物を分離するステップは、前記生成物流を濾過して固体酸無水物を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記濾過は、ＣＯ雰囲気下で行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記濾過は、約１５ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記濾過は、約１５ｐｓｉ〜約１２００ｐｓｉ、約６０ｐｓｉ〜約８００ｐｓｉ、約１００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉ、約２００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉ、または約５０ｐｓｉ〜約５００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記濾過ステップは、無水コハク酸中で飽和していることを特徴とする前記液体触媒リサイクル流を含む濾液を提供する。請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記濾液は、前記第１の反応ゾーンの入り口にそれを戻すステップの前に加熱される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ステップａ）およびｂ）が溶媒の存在下で行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶媒は、１，４ジオキサンを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記カルボニル化触媒は、金属カルボニル化合物およびルイス酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記カルボニル化触媒は、アニオン性金属カルボニル化合物およびカチオン性ルイス酸を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記アニオン性金属カルボニル化合物は、Ｃｏ（ＣＯ）４−を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記カチオン性ルイス酸は、金属原子と多座配位子との組み合わせを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記カチオン性ルイス酸は、３＋酸化状態にある金属原子とジアニオン性四座配位子との組み合わせを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記カチオン性ルイス酸は、アルミニウムを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記カチオン性ルイス酸は、クロムを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記カチオン性ルイス酸は、任意選択的に置換されたポルフィリン配位子を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記カチオン性ルイス酸は、任意選択的に置換されたサレン配位子を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記カチオン性ルイス酸は、任意選択的に置換されたサルフ配位子を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の反応ゾーンは、液体反応混合物を定常状態で含有し、前記液体反応混合物は、１，４ジオキサン、エチレンオキシド、β−プロピオラクトン、無水コハク酸、および金属カルボニル触媒の混合物を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ジオキサンは、反応混合物の約１０重量パーセント〜約９５重量パーセントを占め、前記β−プロピオラクトンは、前記混合物の約１〜約９０重量パーセントを占め、前記エチレンオキシドは、前記混合物の約０．０１〜約１０重量パーセントを占め、前記無水コハク酸は、前記混合物の約４〜約５０重量パーセントを占める、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
システムから少量の前記触媒リサイクル流を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
除去される触媒の量は、未使用触媒の供給によって置き換えられる、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年２月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／５９７，８６３号の優先権を主張するものであり、参照により、内容全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
酸無水物、具体的には無水コハク酸は、様々な用途に一般的に使用される貴重な反応中間体である。例えば、酸無水物は、生分解性ポリエステルを生成するためにコポリマーに使用される。さらに、酸無水物は、容易に開環して二塩基酸モノエステル、二塩基酸、または他の誘導体を形成するため、これらは有機合成における有用な中間体である。無水コハク酸は、テトラヒドロフラン、γ‐ブチロラクトン、および１，４−ブタンジオール等の４炭素の汎用化学品の前駆物質として特に有用である。
無水コハク酸を含む酸無水物の以前の生成方法として、対応する酸の脱水または無水マレイン酸の脱水が挙げられる。さらなる生成方法は、アルキン、アルケン酸、およびラクトンの触媒カルボニル化を含む。これらの方法の多くは、低収率、多くの副生成物の生成、あるいは普遍性の欠如に悩まされた。より費用効率の高い出発材料を使用した新規方法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の種々の実施形態において、エポキシドおよび一酸化炭素原料から酸無水物を作製する方法が提示される。いくつかの実施形態において、エポキシドおよび一酸化炭素を酸無水物に変換するための化学反応が触媒される。
【０００４】
種々の態様において、本発明は、エポキシド、溶媒、カルボニル化触媒、および一酸化炭素を含む原料流の内容物を反応させて、β−ラクトンを含む第１のカルボニル化生成物流を生成するステップと、次いで、第１のカルボニル化生成物流の内容物をさらなる一酸化炭素と反応させて、酸無水物を含む第２のカルボニル化生成物流を生成するステップと、第２のカルボニル化生成物流から酸無水物の少なくとも一部を分離して、ｉ）分離した酸無水物の一部を含む酸無水物生成物流と、ｉｉ）カルボニル化触媒を含むリサイクル流とを生成するステップと、最終的に、リサイクル流を原料流に加えるステップと、を含む。
【０００５】
いくつかの実施形態において、酸無水物の少なくとも一部を分離するステップは、第２のカルボニル化生成物流から固体酸無水物を分離することを含む。いくつかの実施形態において、固体酸無水物の分離は、第２のカルボニル化生成物流を、その中に溶解した酸無水物の少なくとも一部が溶解しない条件に曝露するステップを含む。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化流を無水物の少なくとも一部が溶解しない条件に曝露するステップは、生成物流の温度を低下させることを含む。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化流を無水物の少なくとも一部が溶解しない条件に曝露するステップは、圧力を低下させることを含む。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化流を無水物の少なくとも一部が溶解しない条件に曝露するステップは、ＣＯの分圧を低下させることを含む。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化生成物流を無水物の少なくとも一部が溶解しない条件に曝露するステップは、１つ以上の追加成分を生成物流に加えることを含む。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化生成物流に加えられる追加成分は、酸無水物の溶解度を低下させる溶媒を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化生成物流を無水物の少なくとも一部が溶解しない条件に曝露するステップは、固体酸無水物を結晶化核剤として加えることを含む。いくつかの実施形態において、実質的に全てのカルボニル化触媒が溶液中に残る。いくつかの実施形態において、固体酸無水物が濾過によって分離され、固体を酸無水物生成物流として、また濾液をリサイクル流として提供する。いくつかの実施形態において、固体酸無水物は、沈殿によって分離され、沈殿物を酸無水物生成物流として、また上清をリサイクル流として提供する。
【０００７】
いくつかの実施形態において、方法は、リサイクル流を原料流に加える前に、リサイクル流を処理して酸無水物の溶解度を増加させるステップをさらに含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、リサイクル流を処理して酸無水物の溶解度を増加させるステップは、加熱することを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、リサイクル流を処理して酸無水物の溶解度を増加させるステップは、圧力を上昇させることを含む。いくつかの実施形態において、リサイクル流を処理して酸無水物の溶解度を増加させるステップは、１つ以上の追加成分をリサイクル流に加えることを含む。いくつかの実施形態において、リサイクル流に加えられる成分は、エポキシドを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、酸無水物の少なくとも一部を分離するステップは、２つの非混合性溶媒間の反応混合物を分配することを含み、非混合性溶媒は、第１の溶媒および第２の溶媒を含み、無水コハク酸の少なくとも一部は、第１の溶媒に分配され、触媒の大部分は、第２の溶媒に分配される。
【００１１】
いくつかの実施形態において、方法は、第２のカルボニル化生成物流が、第１の溶媒を含有する第１の溶媒流と、第２の溶媒を含有する第２の溶媒流とを提供するように分配される２つの非混合性溶媒の混合物を物理的に分離するステップをさらに含む。
【００１２】
いくつかの実施形態において、第１の溶媒流は酸無水物生成物流であり、第２の溶媒流はリサイクル流になる。いくつかの実施形態において、リサイクル流を原料流に加える前に、第２の溶媒流の溶媒組成が変更される。いくつかの実施形態において、２つの非混合性溶媒のうちの１つは、原料流中に存在する溶媒の大部分を含む。いくつかの実施形態において、第２の溶媒は、実質的に、原料流中に存在する溶媒を含む。いくつかの実施形態において、方法は、第１の溶媒流を処理して酸無水物を単離するステップをさらに含む。
【００１３】
いくつかの実施形態において、方法は、第２の溶媒流を処理して、カルボニル化触媒濃縮物を得るステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒濃縮物は、触媒溶液を含む。いくつかの実施形態において、リサイクル流は、カルボニル化触媒濃縮物を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒濃縮物は、固体を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態において、方法は、固体カルボニル化触媒濃縮物を溶媒に溶解してリサイクル流を提供することをさらに含む。
【００１５】
いくつかの実施形態において、非混合性溶媒のうちの１つは、イオン液体を含む。いくつかの実施形態において、非混合性溶媒のうちの１つは、水性溶媒を含む。いくつかの実施形態において、酸無水物の少なくとも一部を分離するステップは、気相で酸無水物を分離することを含む。いくつかの実施形態において、原料流中の溶媒は、無水コハク酸よりも低い蒸気圧を有する。
【００１６】
いくつかの実施形態において、酸無水物の少なくとも一部を分離するステップは、第２のカルボニル化生成物流を加熱することを含む。いくつかの実施形態において、酸無水物の少なくとも一部を分離するステップは、第２のカルボニル化生成物流を減圧に曝露することを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化ステップは、第１の反応ゾーンで行われ、第２のカルボニル化ステップは、第２の反応ゾーンで行われ、各反応ゾーンは、１つ以上の反応器を含む。いくつかの実施形態において、第１の反応ゾーンの反応器と第２の反応ゾーンの反応器とは、異なる設計のものである。いくつかの実施形態において、第１の反応ゾーンの少なくとも１つの反応器は、定常状態の反応器条件下で操作される。いくつかの実施形態において、第２の反応ゾーンの少なくとも１つの反応器は、非定常状態の反応条件下で操作される。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流が少なくともいくらかの未反応エポキシドを含むように、定常状態条件が維持される。
【００１８】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、第１の反応器における無水物の形成を防止するのに十分なエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約５％のエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約３％のエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約２％のエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約１％のエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約０．５％のエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約０．２５％のエポキシドを含む。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化生成物流は、少なくとも約０．１％のエポキシドを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化ステップは、１つ以上の連続撹拌タンク反応器において行われる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化ステップは、１つ以上のプラグフロー反応器において行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化ステップは、断熱反応器において行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器は、管状反応器である。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器は、シェルアンドチューブ型反応器である。
【００２１】
いくつかの実施形態において、第１の反応ゾーンにおける反応条件と、第２の反応ゾーンにおける反応条件とは異なる。いくつかの実施形態において、第２の反応ゾーンの圧力は、第１の反応ゾーンの圧力と異なる。いくつかの実施形態において、第２の反応ゾーンの温度は、第１の反応ゾーンの温度と異なる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約５０ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの圧力で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約５０ｐｓｉ〜約２０００ｐｓｉの圧力で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約２００ｐｓｉ〜約１０００ｐｓｉの圧力で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約２００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉの圧力で行われる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約０℃〜約１２５℃の温度で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約３０℃〜約１００℃の温度で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、約４０℃〜約８０℃の温度で行われる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、断熱反応器において行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器は、管状反応器である。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器は、シェルアンドチューブ型反応器である。
【００２５】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約５０ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの圧力で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約５０ｐｓｉ〜約２０００ｐｓｉの圧力で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約２００ｐｓｉ〜約１０００ｐｓｉの圧力で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約２００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉの圧力で行われる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約０℃〜約１２５℃の温度で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約３０℃〜約１００℃の温度で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、約４０℃〜約８０℃の温度で行われる。
【００２７】
いくつかの実施形態において、いずれかのカルボニル化反応における一酸化炭素は、一酸化炭素と、１つ以上の追加のガスとを含む産業用ガス流として供給される。いくつかの実施形態において、産業用ガス流は、合成ガスを含む。いくつかの実施形態において、反応ステップにおける一酸化炭素は、実質的に純粋な形態で供給される。
【００２８】
いくつかの実施形態において、本発明は、酸無水物をジカルボン酸生成物に変換するステップをさらに含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、リサイクル流は、酸無水物を含む。いくつかの実施形態において、原料流は、酸無水物で飽和している。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応流は、酸無水物で飽和している。
【００３０】
いくつかの実施形態において、エポキシドは、エチレンオキシド、酸化プロピレン、エピクロルヒドリン、グリシドールエステル、グリシドールエステル、１，２−ブチレンオキシド、２，４ブチレンオキシド、Ｃ５−３０αオレフィンの酸化物、およびこれらのうちのいずれか２つ以上の混合物からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、エポキシドは、エチレンエポキシドである。
【００３１】
いくつかの実施形態において、酸無水物は、無水コハク酸、メチルコハク酸無水物、クロロメチルコハク酸無水物、エチルコハク酸無水物、またはＣ５−３０酸無水物からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、酸無水物は、無水コハク酸である。
【００３２】
いくつかの実施形態において、ジカルボン酸は、コハク酸、メチルコハク酸、クロロメチルコハク酸、エチルコハク酸、またはＣ５−３０ジカルボン酸からなる群から選択される。いくつかの実施形態において、ジカルボン酸は、コハク酸である。
【００３３】
いくつかの実施形態において、溶媒は、１，４−ジオキサン、１，３−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジメトキシエタン、グリム、ジエチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、アセトン、２−ブタノン、シクロヘキサノン、トルエン、アセトニトリル、ジフルオロベンゼン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、溶媒は、強ルイス塩基である。いくつかの実施形態において、溶媒は、双極子モーメントを有しない。いくつかの実施形態において、溶媒は、１，４ジオキサンである。
【００３４】
いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、金属カルボニル化合物を含む。いくつかの実施形態において、金属カルボニル化合物は、一般式［ＱＭｙ（ＣＯ）ｗ］ｘを有し、式中、Ｑは、任意の配位子であって、存在する必要はなく、Ｍは、金属原子であり、ｙは、１〜６の整数（両端を含む）であり、ｗは、安定な金属カルボニルを提供するような数であり、ｘは、−３〜＋３の整数（両端を含む）である。
【００３５】
いくつかの実施形態において、Ｍは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、Ｍは、Ｃｏである。いくつかの実施形態において、Ｍは、Ｃｏであり、ｙは、１であり、ｗは、４である。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸共触媒をさらに含む。いくつかの実施形態において、金属カルボニル化合物はアニオン性であり、ルイス酸共触媒はカチオン性である。
【００３６】
いくつかの実施形態において、金属カルボニル錯体は、カルボニルコバルテートを含み、ルイス酸共触媒は、金属中心を有するカチオン性ルイス酸を含む。いくつかの実施形態において、金属中心を有するカチオン性ルイス酸は、式［Ｍ’（Ｌ）ｂ］ｃ＋の金属錯体であり、式中、Ｍ’は、金属であり、各Ｌは、配位子であり、ｂは、１〜６の整数（両端を含む）であり、ｃは、１、２、または３であり、１つより多くのＬが存在する場合、各Ｌは、同じかまたは異なり得る。
【００３７】
いくつかの実施形態において、Ｍ’は、遷移金属、１３族または１４族の金属、およびランタニドからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、Ｍ’は、遷移金属または１３族の金属である。いくつかの実施形態において、Ｍ’は、アルミニウム、クロム、インジウム、およびガリウムからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、Ｍ’は、アルミニウムである。
【００３８】
いくつかの実施形態において、Ｍ’は、クロムである。いくつかの実施形態において、ルイス酸は、ジアニオン性四座配位子を含む。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、ポルフィリン誘導体、サレン誘導体、ジベンゾテトラメチルテトラアザ［１４］アンヌレン（ｔｍｔａａ）誘導体、フタロシアニネート誘導体、およびＴｒｏｓｔ配位子の誘導体からなる群から選択される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】例示的な反応系のプロセスフロー図を示す。
【図２】例示的な反応およびプロセスステップのフローチャートを示す。
【図３】カルボニル化反応へのエチレンオキシドの連続添加のカルボニル化中のβ−プロピオラクトンの濃度のグラフを示す。β−プロピオラクトンの濃度は、エチレンオキシドの添加ごとに増加するが、全てのエチレンオキシドがβ−プロピオラクトンに変換されると急速に低下する（β−プロピオラクトンが無水コハク酸に変換されるため）。
【図４】同じ例示的な反応の間のβ−プロピオラクトンおよび全無水コハク酸の濃度のグラフを示す。無水コハク酸の濃度は、エチレンオキシドのβ−プロピオラクトンへのカルボニル化、およびそれに続くβ−プロピオラクトンの無水コハク酸へのさらなるカルボニル化にほぼ影響を与えないと考えられる。
【図５】リサイクルされた同じ触媒を用いたエチレンエポキシドの無水コハク酸への２サイクル変換を通した触媒の有効性を示す。
【図６】反応混合物中の無水コハク酸の濃度と、コハク酸の濃度がＥＯのカルボニル化の速度にほとんど影響を与えないこととを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
定義
特定の官能基および化学用語の定義を、以下により詳細に記載する。本発明の目的のために、化学元素は、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，７５ｔｈ  Ｅｄの表紙裏に記載される元素周期表（ＣＡＳ版）に従って同定され、特定の官能基は、一般に、そこに記載されるように定義される。さらに、有機化学の一般原理、ならびに、特定の官能基部分および反応性は、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔｈｏｍａｓ  Ｓｏｒｒｅｌｌ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｂｏｏｋｓ，Ｓａｕｓａｌｉｔｏ，１９９９、Ｓｍｉｔｈ  ａｎｄ  Ｍａｒｃｈ  Ｍａｒｃｈ’ｓ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，２００１、Ｌａｒｏｃｋ，Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ，ＶＣＨ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８９、Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓ，Ｓｏｍｅ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，３ｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，１９８７に記載され、これらの各々の内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４１】
本明細書に記載されるような特定の化合物は、別途指示のない限り、ＺまたはＥ異性体のいずれかとして存在することができる１つ以上の二重結合を有し得る。本発明はさらに、実質的に他の異性体を含まない個々の異性体としての化合物、または代替として、種々の異性体の混合物、例えば、エナンチオマーのラセミ混合物としての化合物を包含する。上記の化合物自体に加えて、本発明は、１つ以上の化合物を含む組成物も包含する。
【００４２】
本明細書において使用される場合、「異性体」という用語は、あらゆる幾何異性体および立体異性体を含む。例えば、「異性体」は、シスおよびトランス異性体、ＥおよびＺ異性体、ＲおよびＳエナンチオマー、ジアステレオマー、（Ｄ）-異性体、（Ｌ）-異性体、それらのラセミ混合物、およびそれらの他の混合物を、本発明の範囲内に属するものとして含む。例えば、化合物は、いくつかの実施形態において、１つ以上の対応する立体異性体を実質的に含まずに提供されてもよく、また、「立体化学的に強化されている」と称されてもよい。
【００４３】
本明細書において使用される「ハロ」および「ハロゲン」という用語は、フッ素（フルオロ、-Ｆ）、塩素（クロロ、-Ｃｌ）、臭素（ブロモ、-Ｂｒ）、およびヨウ素（ヨード、-Ｉ）から選択される原子を指す。本明細書において使用される「ハロゲン系」という用語は、１つ以上のハロゲン原子で置換された化合物を指す。
【００４４】
「脂肪族」または「脂肪族基」という用語は、本明細書において使用される場合、直鎖（すなわち、非分岐鎖）、分岐鎖、または環状（すなわち、縮合、架橋、およびスピロ縮合した多環式）であり得、かつ、完全に飽和であり得るか、または１つ以上の不飽和単位を含み得るが、芳香族ではない、炭化水素部分を意味する。別途規定のない限り、脂肪族基は、１〜３０個の炭素原子を含有する。特定の実施形態において、脂肪族基は、１〜１２個の炭素原子を含有する。特定の実施形態において、脂肪族基は、１〜８個の炭素原子を含有する。特定の実施形態において、脂肪族基は、１〜６個の炭素原子を含有する。いくつかの実施形態において、脂肪族基は、１〜５個の炭素原子を含有し、いくつかの実施形態において、脂肪族基は、１〜４個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態において、脂肪族基は、１〜３個の炭素原子を含有し、なおも他の実施形態において、脂肪族基は、１〜２個の炭素原子を含有する。好適な脂肪族基は、限定されないが、直鎖または分岐鎖の、アルキル、アルケニル、およびアルキニル基、ならびにそれらのハイブリッド、例えば、（シクロアルキル）アルキル、（シクロアルケニル）アルキル、または（シクロアルキル）アルケニル等を含む。
【００４５】
「ヘテロ脂肪族」という用語は、本明細書において使用される場合、１つ以上の炭素原子が、独立して、酸素、硫黄、窒素、リン、またはホウ素からなる群から選択される１つ以上の原子で置き換えられた脂肪族基を指す。特定の実施形態において、１つまたは２つの炭素原子が、独立して、１つ以上の酸素、硫黄、窒素、またはリンによって置き換えらる。ヘテロ脂肪族基は、置換または非置換、分岐または非分岐、環状または非環状であり得、「ヘテロ環」、「ヘテロシクリル」、「ヘテロ脂環式」、または「複素環」基を含む。
【００４６】
「エポキシド」という用語は、本明細書において使用される場合、置換または非置換のオキシランを指す。置換されたオキシランは、一置換オキシラン、二置換オキシラン、三置換オキシラン、および四置換オキシランを含む。そのようなエポキシドは、本明細書に定義するようにさらに任意選択的に置換されていてもよい。特定の実施形態において、エポキシドは、単一のオキシラン部分を含む。特定の実施形態において、エポキシドは、２つ以上のオキシラン部分を含む。
【００４７】
本明細書において使用される「アクリレート（単数または複数）」という用語は、アシルカルボニルに隣接するビニル基を有する任意のアシル基を指す。この用語は、一置換、二置換、および三置換ビニル基を包含する。アクリレートの例として、限定されないが、アクリレート、メタクリレート、エタクリレート、シンナメート（３−フェニルアクリレート）、クロトン酸エステル、チグリン酸塩、およびセネシオアートが挙げられる。シクロプロパン基は、特定の場合において、二重結合に非常に似た挙動を取り得ることが分かっているため、シクロプロパンエステルは、本明細書のアクリレートの定義内に具体的に含まれる。
【００４８】
「ポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、相対分子量の高い分子を指し、その構造は、相対分子量の低い分子から実際にまたは概念的に誘導された複数の反復単位を含む。特定の実施形態において、ポリマーは、唯一のモノマー種（例えば、ポリエチレンオキシド）を含む。特定の実施形態において、本発明のポリマーは、１つ以上のエポキシドのコポリマー、ターポリマー、ヘテロポリマー、ブロックコポリマー、またはテーパードヘテロポリマーである。
【００４９】
「不飽和」という用語は、本明細書において使用される場合、ある部分が、１つ以上の二重結合または三重結合を有することを意味する。
【００５０】
「アルキル」という用語は、本明細書において使用される場合、単一の水素原子を除去することにより、１〜６個の炭素原子を含有する脂肪族部分から誘導される、飽和した、直鎖または分枝鎖の炭化水素ラジカルを指す。別途規定のない限り、アルキル基は、１〜１２個の炭素原子を含有する。特定の実施形態において、アルキル基は、１〜８個の炭素原子を含有する。特定の実施形態において、アルキル基は、１〜６個の炭素原子を含有する。いくつかの実施形態において、アルキル基は、１〜５個の炭素原子を含有し、いくつかの実施形態において、アルキル基は、１〜４個の炭素原子を含有し、なおも他の実施形態において、アルキル基は、１〜３個の炭素原子を含有し、なおも他の実施形態において、アルキル基は、１〜２個の炭素原子を含有する。アルキルラジカルの例として、限定されないが、メチル、エチル、ｎ-プロピル、イソプロピル、ｎ-ブチル、イソ-ブチル、ｓｅｃ-ブチル、ｓｅｃ-ペンチル、イソ-ペンチル、ｔｅｒｔ-ブチル、ｎ-ペンチル、ネオペンチル、ｎ-ヘキシル、ｓｅｃ-ヘキシル、ｎ-ヘプチル、ｎ-オクチル、ｎ-デシル、ｎ-ウンデシル、ドデシル等が挙げられる。
【００５１】
本明細書において使用される「炭素環」および「炭素環式環」という用語は、環が炭素原子のみを含有する単環および多環式部分を指す。別途規定のない限り、炭素環は、飽和、部分的に不飽和、または芳香族であってもよく、３〜２０個の炭素原子を含有する。「炭素環」または「炭素環式」という用語はまた、１つ以上の芳香族環または非芳香族環と縮合した脂肪族環、例えば、デカヒドロナフチルまたはテトラヒドロナフチルも含み、この場合、ラジカルまたは結合点は脂肪族環上にある。いくつかの実施形態において、炭素環式基は二環式である。いくつかの実施形態において、炭素環式基は三環式である。いくつかの実施形態において、炭素環式基は多環式である。特定の実施形態において、「３〜１４員の炭素環」および「Ｃ３−１４炭素環」という用語は、３〜８員の飽和もしくは部分的に不飽和の単環式炭素環式環、または７〜１４員の飽和もしくは部分的に不飽和の多環式炭素環式環を指す。
【００５２】
代表的な炭素環は、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ［２，２，１］ヘプタン、ノルボルネン、フェニル、シクロヘキセン、ナフタレン、スピロ［４．５］］デカンを含む。
【００５３】
単独で、または「アラルキル」、「アラルコキシ」もしくは「アリールオキシアルキル」のように、より大きな部分の一部として使用される「アリール」という用語は、全部で５〜２０個の環員を有する単環式および多環式環系を指し、系内の少なくとも１つの環は芳香族であり、系内の各環は、３〜１２個の環員を含有する。「アリール」という用語は、「アリール環」という用語と同義に使用されてもよい。本発明の特定の実施形態において、「アリール」は、限定されないが、フェニル、ビフェニル、ナフチル、アントラシル等を含む芳香環系を指し、これは１つ以上の置換基を担持し得る。本明細書で使用される場合、芳香環が１つ以上のさらなる環と縮合した基、例えばベンゾフラニル、インダニル、フタルイミジル、ナフチミジル、フェナントリジニル、またはテトラヒドロナフチル等が、同様に「アリール」という用語の範囲内に含まれる。特定の実施形態において、「６〜１０員のアリール」および「Ｃ６−１０アリール」という用語は、フェニル、または８〜１０員の多環式アリール環を指す。
【００５４】
単独で、またはより大きな部分の一部として使用される「ヘテロアリール」および「ｈｅｔｅｒｏａｒ-」という用語、例えば、「ヘテロアラルキル」または「ヘテロアラルコキシ」は、５〜１４個の環原子、好ましくは、５、６、または９個の環原子を有し、環状アレイにおいて共有される６、１０、または１４個のπ電子を有し、炭素原子に加えて、１〜５個のヘテロ原子を有する、基を指す。「ヘテロ原子」という用語は、窒素、酸素、または硫黄を指し、窒素または硫黄の任意の酸化形態、および塩基性窒素の任意の四級化形態を含む。ヘテロアリール基は、限定されないが、チエニル、フラニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、オキサゾリル、イソキサゾリル、オキサジアゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、チアジアゾリル、ピリジル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、インドリジニリル、プリニル、ナフチリジニル、ベンゾフラニル、およびプテリジニルを含む。「ヘテロアリール」および「ｈｅｔｅｒｏａｒ‐」という用語はまた、本明細書において使用される場合、ヘテロ芳香族環が、１つ以上のアリール環、脂環式環、またはヘテロシクリル環と縮合した基も含み、この場合、ラジカルまたは結合点はヘテロ芳香族環上にある。非限定的な例として、インドリル、イソインドリル、ベンゾチエニル、ベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、インダゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリニル、フタラジニル、キナゾリニル、キノキサリニル、４Ｈ-キノリジニル、カルバゾリル、アクリジンル、フェナジニル、フェノチアジニル、フェノキサジニル、テトラヒドロキノリニル、テトラヒドロイソキノリニル、およびピリド［２，３-ｂ］-１，４-オキサジン-３（４Ｈ）-オンが挙げられる。ヘテロアリール基は、単環または二環式であり得る。「ヘテロアリール」という用語は、「ヘテロアリール環」、「ヘテロアリール基」、または「ヘテロ芳香族」という用語と同義に使用されてもよく、これらの用語のいずれかは、任意選択的に置換される環を含む。「ヘテロアラルキル」という用語は、ヘテロアリールによって置換されたアルキル基を指し、アルキルおよびヘテロアリール部分は、独立して、任意選択的に置換される。特定の実施形態において、「５〜１４員のヘテロアリール」という用語は、窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される１〜３個のヘテロ原子を有する５〜６員のヘテロアリール環、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される１〜４個のヘテロ原子を有する８〜１４員の多環式ヘテロアリール環を指す。
【００５５】
本明細書において使用される場合、「ヘテロ環」、「ヘテロシクリル」、「複素環ラジカル」、および「複素環」という用語は、同義に使用され、飽和、部分不飽和、または芳香族のいずれかであり、かつ、炭素原子に加えて、上で定義したように、１つ以上、好ましくは、１〜４個のヘテロ原子を有する、安定な５〜７員の単環式または７〜１４員の二環式の複素環部分を指す。ヘテロ環の環原子に関連して使用される場合、「窒素」という用語は、置換された窒素を含む。一例として、酸素、硫黄、または窒素から選択される０〜３個のヘテロ原子を有する飽和または部分的に不飽和した環において、窒素は、Ｎ（３，４-ジヒドロ-２Ｈ-ピロリルの場合のように）、ＮＨ（ピロリジニルの場合のように）、または＋ＮＲ（Ｎ-置換ピロリジニルの場合のように）であってもよい。いくつかの実施形態において、「３〜１４員のヘテロ環」という用語は、窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される１〜２個のヘテロ原子を有する３〜８員の飽和もしくは部分不飽和の単環式複素環、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される１〜３個のヘテロ原子を有する７〜１４員の飽和もしくは部分不飽和の多環式複素環を指す。
【００５６】
複素環は、安定な構造をもたらす任意のヘテロ原子または炭素原子で、そのペンダント基に結合させることができ、環原子のうちのいずれかを任意選択的に置換することができる。そのような飽和または部分的に不飽和の複素環ラジカルの例として、限定されないが、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチエニル、ピロリジニル、ピロリドニル、ピペリジニル、ピロリニル、テトラヒドロキノリニル、テトラヒドロイソキノリニル、デカヒドロキノリニル、オキサゾリジニル、ピペラジニル、ジオキサニル、ジオキソラニル、ジアゼピニル、オキサゼピニル、チアゼピニル、モルホリニル、およびキヌクリジニルが挙げられる。「ヘテロ環」、「ヘテロシクリル」、「ヘテロシクリル環」、「複素環基」、「複素環部分」および「複素環ラジカル」という用語は、本明細書において同義に使用され、また、ヘテロシクリル環が、１つ以上のアリール環、ヘテロアリール環、または脂環式環、例えば、インドリニル、３Ｈ-インドリル、クロマニル、フェナントリジニル、またはテトラヒドロキノリニル等と縮合した基も含み、この場合、ラジカルまたは結合点はヘテロシクリル環上にある。ヘテロシクリル基は、単環または二環式であってもよい。「ヘテロシクリルアルキル」という用語は、ヘテロシクリルによって置換されたアルキル基を指し、アルキル部分およびヘテロシクリル部分は、独立して任意選択的に置換される。
【００５７】
本明細書において使用される場合、「部分的に不飽和」という用語は、少なくとも１つの二重結合または三重結合を含む環部分を指す。「部分的に不飽和」という用語は、複数の不飽和部位を有する環を包含することを意図するが、本明細書に定義するアリールまたはヘテロアリール部分を含むことは意図していない。
【００５８】
本明細書に記載される場合、本発明の化合物は、「任意選択的に置換された」部分を含んでもよい。一般に、「置換された」という用語は、「任意選択的に」という用語が前に付されていてもまたはいなくても、指定された部分の１つ以上の水素が好適な置換基で置き換えられていることを意味する。別途指定のない限り、「任意選択的に置換された」基は、その基の各置換可能な位置に好適な置換基を有してもよく、また、任意の所定の構造における１つより多くの位置が、特定の基から選択される１つより多くの置換基で置換され得る場合、その置換基は、あらゆる位置で同じかまたは異なり得る。本発明によって想定される置換基の組み合わせは、好ましくは、安定なまたは化学的に実現可能な化合物の形成をもたらす組み合わせである。「安定な」という用語は、本明細書において使用される場合、製造、検出、および、特定の実施形態においてはその回収、精製、ならびに本明細書に開示される目的のうちの１つ以上のための使用を可能にする条件に供された場合、実質的に変更されない化合物を指す。
【００５９】
「任意選択的に置換された」基の置換可能な炭素原子上の好適な一価置換基は、独立して、ハロゲン、-（ＣＨ２）０-４Ｒ○、-（ＣＨ２）０-４ＯＲ○、−Ｏ−（ＣＨ２）０−４Ｃ（Ｏ）ＯＲ○、-（ＣＨ２）０-４ＣＨ（ＯＲ○）２、-（ＣＨ２）０-４ＳＲ○、Ｒ○で置換されてもよい-（ＣＨ２）０-４Ｐｈ、Ｒ○で置換されてもよい-（ＣＨ２）０-４Ｏ（ＣＨ２）０-１Ｐｈ、Ｒ○で置換されてもよい-ＣＨ＝ＣＨＰｈ、-ＮＯ２、-ＣＮ、-Ｎ３、-（ＣＨ２）０-４Ｎ（Ｒ○）２、-（ＣＨ２）０-４Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｏ）Ｒ○、-Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｓ）Ｒ○、-（ＣＨ２）０−４Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｏ）ＮＲ○２、-Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｓ）ＮＲ○２、-（ＣＨ２）０-４Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｏ）ＯＲ○、−Ｎ（Ｒ○）Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｏ）Ｒ○、-Ｎ（Ｒ○）Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｏ）ＮＲ○２、-Ｎ（Ｒ○）Ｎ（Ｒ○）Ｃ（Ｏ）ＯＲ○、-（ＣＨ２）０-４Ｃ（Ｏ）Ｒ○、−Ｃ（Ｓ）Ｒ○、-（ＣＨ２）０-４Ｃ（Ｏ）ＯＲ○、-（ＣＨ２）０-４Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ○）２、-（ＣＨ２）０-４Ｃ（Ｏ）ＳＲ○、-（ＣＨ２）０-４Ｃ（Ｏ）ＯＳｉＲ○３、-（ＣＨ２）０-４ＯＣ（Ｏ）Ｒ○、-ＯＣ（Ｏ）（ＣＨ２）０-４ＳＲ-，ＳＣ（Ｓ）ＳＲ○、-（ＣＨ２）０-４ＳＣ（Ｏ）Ｒ○、-（ＣＨ２）０-４Ｃ（Ｏ）ＮＲ○２、−Ｃ（Ｓ）ＮＲ○２、-Ｃ（Ｓ）ＳＲ○、-ＳＣ（Ｓ）ＳＲ○，-（ＣＨ２）０-４ＯＣ（Ｏ）ＮＲ○２、-Ｃ（Ｏ）Ｎ（ＯＲ○）Ｒ○、-Ｃ（Ｏ）Ｃ（Ｏ）Ｒ○、−Ｃ（Ｏ）ＣＨ２Ｃ（Ｏ）Ｒ○、-Ｃ（ＮＯＲ○）Ｒ○、-（ＣＨ２）０-４ＳＳＲ○、-（ＣＨ２）０-４Ｓ（Ｏ）２Ｒ○、-（ＣＨ２）０-４Ｓ（Ｏ）２ＯＲ○、−（ＣＨ２）０-４ＯＳ（Ｏ）２Ｒ○、-Ｓ（Ｏ）２ＮＲ○２、-（ＣＨ２）０-４Ｓ（Ｏ）Ｒ○、-Ｎ（Ｒ○）Ｓ（Ｏ）２ＮＲ○２、-Ｎ（Ｒ○）Ｓ（Ｏ）２Ｒ○、−Ｎ（ＯＲ○）Ｒ○、-Ｃ（ＮＨ）ＮＲ○２、-Ｐ（Ｏ）２Ｒ○、-Ｐ（Ｏ）Ｒ○２、-ＯＰ（Ｏ）Ｒ○２、-ＯＰ（Ｏ）（ＯＲ○）２、ＳｉＲ○３、-（Ｃ１-４直鎖または分岐鎖のアルキレン）Ｏ-Ｎ（Ｒ○）２、または-（Ｃ１-４直鎖または分岐鎖のアルキレン）Ｃ（Ｏ）Ｏ-Ｎ（Ｒ○）２であり、式中、各Ｒ○は、以下に定義するように置換されてもよく、かつ独立して、水素、Ｃ１−８脂肪族、-ＣＨ２Ｐｈ、-Ｏ（ＣＨ２）０-１Ｐｈ、または、窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環であるか、あるいは、上記定義にかかわらず、独立して出現する２つのＲ○は、それらの介在原子（複数可）と一緒になって、以下に定義するように置換されてもよい、窒素、酸素、または硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する３〜１２員の飽和、部分不飽和、またはアリールの単環または多環を形成する。
【００６０】
Ｒ○（または、独立して出現する２つのＲ○が、それらの介在原子と一緒になって形成される環）上の好適な一価の置換基は、独立して、ハロゲン、-（ＣＨ２）０-２Ｒ●、-（ｈａｌｏＲ●）、-（ＣＨ２）０-２ＯＨ、-（ＣＨ２）０-２ＯＲ●、-（ＣＨ２）０-２ＣＨ（ＯＲ●）２、−Ｏ（ｈａｌｏＲ●）、-ＣＮ、-Ｎ３、-（ＣＨ２）０-２Ｃ（Ｏ）Ｒ●、-（ＣＨ２）０-２Ｃ（Ｏ）ＯＨ、-（ＣＨ２）０-２Ｃ（Ｏ）ＯＲ●、−（ＣＨ２）０−４Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ○）２、-（ＣＨ２）０-２ＳＲ●、-（ＣＨ２）０-２ＳＨ、-（ＣＨ２）０-２ＮＨ２、-（ＣＨ２）０-２ＮＨＲ●、−（ＣＨ２）０−２ＮＲ●２、-ＮＯ２、-ＳｉＲ●３、-ＯＳｉＲ●３、-Ｃ（Ｏ）ＳＲ●、-（Ｃ１-４直鎖または分岐鎖のアルキレン）Ｃ（Ｏ）ＯＲ●、または-ＳＳＲ●であり、式中、各Ｒ●は、非置換であるか、または、「ハロ」が前に付されている場合、１つ以上のハロゲンのみで置換され、かつ、Ｃ１-４脂肪族、−ＣＨ２Ｐｈ、-Ｏ（ＣＨ２）０-１Ｐｈ、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環から独立して選択される。Ｒ○の飽和炭素原子上の好適な二価の置換基は、＝Ｏおよび＝Ｓを含む。
【００６１】
「任意選択的に置換された」基の飽和炭素原子上の好適な二価の置換基は、以下を含む：＝Ｏ、＝Ｓ、＝ＮＮＲ＊２、＝ＮＮＨＣ（Ｏ）Ｒ＊、＝ＮＮＨＣ（Ｏ）ＯＲ＊、＝ＮＮＨＳ（Ｏ）２Ｒ＊、＝ＮＲ＊、＝ＮＯＲ＊、-Ｏ（Ｃ（Ｒ＊２））２-３Ｏ-、または-Ｓ（Ｃ（Ｒ＊２））２-３Ｓ-（式中、それぞれ独立して出現するＲ＊は、水素、以下に定義するように置換されてもよいＣ１-６脂肪族、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する非置換の５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環から選択される）。「任意選択的に置換された」基の隣接した置換可能な炭素に結合する好適な二価の置換基は、-Ｏ（ＣＲ＊２）２-３Ｏ-を含み、式中、それぞれ独立して出現するＲ＊は、水素、以下に定義するように置換されてもよいＣ１-６脂肪族、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する非置換の５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環から選択される。
【００６２】
Ｒ＊の脂肪族基上の好適な置換基は、ハロゲン、-Ｒ●、−（ｈａｌｏＲ●）、-ＯＨ、-ＯＲ●、-Ｏ（ｈａｌｏＲ●）、-ＣＮ、-Ｃ（Ｏ）ＯＨ、-Ｃ（Ｏ）ＯＲ●、-ＮＨ２、-ＮＨＲ●、-ＮＲ●２、または-ＮＯ２を含み、式中、各Ｒ●は、非置換であるか、または、「ハロ」が前に付されている場合、１つ以上のハロゲンのみで置換され、かつ、独立して、Ｃ１-４脂肪族、−ＣＨ２Ｐｈ、-Ｏ（ＣＨ２）０-１Ｐｈ、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環である。
【００６３】
「任意選択的に置換された」基の置換可能な窒素上の好適な置換基は、-Ｒ†、-ＮＲ†２、-Ｃ（Ｏ）Ｒ†、-Ｃ（Ｏ）ＯＲ†、-Ｃ（Ｏ）Ｃ（Ｏ）Ｒ†、-Ｃ（Ｏ）ＣＨ２Ｃ（Ｏ）Ｒ†、-Ｓ（Ｏ）２Ｒ†、−Ｓ（Ｏ）２ＮＲ†２、-Ｃ（Ｓ）ＮＲ†２、-Ｃ（ＮＨ）ＮＲ†２、または-Ｎ（Ｒ†）Ｓ（Ｏ）２Ｒ†を含み、式中、各Ｒ†は、独立して、水素、以下に定義するように置換されてもよいＣ１-６脂肪族、非置換の-ＯＰｈ、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する非置換の５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環であるか、あるいは、上記定義にかかわらず、独立して出現する２つのＲ†は、それらの介在原子（複数可）と一緒になって、窒素、酸素、または硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する非置換の３〜１２員の飽和、部分不飽和、またはアリールの単環または多環を形成する。
【００６４】
Ｒ†の脂肪族基上の好適な置換基は、独立して、ハロゲン、-Ｒ●、-（ｈａｌｏＲ●）、-ＯＨ、-ＯＲ●、-Ｏ（ｈａｌｏＲ●）、-ＣＮ、-Ｃ（Ｏ）ＯＨ、-Ｃ（Ｏ）ＯＲ●、-ＮＨ２、-ＮＨＲ●、-ＮＲ●２、または−ＮＯ２であり、式中、各Ｒ●は、非置換であるか、または、「ハロ」が前に付されている場合、１つ以上のハロゲンのみで置換され、かつ、独立して、Ｃ１-４脂肪族、−ＣＨ２Ｐｈ、-Ｏ（ＣＨ２）０-１Ｐｈ、または窒素、酸素、もしくは硫黄から独立して選択される０〜４個のヘテロ原子を有する５〜６員の飽和環、部分不飽和環、もしくはアリール環である。
【００６５】
本明細書において使用される場合、「触媒」という用語は、それ自体は、消費もされず、また永久的な化学変化も受けないが、その存在が化学反応の速度を増加させる物質を指す。
本発明の種々の実施形態の詳細な説明
【００６６】
本発明は、エポキシド原料から酸無水物を連続生成するための方法を包含する。中でも、本発明は、予想外に高い濃度の酸無水物の存在下で、β−ラクトンを形成するためのエポキシドのカルボニル化を成功裡に行うことができるという本発明者の発見を包含する。この発見により、エポキシドを酸無水物に変換する連続フロープロセスを実施するための新しい効率的な戦略が可能になる。
【００６７】
種々の態様において、本発明は、第１のカルボニル化１の後にβ−ラクトン（例えば、β−プロピオラクトン）、第２のカルボニル化２の後に酸無水物（例えば、無水コハク酸）を生じさせるための、エポキシド化合物（例えば、エチレンオキシド）の２段階カルボニル化１および２の方法を包含する。いくつかの実施形態において、記載される二重カルボニル化反応は、２つの別々の反応ゾーンまたは容器において行われる。これは、主に、第１のカルボニル化反応が、第２のカルボニル化反応と比較してはるかに緩徐な速度で進行するためである。さらに、第２のカルボニル化反応２の動態は、実質的に全てのエポキシドが消費されるまで第２のカルボニル化を開始させない。よって、単一の反応器に対するエポキシドの連続供給は、最終反応生成物である酸無水物の代わりに中間体ラクトン生成物の形成をもたらすに過ぎない。
【００６８】
図１を参照すると、種々の態様において、第１のカルボニル化反応１の生成物は、第１の反応生成物流２００である。種々の態様において、第２のカルボニル化反応２の生成物は、第２の反応生成物流３００である。酸無水物は、第２の反応生成物流３００の他の成分からさらに分離されるか３、または単離される。酸無水物は、限定されないが、ジカルボン酸（例えば、コハク酸）、ジオール（例えば、１，４ブタンジオール）、および環状エーテル（例えば、ＴＨＦ）を含む化合物にさらに変換することができる。いくつかの実施形態において、カルボニル化反応１もしくは２のいずれかまたはその両方が、触媒の存在下で行われる。いくつかの実施形態において、各ステップでエポキシドを一酸化炭素と反応させる。いくつかの実施形態において、触媒は、溶媒中に存在する。下のスキーム１は、本発明の一実施形態における反応順序を示す。
【化１】
2015511947.tif 000003
スキーム１
カルボニル化
第１のカルボニル化
【００６９】
図１を参照すると、第１のカルボニル化ステップは、エポキシドおよび任意選択的にカルボニル化触媒を含む原料流１００を一酸化炭素と接触させて、エポキシドから形成される第１のカルボニル化生成物を含有する第１の反応生成物流２００を提供することによって行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、触媒の存在下で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、溶媒中で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、相当量の溶解した酸無水物を含有する溶液中で行われる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、酸無水物で飽和している溶液中で行われる。
反応物
【００７０】
最初に第１のカルボニル化反応を参照すると、反応物は、エチレンオキシド、酸化プロピレン、または本明細書のクラスおよびサブクラスにおいて言及される他のエポキシドのうちのいずれかを含む種々のエポキシドを、単独でまたは組み合わせて含み得る。
【００７１】
特定の実施形態において、エポキシド出発材料は、式Ｉ
【化２】
2015511947.tif 000004
を有し、式中、Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、-Ｈ、任意選択的に置換されたＣ１−６脂肪族、任意選択的に置換されたフェニル、任意選択的に置換されたＣ１−６ヘテロ脂肪族、任意選択的に置換された３〜６員の炭素環、および任意選択的に置換された３〜６員のヘテロ環からなる群から選択され、Ｒ１およびＲ２は、任意選択的に、介在原子と一緒になって、１つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含有する３〜６員の置換または非置換の飽和環または不飽和環を形成することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態において、Ｒ１は、水素である。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、フェニルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、任意選択的に置換されたＣ１−６脂肪族である。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、ｎ−ブチルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、ｎ−プロピルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、エチルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、-ＣＦ３である。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、-ＣＨ２Ｃｌである。他の実施形態において、Ｒ１は、メチルである。
【００７３】
いくつかの実施形態において、Ｒ２は、水素である。いくつかの実施形態において、Ｒ２は、任意選択的に置換されたＣ１−６脂肪族である。いくつかの実施形態において、Ｒ２は、メチルである。
【００７４】
特定の実施形態において、Ｒ１およびＲ２は、介在原子と一緒になって、１つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含有する３〜６員の置換または非置換の環を形成する。いくつかの実施形態において、Ｒ１およびＲ２は、介在原子と一緒になって、シクロペンチル環またはシクロヘキシル環を形成する。
【００７５】
特定の実施形態において、エポキシドは、エチレンオキシド、酸化プロピレン、１，２−ブチレンオキシド、２，３−ブチレンオキシド、エピクロルヒドリン、シクロへキセンオキシド、シクロペンテンオキシド、３，３，３−トリフルオロ−１，２−エポキシプロパン、スチレンオキシド、グリシジルエーテル、およびグリシジルエステルからなる群から選択される。
【００７６】
特定の実施形態において、エポキシドは、エチレンオキシドである。
【００７７】
特定の実施形態において、エポキシドは、酸化プロピレンである。
【００７８】
特定の実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、スキーム２に示す反応を含み、
【化３】
2015511947.tif 000005
スキーム２
式中、Ｒ１およびＲ２の各々は、上に定義され、かつ本明細書のクラスおよびサブクラスに記載される。
【００７９】
特定の実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、スキーム３に示す反応を含み、
【化４】
2015511947.tif 000006
スキーム３
式中、Ｒ１は、-ＨおよびＣ１−６脂肪族からなる群から選択される。
【００８０】
特定の実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、スキーム４に示す反応を含む。
【化５】
2015511947.tif 000007
スキーム４
【００８１】
特定の実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、スキーム５に示す反応を含む。
【化６】
2015511947.tif 000008
スキーム５
【００８２】
方法は、一酸化炭素、または一酸化炭素と別のガスとの混合物を含む。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、水素との混合物中に提供される（例えば、合成ガス）。一酸化炭素と水素の比は、１：２０〜２０：１、具体的には、１：１０〜１０：１、または１：４〜４：１（限定されないが、１：１、１：２、１：４、１：１０、１０：１、４：１、もしくは２：１を含む）の任意の比であってもよい。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、他のガスを含有する混合物中に提供される。一酸化炭素の源は、限定されないが、とりわけ、合成ガス、木ガス、発生炉ガス、石炭ガス、都市ガス（ｔｏｗｏｎ  ｇａｓ）、都市ガス（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  ｇａｓ）、ハイガス、ドーソンガス、または水性ガスを含む。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、炭化水素（例えば、メタン）を水蒸気改質することによって提供される。一酸化炭素は、水蒸気改質流出液中の他のガスの量を減少させるための圧力スイング吸収によって精製することができる。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、超大気圧で提供される。一酸化炭素の量は、エポキシド出発材料のβ−ラクトンへの効率的な変換を実現するように供給されるべきである。
第２のカルボニル化
【００８３】
図１を参照すると、第２のカルボニル化ステップは、第１の反応生成物流２００および任意選択的にカルボニル化触媒を一酸化炭素と接触させて、β−ラクトンから形成される第２のカルボニル化生成物を含有する第２の反応生成物流３００を提供することにより行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、触媒の存在下で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、溶媒中で行われる。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、酸無水物で飽和している溶液中で行われる。
反応物
【００８４】
次に、第２のカルボニル化反応２を参照すると、反応物は、β−プロピオラクトンを含む、第１のカルボニル化反応から生成される種々のラクトンを含み得る。第２のカルボニル化生成物は、無水コハク酸を含む種々の酸無水物を含み得る。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、実質的に全てのエポキシド供給原料がラクトンに変換されるまで開始しない。
【００８５】
特定の実施形態において、ラクトン出発材料は、式ＩＩ
【化７】
2015511947.tif 000009
を有し、式中、Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、-Ｈ、任意選択的に置換されたＣ１−６脂肪族、任意選択的に置換されたフェニル、任意選択的に置換されたＣ１−６ヘテロ脂肪族、任意選択的に置換された３〜６員の炭素環、および任意選択的に置換された３〜６員のヘテロ環からなる群から選択され、Ｒ１およびＲ２は、任意選択的に、介在原子と一緒になって、１つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含有する３〜６員の置換または非置換の飽和環または不飽和環を形成することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、Ｒ１は、水素である。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、フェニルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、任意選択的に置換されたＣ１−６脂肪族である。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、ｎ−ブチルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、ｎ−プロピルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、エチルである。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、-ＣＦ３である。いくつかの実施形態において、Ｒ１は、-ＣＨ２Ｃｌである。他の実施形態において、Ｒ１は、メチルである。
【００８７】
いくつかの実施形態において、Ｒ２は、水素である。いくつかの実施形態において、Ｒ２は、任意選択的に置換されたＣ１−６脂肪族である。いくつかの実施形態において、Ｒ２は、メチルである。
【００８８】
特定の実施形態において、Ｒ１およびＲ２は、介在原子と一緒になって、１つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含有する３〜６員の置換または非置換の環を形成する。いくつかの実施形態において、Ｒ１およびＲ２は、介在原子と一緒になって、シクロペンチル環またはシクロヘキシル環を形成する。
【００８９】
いくつかの実施形態において、ラクトンは、アセトラクトン、プロピオラクトン、ブチロラクトン、およびバレロラクトンからなる群から選択される。
【００９０】
いくつかの実施形態において、ラクトンは、β−プロピオラクトンである。
【００９１】
特定の実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、スキーム６に示す反応を含む。
【化８】
2015511947.tif 000010
スキーム６
【００９２】
特定の実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、スキーム７に示す反応を含む。
【化９】
2015511947.tif 000011
スキーム７
【００９３】
特定の実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、スキーム８に示す反応を含む。
【化１０】
2015511947.tif 000012
スキーム８
【００９４】
特定の実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、スキーム９に示す反応を含む。
【化１１】
2015511947.tif 000013
スキーム９
第１のカルボニル化反応１と同様に、第２のカルボニル化反応２は、さらなる一酸化炭素、および／または一酸化炭素と他のガスとの混合物を含むことができる。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、水素との混合物中に提供される（例えば、合成ガス）。一酸化炭素と水素の比は、１：２０〜２０：１、具体的には、１：１０〜１０：１、または１：４〜４：１（限定されないが、１：１、１：２、１：４、１：１０、１０：１、４：１、もしくは２：１を含む）の任意の比であってもよい。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、他のガスを含有する混合物中に提供される。一酸化炭素の源は、限定されないが、とりわけ、木ガス、発生炉ガス、石炭ガス、都市ガス（ｔｏｗｏｎ  ｇａｓ）、都市ガス（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  ｇａｓ）、ハイガス、ドーソンガス、または水性ガスを含む。いくつかの実施形態において、一酸化炭素は、超大気圧で提供される。一酸化炭素の量は、ラクトン出発材料の酸無水物への効率的な変換を実現するように供給されるべきである。
触媒
【００９５】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、金属カルボニル錯体を含む。いくつかの実施形態において、金属カルボニル錯体は、一般式［ＱＭｙ（ＣＯ）ｗ］ｘを有し、式中、
Ｑは、任意の好適な配位子であって、存在する必要はなく、
Ｍは、金属原子であり、
ｙは、１〜６の整数（両端を含む）であり、
ｗは、安定な金属カルボニルを提供するような数であり、
ｘは、−３〜＋３の整数（両端を含む）である。
金属カルボニル錯体が式［ＱＭｙ（ＣＯ）ｗ］ｘを有する特定の実施形態において、Ｍは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群から選択される。特定の実施形態において、Ｍは、Ｃｏである。特定の実施形態において、金属カルボニル錯体は、Ｃｏ（ＣＯ）４−である。
【００９６】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分をさらに含む。特定の実施形態において、ルイス酸成分は、カチオン性である。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、アニオン性金属カルボニル錯体（例えば、ｘが負の整数である）およびカチオン性ルイス酸成分を含む。特定の実施形態において、金属カルボニル錯体は、カルボニルコバルテートを含み、ルイス酸成分は、金属中心を有するカチオン性ルイス酸を含む。
【００９７】
特定の実施形態において、金属中心を有するカチオン性ルイス酸は、式［Ｍ’（Ｌ）ｂ］ｃ＋の金属錯体であり、式中、
Ｍ’は、金属であり、
各Ｌは、好適な配位子であり、
ｂは、１〜６の整数（両端を含む）であり、
ｃは、１、２、または３であり、
１つより多くのＬが存在する場合、各Ｌは、同じかまたは異なり得る。
【００９８】
いくつかの実施形態において、金属中心を有するルイス酸は、式［Ｍ’（Ｌ）ｂ］ｃ＋の金属錯体であり、Ｍ’は、遷移金属、１３族または１４族の金属、およびランタニドからなる群から選択される。特定の実施形態において、Ｍ’は、遷移金属または１３族の金属である。特定の実施形態において、Ｍ’は、アルミニウム、クロム、インジウム、およびガリウムからなる群から選択される。特定の実施形態において、Ｍ’は、アルミニウムである。特定の実施形態において、Ｍ’は、クロムである。特定の実施形態において、Ｍ’は、コバルトである。
【００９９】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒の金属中心を有するルイス酸成分は、ジアニオン性四座配位子を含む。当該技術分野において多数のそのような配位子が既知であり、本発明は、本明細書で言及される特定の配位子に限定されることを意図するものではない。そのような配位子ならびにそれらの類似体、誘導体および錯体の調製、修飾、および評価は、当業者に周知であり、本明細書に教示される方法は、ルイス酸金属錯体の配位子における変動を伴って展開され得ることを理解されたい。配位子の選択は、配位子の費用、錯体の溶解度、反応条件下における配位子の化学的安定性、配位子を使用する触媒プロセスの反応速度および選択性、ならびに所望のプロセスにおける触媒の生産性および寿命等の要因によって左右される。本明細書の教示および開示に基づくそのような変数の最適化は、ルーティン実験の問題である。
【０１００】
特定の実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、ポルフィリン、置換ポルフィリン、サレン、置換サレン、サリチ（ｓａｌｃｙ）、置換サリチ、サルフ（ｓａｌｐｈ）、置換サルフ、サラン（ｓａｌａｎ）、置換サラン、ジベンゾテトラメチルテトラアザ［１４］アンヌレン（「ＴＭＴＡＡ」）、置換ＴＭＴＡＡ、フタロシアニネート、置換フタロシアニネート、Ｔｒｏｓｔ配位子、および置換Ｔｒｏｓｔ配位子からなる群から選択される。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、ポルフィリンである。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、置換ポルフィリンである。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、ＣｌＴＰＰ（メソ−テトラ（４−クロロフェニル）ポルフィリン）である。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、ＴＰＰ（テトラフェニルポルフィリン）である。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、ＯＥＰ（オクタエチルポルフィリン）である。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、サレン（Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（サリチルイミン）配位子である。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、サルフ（Ｎ，Ｎ’−ビス（サリチリデン）−ｏ−フェニレンジアミン）配位子である。いくつかの実施形態において、ジアニオン性四座配位子は、サリチ（Ｎ，Ｎ’−ビス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルサリチリデン）−１，２−ジアミノシクロヘキサン）配位子である。
【０１０２】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてアルミニウムポルフィリン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ＴＰＰ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ＣｌＴＰＰ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ＯＥＰ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ポルフィリン）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。
【０１０３】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてクロムポルフィリン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。
【０１０４】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてクロムサレン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（サリチ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。
【０１０５】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてクロムサロフェン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（サルフ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。
【０１０６】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてアルミニウムサレン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてアルミニウムサロフェン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分として置換アルミニウムサロフェン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（サルフ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（サリチ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。
【０１０７】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、ルイス酸成分としてクロムポルフィリン化合物と組み合わせたカルボニルコバルテートを含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ＴＰＰ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ＣｌＴＰＰ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ＯＥＰ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。いくつかの実施形態において、カルボニル化触媒は、［（ポルフィリン）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。
【０１０８】
特定の実施形態において、カルボニル化触媒は、１つ以上の電子供与基をさらに含む。特定の実施形態において、そのような電子供与基は、溶媒分子である。いくつかの実施形態において、電子供与基は、触媒またはその一部が合成された溶媒分子である。特定の実施形態において、電子供与基は、エーテルである。特定の実施形態において、電子供与基は、ＴＨＦである。特定の実施形態において、電子供与基は、１，４−ジオキサンである。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、各カルボニル化反応は、異なるカルボニル化触媒を用いる。そのような実施形態において、反応系は、カルボニル化反応の間に、第１のカルボニル化触媒が除去される中間ステップを含んでもよい。そのような実施形態において、反応系は、カルボニル化反応の間に、第２のカルボニル化触媒が加えられる中間ステップを含んでもよい。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応は、反応に存在する両方のカルボニル化触媒を用いて進行する。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応は、反応に存在する両方のカルボニル化触媒を用いて進行する。
溶媒
【０１１０】
溶媒（すなわち、反応溶媒）に関して、本発明の方法は、溶媒の存在によって改善されることが分かっている。いくつかの実施形態において、溶媒は、低極性〜中極性である。いくつかの実施形態において、溶媒は、エポキシドを完全に溶解して、用いられる触媒が少なくとも部分的に溶解する反応混合物を提供する。さらに、特定の実施形態において、溶媒は、反応性官能基（例えば、アミン、アルコール、酸性水素原子、塩基性窒素原子等）を有しない。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、溶媒は、ルイス塩基を含む。本明細書において使用されるルイス塩基という用語は、電子対を供与することが可能な任意の求核種を指し、その例として酸素原子（例えば、エーテル、ケトン、エステル、炭酸塩等）、アミド、ニトリル、ホスフィン等が挙げられる。いくつかの実施形態において、好適な溶媒の存在は、ポリマー副生成物の形成を抑制することができ、場合によっては、反応の速度および／または収率を増加させることができる。
【０１１２】
特定の実施形態において、ルイス塩基はエポキシドとは異なる。他の実施形態において、ルイス塩基はエポキシドである（すなわち、ニートのエポキシドにおいて反応が行われる）。実際、非エポキシド溶媒の使用は、より高い収率をもたらし得るが、我々は、特定の触媒により、ニートのエポキシドにおいて二重カルボニル化を達成できることを発見した。
【０１１３】
特定の実施形態において、使用される溶媒は、エポキシドを完全に溶解し、用いられる触媒が少なくとも部分的に溶解する反応混合物を提供する。好適な溶媒は、エーテル、ケトン、芳香族炭化水素、ハロカーボン、エステル、ニトリル、およびいくつかのアルコールを含んでもよい。例えば、限定されないが、好適な溶媒は、１，４−ジオキサン、１，３−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジメトキシエタン、グリム、ジエチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、２，５−ジメチルテトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、アセトン、２−ブタノン、シクロヘキサノン、トルエン、アセトニトリル、およびジフルオロベンゼンを含んでもよい。いくつかの実施形態において、溶媒は、１，４−ジオキサン、トルエン、および／またはジメトキシエタンを含む。一実施形態において、溶媒は、１，４−ジオキサンを含む。上記溶媒のうちの２つ以上の混合物もまた有用であり、場合によっては、単一の溶媒よりも好ましい場合がある。例えば、トルエンと１，４−ジオキサンとの混合物が有用である。
【０１１４】
特定の実施形態において、低極性〜中極性（２０℃での誘電率によって決定される）のルイス塩基が、極性溶媒を上回って反応の性能を向上させることを発見した。よって、特定の実施形態において、溶媒は、１，３−ジオキサン（ε＝２０℃での誘電率＝１３．６）よりも極性の低いルイス塩基を含んでもよい。特定の実施形態において、溶媒は、オルト−ジフルオロベンゼン（ε＝１３）よりも極性の低いルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、メタ−ジフルオロベンゼン（ε＝５）よりも極性の低いルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、１，４−ジオキサン（ε＝２．２）と実質的に同じ極性のルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、約１〜約４の極性（ε）を有するルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、約１．５〜約３．５の極性（ε）を有するルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、約２〜約３の極性（ε）を有するルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、約２の極性（ε）を有するルイス塩基を含む。特定の実施形態において、溶媒は、約２〜約２．４の極性（ε）を有するルイス塩基を含む。
【０１１５】
特定の実施形態において、我々は、低〜中程度の電子供与性のルイス塩基が、供与性の強いルイス塩基を上回って反応の性能を向上させることを発見した。よって、特定の実施形態において、溶媒は、テトラヒドロフランよりも電子供与性の低いルイス塩基を含んでもよい。特定の実施形態において、溶媒は、２−メチルテトラヒドロフランよりも電子供与性の低いルイス塩基を含んでもよい。特定の実施形態において、溶媒は、２，５−ジメチルテトラヒドロフランよりも電子供与性の低いルイス塩基を含んでもよい。特定の実施形態において、溶媒は、ジフルオロベンゼンよりも電子供与性の高いルイス塩基を含んでもよい。特定の実施形態において、溶媒は、トルエンよりも電子供与性の高いルイス塩基を含んでもよい。特定の実施形態において、溶媒は、１，４−ジオキサンと実質的に同じ電子供与性のルイス塩基を含んでもよい。
【０１１６】
１，４−ジオキサンは、実施例に記載される種々の触媒と組み合わせて使用された時に、特に高い収率の無水物を生成すると考えらえるが、他の溶媒および溶媒の混合物（明示的に開示されていない溶媒および混合物を含む）がこれらの触媒とともに使用されてもよいことを理解されたい。それらの組み合わせのいくつかは、より低い収率をもたらす場合があるが、それらは本発明の範囲内に留まる。また、本発明は、決して、本出願中に例示される代表的な触媒に限定されるものではないことも理解されたい。具体的には、触媒および溶媒の適切な選択によって高収率の二重カルボニル化が可能であることを証明したため、当業者は、我々の教示が他の触媒／溶媒の組み合わせに一般化され得ることを認識するであろう。
【０１１７】
一般に、高度に極性の反応性またはプロトン性の溶媒は、本発明のプロセスにとっては低品質であるかまたは不適切である。低品質な溶媒は、イオン液体、塩素化炭化水素、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ピリジン等を含む。
【０１１８】
溶媒は、好ましくは、約０．１Ｍ〜約２０Ｍ、例えば、約０．１Ｍ〜約５Ｍ、または約０．５Ｍ〜約２Ｍのエポキシド濃度を達成するのに十分な量で加えられる。
反応条件
【０１１９】
各カルボニル化反応の条件は、エポキシドのβ−ラクトンへの変換およびβ−ラクトンの酸無水物への変換を実現するための多くの要因に基づいて、独立して選択される。温度、圧力、および反応時間が、反応の速度および効率に影響する。さらに、反応物の互いに対する比、および触媒に対する比も、反応の速度および効率に影響を及ぼす。いくつかの実施形態において、２つの反応の間の条件は同一である。いくつかの実施形態において、２つの反応の間の条件は異なる。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、いずれかの反応温度は、独立して、約−２０℃〜約６００℃の範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、反応温度は、約−２０℃、約０℃、約２０℃、約４０℃、約６０℃、約８０℃、約１００℃、約２００℃、約３００℃、約４００℃、約５００℃、または約６００℃である。いくつかの実施形態において、反応物、触媒、および溶媒は、標準温度で反応器に供給され、次いで、反応器内で加熱される。いくつかの実施形態において、反応物は、反応器に入る前に予熱される。いくつかの実施形態において、反応物は、反応器に入る前に冷却される。
【０１２１】
温度の影響を検討すると、特定の実施形態において、反応温度が本発明のプロセスの速度および結果に影響を及ぼすことが分かった。より高い温度では、反応は、より低い温度の時よりも迅速に進行するが、反応副生成物を形成する傾向が高くなり得る。
【０１２２】
いくつかの実施形態において、反応圧力は、約５０ｐｓｉｇ〜約５０００ｐｓｉｇの範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、反応圧力は、約１００ｐｓｉｇ、約２００ｐｓｉｇ、約３００ｐｓｉｇ、約４００ｐｓｉｇ、約５００ｐｓｉｇ、約６００ｐｓｉｇ、約７００ｐｓｉｇ、約８００ｐｓｉｇ、約９００ｐｓｉｇ、または約１０００ｐｓｉｇである。いくつかの実施形態において、圧力は、約５０ｐｓｉｇ〜約２０００ｐｓｉｇの範囲である。いくつかの実施形態において、圧力は、約１００ｐｓｉｇ〜１０００ｐｓｉｇの範囲である。いくつかの実施形態において、圧力は、約２００ｐｓｉｇ〜約８００ｐｓｉｇの範囲である。いくつかの実施形態において、圧力は、約１０００ｐｓｉｇ〜約５０００ｐｓｉｇの範囲である。いくつかの実施形態において、圧力は、約１０００ｐｓｉｇ〜約３０００ｐｓｉｇの範囲である。いくつかの実施形態において、圧力は、約３０００ｐｓｉｇ〜約５０００ｐｓｉｇの範囲である。いくつかの実施形態において、反応圧力は、一酸化炭素によって全体的に供給される。例えば、反応物、触媒、および溶媒は、大気圧で、または真空下で反応器に投入され、一酸化炭素は、圧力を反応圧力まで上昇させるように反応器に加えられる。いくつかの実施形態において、全ての反応物、溶媒、および触媒は、反応圧力で反応器に供給される。
【０１２３】
任意選択的に、反応が行われる雰囲気は、他のガスを含むことができる。そのような他のガスは、例えば、水素、メタン、窒素、二酸化炭素、空気、および微量の水蒸気を含むことができる。本発明はまた、上述のように、他の一酸化炭素含有ガス流が、反応が行われる雰囲気を提供するプロセスも具体的に包含する。比較的高い一酸化炭素圧で反応を行うことにより、より高い反応温度で望ましくない副生成物を最小限に抑えることができる。したがって、場合によっては、最適温度は、反応が行われる圧力に依存する。例えば、約４００ｐｓｉを超える高い一酸化炭素圧では、反応には高温が有利であることが分かった（例えば、最高で約１２０℃まで）。場合によっては、約４０℃から約８０℃の範囲の温度で反応が行われてもよい。副生成物の形成を回避するために、低温（例えば、＜０℃）の間に反応混合物をＣＯで加圧してもよく、ＣＯが反応混合物と接触できるようになった後にのみ、加熱が導入される。副生成物の最小化が所望される場合、混合物を加熱する前に一定期間（例えば、加熱の前に少なくとも５分）、ＣＯ圧が印加されてもよい。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、反応が経済的かつ時間的に実現可能な様式で進行するように、エポキシドまたはラクトンに対する触媒の比は、他の反応条件に基づいて選択される。いくつかの実施形態において、エポキシドに対する触媒の比は、モルベースで約１：１００００〜約１：５、約１：５０００〜約１：１０、または約１：１０００〜約１：１００である。いくつかの実施形態において、エポキシドに対する触媒の比は、モルベースで約１：１００００である。いくつかの実施形態において、エポキシドに対する触媒の比は、約１：５０００であり、約１：２５００であり、約１：２０００であり、約１：１５００であり、約１：１０００であり、約１：７５０であり、約１：５００であり、約１：２５０であり、約１：２００であり、約１：１５０であるか、または約１：１００である。いくつかの実施形態において、エポキシドの濃度は、約０．１Ｍ〜約５．０Ｍの範囲内である。いくつかの実施形態において、エポキシドの濃度は、約０．５Ｍ〜約３．０Ｍの範囲内である。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、触媒は、都合のよい時間間隔（例えば、約２４時間未満、例えば、約３時間未満）で反応プロセスを終了させるのに十分な量で存在することが好ましい。実量で、これは、エポキシド基質に基づいて約０．０００１モルパーセント〜約２０モルパーセントの範囲の触媒負荷を必要とし得る。特定の実施形態において、触媒負荷は、約０．０００１モルパーセント〜約１モルパーセント、例えば、約０．０００１モルパーセント〜約０．１モルパーセント、または約０．０００１モルパーセント〜約０．０１モルパーセントの範囲であってもよい。特定の実施形態において、触媒負荷は、約０．００１モルパーセント〜約２０モルパーセント、例えば、約０．１モルパーセント〜約１モルパーセント、または約０．０６７モルパーセント〜約５モルパーセントの範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、触媒負荷は、エポキシド基質に基づいて約０．１５４モルパーセント未満である。１つのそのような実施形態において、エポキシドは、エチレンオキシドである。
【０１２６】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、エポキシドのβ−ラクトンに対する完全な、ほぼ完全な反応を可能にするのに十分な期間維持されるか、または反応動態およびもしくは反応条件に基づいて可能な限り完全に維持される。いくつかの実施形態において、反応時間は、約１２時間、約８時間、約６時間、約３時間、約２時間、約１時間、約０．５時間、約１０分間、約５分間、または約１分間維持される。いくつかの実施形態において、反応時間は、第１のカルボニル化反応器１１０内の滞留時間として確立される。反応は、反応器の温度もしくは圧力を低下させること、特定の反応物を取り出すこと、または反応停止化合物を導入することによって停止することができる。反応は、任意の時点で、またはβ−ラクトンに対するエポキシドの任意の変換率で停止されてもよい。例えば、反応は、エポキシドの５０％がβ−ラクトンに変換された時、またはエポキシドの供給が枯渇し、ほぼ全体がβ−ラクトンに変換された時に停止されてもよい。
【０１２７】
特定の実施形態において、第１のカルボニル化反応１が定常条件下で行われる場合、反応器は、供給されたエポキシドが、β−ラクトンに対するエポキシドの完全なまたはほぼ完全な反応を可能にするのに十分な反応器内の滞留時間を有するような反応条件下で、供給され、維持される。いくつかの実施形態において、滞留時間は、約１２時間、約８時間、約６時間、約３時間、約２時間、約１時間、約０．５時間、約１０分間、約５分間、または約１分間である。
【０１２８】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、β−ラクトンの酸無水物に対する完全な、ほぼ完全な反応を可能にするのに十分な期間維持されるか、または反応動態およびもしくは反応条件に基づいて可能な限り完全に維持される。いくつかの実施形態において、反応時間は、約１２時間、約８時間、約６時間、約３時間、約２時間、約１時間、約０．５時間、約１０分間、約５分間、または約１分間維持される。いくつかの実施形態において、反応時間は、第２のカルボニル化反応器２１０内の滞留時間として確立される。反応は、反応器の温度もしくは圧力を低下させること、特定の反応物を取り出すこと、または反応停止化合物を導入することによって停止することができる。反応は、任意の時点で、または酸無水物に対するβ−ラクトンの任意の変換率で停止されてもよい。例えば、反応は、β−ラクトンの５０％が酸無水物に変換された時、またはβ−ラクトンが枯渇した時に停止されてもよい。
カルボニル化反応生成物
【０１２９】
上述のように、第１のカルボニル化反応１の第１の反応生成物は、β−ラクトン（例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン）である。さらに、反応生成物流２００は、他の反応副生成物、未反応の反応物、ならびに触媒および溶媒を含有してもよい。いくつかの実施形態において、未反応の反応物は、エポキシドまたは一酸化炭素を含む。そのため、反応は、完了まで進行しなくてもよく、部分的な反応であると見なされてもよい。
【０１３０】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応１において、未反応のエポキシドの量は、酸無水物（例えば、無水コハク酸）の形成を防止するのに十分である。特定の理論に拘束されるものではないが、第２のカルボニル化反応２（例えば、β−プロピオラクトンを無水コハク酸に変換する）は、実質的に全てのエポキシドが消費されない場合は進行しないと推察される。よって、未反応な状態で出てくる第１のカルボニル化反応器１１０への少量のエポキシド供給が、無水コハク酸の形成を妨げると考えられる。いくつかの実施形態において、第１の反応生成物流２００は、約５重量％未満のエポキシド、約３重量％未満のエポキシド、約１重量％未満のエポキシド、または約０．１重量％未満を含有する。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応１からの副生成物の形成は、以下の化合物のうちの１つ以上の形成を含む：クロトンアルデヒド、アクリル酸、１，４ジオキサン、アクリル酸二量体および三量体、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２，５ヘキサンジエナール、３−オキサカプロラクトン、ジエチレングリコールモノアクリレート、３−ヒドロキシプロピオン酸、ジエチレングリコールジアクリレート、５−バレロラクトン、ならびに／または２，６−ジメチル−１，３−ジオキサン−４−オール。
【０１３２】
上述のように、第２のカルボニル化反応２の第２の反応生成物は、酸無水物（例えば、無水コハク酸）である。さらに、第２の反応生成物流３００は、他の反応副生成物、未反応の反応物、ならびに触媒および溶媒を含有してもよい。いくつかの実施形態において、未反応の反応物は、β−ラクトン、エポキシド、または一酸化炭素を含む。そのため、反応は、完了まで進行しなくてもよく、部分的な反応であると見なされてもよい。
反応様式
【０１３３】
いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応１は、連続操作で行われる。反応容器は、第１の反応器および第２の反応器と称されるが、同じ反応容器内の２つの異なる反応ゾーンで２つの反応が生じることが企図される。例えば、１つの連続容積内に２つの異なる反応ゾーンを有する管状またはプラグフロー反応器である。反応物は、第１のカルボニル化反応器１１０に連続的に供給される。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０は撹拌され、いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０内で混合は行われない。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０は、ガス吸込インペラ―を含む。反応物は、標準的な温度および／または圧力で第１のカルボニル化反応器１１０に供給されてもよく、次いで、第１のカルボニル化反応器１１０に入ってから、反応条件まで加熱または加圧されてもよい。第１のカルボニル化反応器１１０自体は、限定されないが、連続撹拌タンク反応器または管状反応器を含む、連続操作に貢献するいずれの反応器であってもよい。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０は、断熱反応器および／または等温反応器である。いくつかの実施形態において、反応器の圧力は一定である。いくつかの実施形態において、反応器の圧力は、反応が進むにつれて変化する。いくつかの実施形態において、反応器の温度は、反応が進むにつれて変化する。いくつかの実施形態において、反応は、バッチ操作で行われる。当業者は、所与の反応結果を達成するために、温度、圧力、触媒比、反応物、触媒、および溶媒の濃度、流量を最適化するかまたは変化させることができることを理解するであろう。
【０１３４】
いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応２は、連続操作で行われる。反応物は、第２のカルボニル化反応器２１０に連続的に供給される。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器２１０は撹拌され、いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器２１０内で混合は行われない。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器２１０は、ガス吸込インペラ―を含む。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器２１０は、プラグフロー反応器である。反応物、第１の反応生成物流２００は、標準的な温度および／または圧力で第２のカルボニル化反応器２１０に供給されてもよく、次いで、第２のカルボニル化反応器２１０に入ってから、反応条件まで加熱または加圧されてもよい。反応物、第１の反応生成物流２００は、第１のカルボニル化反応１の操作の温度および圧力と等しい温度および圧力で、第２のカルボニル化反応器２１０に供給されてもよい。反応物、第１の反応生成物流２００は、第２のカルボニル化反応２の操作の温度および圧力と等しい温度および圧力で、第２のカルボニル化反応器２１０に供給されてもよい。反応物、第１の反応生成物流２００は、第１のまたは第２のカルボニル化反応の温度または圧力の間、上、または下のいずれの温度で第２のカルボニル化反応器２１０に供給されてもよい。いくつかの実施形態において、第１の反応生成物流２００へのより多くの一酸化炭素の添加は、第２のカルボニル化反応２の開始、または第２のカルボニル化反応器２１０の開始を明確に区別する。
【０１３５】
第２のカルボニル化反応器２１０自体は、限定されないが、連続式撹拌タンク反応器または管状反応器（例えば、プラグフロー反応器）を含む、連続操作に貢献するいずれの反応器であってもよい。いくつかの実施形態において、第２のカルボニル化反応器２１０は、断熱反応器および／または等温反応器である。いくつかの実施形態において、反応器の圧力は一定である。いくつかの実施形態において、反応器の圧力は、反応が進むにつれて変化する。いくつかの実施形態において、反応器の温度は、反応が進むにつれて変化する。いくつかの実施形態において、反応は、バッチ操作で行われる。当業者は、所与の反応結果を達成するために、温度、圧力、触媒比、反応物、触媒、および溶媒の濃度、流量を最適化するかまたは変化させることができることを理解するであろう。
【０１３６】
いくつかの実施形態において、上述のように、種々の個々の反応生成物、または第２の反応生成物流３００全体さえも、リサイクル流５００として第１のカルボニル化反応器１１０または原料流１００にリサイクルすることができる。いくつかの実施形態において、後述のように、反応生成物は、少なくとも２つの流れに分離される。一般に、少なくとも一方の流れは、溶媒および触媒の少なくとも大部分を含み、他方の流れは、酸無水物生成物の少なくとも大部分を含有する。これらの流れのいずれかまたは両方を、分離ステップ３を行うかまたは行わずに、第１のカルボニル化反応１の出口にリサイクルすることができる。
【０１３７】
いくつかの実施形態において、触媒および／または溶媒流は、原料流にまたは第１のカルボニル化反応器１１０にリサイクルされる。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０または原料流１００にリサイクルされる第２の反応生成物流３００からの溶媒および／または触媒の部分は、約０％〜約１００％の範囲である。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０または原料流１００にリサイクルされる第２の反応生成物流３００からの溶媒および／または触媒の一部は、約１００％、約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２０％、約１０％、約０％である。いくつかの実施形態において、溶媒と比較して、異なる割合の触媒がリサイクルされる：すなわち、触媒または溶媒成分のいずれかの割合は、等しくなくてもよい。
【０１３８】
いくつかの実施形態において、触媒および／または溶媒の一部は、廃棄物５１０としてリサイクル流５００から取り出される。廃棄物５１０として取り出される触媒および／または溶媒の部分は、第１の反応生成物流２００中の全触媒および／または溶媒と比較して、約０％〜約９０％の範囲であってもよい。廃棄物５１０として取り出される触媒および／または溶媒の部分は、第１の反応生成物流２００中の全触媒および／または溶媒と比較して、約９０％、約８０％、約７０％、約６０、約５０％、約４０％、約３０％、約２０％、約１０％、約５％、約１％、約０．５％、または約０．１％であってもよい。廃棄物５１０として取り出される触媒および／または溶媒の部分は、第１の反応生成物流２００中の全触媒および／または溶媒と比較して、１０％未満、５％未満、３％未満、２％未満、１％未満、０．５％未満、０．２５％未満、０．１％未満であってもよい。
【０１３９】
いくつかの実施形態において、カルボニル化反応が持続することを確実にするために、未使用の触媒およびまたは溶媒６００が、リサイクル流５００または原料流１００のいずれかに供給される。加えられる溶媒およびまたは触媒は、反応中に失われた、廃棄物５１０として取り出された、生成物流中に引き込まれた、または使い果たされ、もはや有用ではない溶媒および／または触媒を補うことができる。加えられる触媒および／または溶媒の部分は、反応生成物流中の全触媒および／または溶媒と比較して、約０％〜約１００％の範囲であってもよい。加えられる溶媒およびまたは触媒の部分は、第１の反応生成物流２００中の全触媒および／または溶媒と比較して、約１００％、約９０％、約８０％、約７０％、約６０、約５０％、約４０％、約３０％、約２０％、または約１０％であってもよい。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００は、第１のカルボニル化反応器１１０または反応物原料流１００にリサイクルされる。後述するように、酸無水物生成物流４００は、一般に、第２の反応生成物流３００から分離される。いくつかの実施形態において、分離された酸無水物生成物流４００は、第２の反応生成物流３００の一部に由来し、残りの第２の反応生成物流３００は、原料流１００または第１のカルボニル化反応器１１０にリサイクルされて戻される。いくつかの実施形態において、カルボニル化反応器または原料流にリサイクルされた第２の反応生成物流３００の部分は、約０％〜約１００％の範囲である。いくつかの実施形態において、第１のカルボニル化反応器１１０または原料流１００にリサイクルされた第２の反応生成物流３００からの酸無水物の部分は、約１００％、約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２０％、約１０％、約０％である。いくつかの実施形態において、第１または第２の反応生成物流２００および３００のいずれかまたは両方における酸無水物の割合が規定のレベルに達するまで、第２の反応生成物流３００の１００％が、第１のカルボニル化反応器１１０または原料流１００にリサイクルされる。いくつかの実施形態において、規定のレベルは、約５％〜約７５％である。いくつかの実施形態において、規定のレベルは、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、または約７５％である。いくつかの実施形態において、そのレベルは、各流れのまたは第１もしくは第２のカルボニル化反応器１１０および２１０の所与の条件における、原料流１００、第１または第２の反応生成物流２００または３００中の酸無水物の飽和である。
【０１４１】
カルボニル化ステップは、第１の反応生成物流２００中にいずれの酸無水物も存在しない状態で開始してもよい。カルボニル化の開始後、カルボニル化ステップから生成された酸無水物は、反応中に第２の反応生成物流３００中に蓄積してもよく、いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００中の酸無水物の含有量が閾値に達するまで、酸無水物は第２の反応生成物流３００から分離されない。特定の実施形態において、閾値は、約５〜約１０重量％である。特定の実施形態において、閾値は、約１０％〜約２０重量％である。特定の実施形態において、閾値は、約２０％〜約３０重量％である。特定の実施形態において、閾値は、約３０％〜約４０重量％である。特定の実施形態において、閾値は、約４０％〜約５０重量％である。特定の実施形態において、閾値は、約５０％〜約６０重量％である。特定の実施形態において、上述のように、閾値は、第１または第２のカルボニル化反応１または２のいずれかの条件下における、反応生成物流２００または３００中いずれかの酸無水物の飽和である。
分離
【０１４２】
いくつかの実施形態において、本発明は、第２の反応生成物流３００からの酸無水物生成物流４００の分離ステップ３を含む。分離は、限定されないが、固液、気液、および液液分離技術を含む、様々な分離手段によって達成され得る。いくつかの実施形態において、分離ステップ３で分離される酸無水物生成物流４００の部分は、第２の反応生成物流３００の約０％〜約１００％である。上述のように、分離ステップ３は、溶媒、触媒、および／または酸無水物を含むリサイクル流５００と、酸無水物を含む酸無水物４００とを生じさせる。いくつかの実施形態において、分離により、反応触媒の全てまたはほぼ全てがリサイクル流５００中に滞留する。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、原料流１００と併せられる前、または第１のカルボニル化反応器１１０に加えられる前に、リサイクル流５００が処理される。リサイクル流５００の種々の処理は、限定されないが、濾過、加熱、冷却、濃縮、およびこれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、原料流１００と併せられる前、または第１のカルボニル化反応器１１０に加えられる前に、エポキシドがリサイクル流５００に加えられる。いくつかの実施形態において、リサイクル流５００中で触媒が濃縮される。いくつかの実施形態において、触媒は、リサイクル流５００中で沈殿する程度まで濃縮される。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、分離ステップ３は、第２の反応生成物流３００から固体酸無水物を分離することを含む。いくつかの実施形態において、分離ステップ３は、第２の反応生成物流３００を、該生成物流中で最初に溶解した酸無水物の少なくとも一部がもはや溶解しない条件に曝露することを含む。いくつかの実施形態において、この曝露は、第２の反応生成物流３００の温度を低下させること、第２の反応生成物流３００の圧力を低下させること、および／または第２の反応生成物流３００中の一酸化炭素の分圧を低下させることを含む。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の温度は、分離ステップ３において約１℃〜６００℃低下する。いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の温度は、分離ステップ３において、約５℃〜約１００℃、約１０℃〜約５０℃、約２０℃〜約４０℃、または約４０℃〜約８０℃低下する。いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の温度は、分離ステップ３において、約１℃、約２℃、約３℃、約４℃、約５℃、約１０℃、約１５℃、約２０℃、約４０℃、約６０℃、約８０℃、約１００℃、約２００℃、約３００℃、約４００℃、約５００℃、または約６００℃低下する。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の温度低下は、反応温度から（絶対尺度で）１％〜約９９％の温度低下である。いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の温度は、第２のカルボニル化反応２の温度の約１％、約２％、約５％、約１０％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７５％、約８０％、約９０％、約９５％、または約９９％である。
【０１４７】
いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の一酸化炭素の圧力または分圧は、分離ステップ３において約１ｐｓｉｇ〜約５０００ｐｓｉｇ低下する。いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の一酸化炭素の全圧力または分圧は、約１ｐｓｉｇ、約５ｐｓｉｇ、約１０ｐｓｉｇ、約２０ｐｓｉｇ、約５０ｐｓｉｇ、約７５ｐｓｉｇ、約１００ｐｓｉｇ、約２００ｐｓｉｇ、約３００ｐｓｉｇ、約４００ｐｓｉｇ、約５００ｐｓｉｇ、約６００ｐｓｉｇ、約７００ｐｓｉｇ、約８００ｐｓｉｇ、約９００ｐｓｉｇ、約１０００ｐｓｉｇ、約２０００ｐｓｉｇ、約３０００ｐｓｉｇ、約４０００ｐｓｉｇ、または約５０００ｐｓｉｇ低下する。
【０１４８】
いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の圧力（または一酸化炭素の分圧）の低下は、反応圧力（またはＣＯの分圧）から（絶対尺度で）１％〜約９９．９％の圧力低下（またはＣＯの分圧）である。いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００の圧力は、第２のカルボニル化反応２の圧力（またはＣＯの分圧）の約１％、約２％、約５％、約１０％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７５％、約８０％、約９０％、約９５％、約９９％、約９９．５％、約９９．８％、または約９９．９％である。
固液分離
【０１４９】
いくつかの実施形態において、分離ステップ３は、第２の反応生成物流３００に成分を加えることを含む。特定の実施形態において、この成分は、生成物流中で溶解した酸無水物の溶解度の低下を引き起こし、酸無水物の沈殿をもたらす。いくつかの実施形態において、加えられる成分は、酸無水物のための結晶化核剤である。特定の実施形態において、結晶化核剤は、固体酸無水物を含む。
【０１５０】
いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００は、特定の反応条件および反応器出口条件で酸無水物の飽和点付近であるかまたは飽和点を上回る。いくつかの実施形態において、酸無水物の分離は、第２の反応生成物流３００の温度を低下させることによって達成される。第２の反応生成物流３００は、この実施形態において酸無水物の飽和点付近であるかまたは飽和点であるため、比較的緩徐な温度の変化、または代替として圧力の低下により、酸無水物の一部を結晶化させるかまたは第２の反応生成物流３００から沈殿させることができる。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、分離方法は、結晶化、濾過、または沈降である。分離は、限定されないが、蒸発冷却結晶化、冷却結晶化、フラッシュドラム、乾燥、濾過、およびこれらの技術の組み合せを含む様々な技術を用いて達成することができる。いくつかの実施形態において、技術および必要な機器は以下を含む：混合懸濁、混合生成物除去、強制循環蒸発晶析装置、ドラフトチューブ晶析装置、表面冷却晶析装置、直接接触冷却析装置、分級型懸濁晶析装置、混合懸濁−分級型生成物除去晶析装置、オスロ型晶析装置、表面掻取式晶析装置、バッチまたはセミバッチ晶析装置、再加圧−蒸発晶析装置。選択は、求められる結晶サイズ、およびプロセスフロー条件に一部基づく。
【０１５２】
濾過が固液分離技術である特定の実施形態において、濾過は、一酸化炭素圧下で行われる。理論に拘束されるものでも、また請求される発明の範囲を限定するものでもないが、本明細書に記載されるカルボニル化触媒は、ＣＯの非存在下で分解し得ると考えられる。したがって、ＣＯの相当な圧力を維持する条件下における濾過は、触媒の寿命およびプロセスの総生産性に有利であり得る。特定の実施形態において、濾過は、約１５ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧で行われる。特定の実施形態において、濾過は、約１５ｐｓｉ〜約１２００ｐｓｉ、約６０ｐｓｉ〜約８００ｐｓｉ、約１００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉ、約２００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉ、または約５０ｐｓｉ〜約５００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる。
【０１５３】
濾過が固液分離技術であるいくつかの実施形態において、限定されないが、回転ドラムフィルター、フィルタープレス、ディスクフィルター、および真空フィルターを含む、連続濾過の方法および機器を使用することができる。機器および操作条件の選択は、流量、粘性、温度、および圧力、ならびに最終生成物の所望の特性に一部依存する。
気液分離
【０１５４】
いくつかの実施形態において、分離ステップ３は、気相で酸無水物を分離すること（例えば、蒸留、フラッシング等）を含む。いくつかの実施形態において、第２の反応生成物流３００中の溶媒は、酸無水物よりも低い蒸気圧を有する。この場合、酸無水物生成物は、第２の反応生成物流３００を加熱し、第２の反応生成物流３００を煮沸して酸無水物を取り除くことによって分離される。付加的にまたは代替的に、酸無水物生成物は、第２の反応生成物流３００の圧力を低下させることによっても分離される。
液液分離
【０１５５】
いくつかの実施形態において、酸無水物の分離は、液液抽出を通して達成される。抽出プロセスは、第２の反応生成物流３００を２つの非混合性溶媒に分配することを含む。抽出において、酸無水物の一部が、一方の溶媒に分配され、他方の溶媒が、少なくとも反応触媒を含有する。いくつかの実施形態において、抽出後、酸無水物生成物を含有する溶媒は酸無水物生成物流４００であり、触媒を含有する流れはリサイクル流５００である。
【０１５６】
いくつかの実施形態において、溶媒のうちの１つは、反応溶媒であるか、または反応溶媒を含む。いくつかの実施形態において、抽出を介した分離ステップ３のために唯一の溶媒が加えられる。いくつかの実施形態において、リサイクル流５００は、反応溶媒を含有する。いくつかの実施形態において、リサイクル流５００は、反応溶媒を含み、他の加えられた溶媒は、酸無水物を含む。
【０１５７】
いくつかの実施形態において、抽出溶媒の一方または両方はイオン液体である。いくつかの実施形態において、溶媒のうちの１つは水性溶媒である。いくつかの実施形態において、抽出は向流抽出であり、いくつかの実施形態において、抽出は並流抽出である。いくつかの実施形態において、抽出は多段抽出である。ここでも同様に、上述のように、リサイクル流５００は、抽出後ではあるが、原料流１００と併せられる前、または第１のカルボニル化反応器１１０に加えられる前に、さらに処理されてもよい。
【０１５８】
いくつかの実施形態において、分離ステップ３の後、酸無水物生成物流４００は、さらなるプロセシング、精製、または処理に供される。いくつかの実施形態において、さらなるプロセシングは、酸無水物をさらに単離する。酸無水物生成物流４００の温度または圧力を増加または低下させてもよい。酸無水物生成物流４００は、さらなる反応または生成物の保存のために、酸無水物生成物流４００を調製するように濾過または別様に処理されてもよい。
ジカルボン酸またはさらなる生成物への変換
【０１５９】
酸無水物生成物流４００は、酸無水物をジカルボン酸に変換するためのさらなる反応を受けてもよい４。ジカルボン酸への変換のための反応化学は周知であり、ジカルボン酸生成物７００を生成するために、高温での酸無水物と水との反応を含んでもよい。
【０１６０】
付加的に、または代替として、酸無水物生成物流４００は、他の有用な化合物に変換するためのさらなる反応を受けてもよい。具体的には、コハク酸に加えて、限定されないが、１，４ブタンジオール（ＢＤＯ）、ＴＨＦ、またはγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を含む４炭素化合物が、最終反応生成物として企図される。４炭素化合物の生成のために好適な反応スキームは、これらの化合物への既知の経路で原料として用いられる無水マレイン酸の代わりに無水コハク酸を使用することにより達成することができる。例えば、１，４ブタンジオールは、現在、無水マレイン酸とメタノールとの反応、および無水物‐メタノール反応の中間生成物の水素化によって生成されている。この反応スキームにおける無水マレイン酸を本明細書のプロセスからの無水コハク酸で置き換えることにより、ＢＤＯを作製するために必要な水素化ステップの数が１つ削減される。
【０１６１】
したがって、一態様において、本発明は、上述の概念を組み込んだエチレンオキシドからの無水コハク酸の生成のための連続方法を包含する。特定の実施形態において、そのような方法は、
第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含有する第１の生成物を提供するステップと、
第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、生成物流を、残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの大部分を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、
生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように第２の生成物流を処理するステップと、
第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流とを生成するステップと、
触媒リサイクル流を第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含む。
【０１６２】
特定の実施形態において、この方法は、第１の反応ゾーンが少なくとも１つの連続撹拌タンク反応器を備えることを特徴とする。特定の実施形態において、連続撹拌タンク反応器のうちの１つ以上または複数の反応器が、定常状態条件で操作される。特定の実施形態において、第１の反応ゾーンは、一連の２つ以上の連続撹拌タンク反応器を備え、各反応器は、連続した状態においてその前にある反応器よりも低い定常状態のエチレンオキシド濃度を有することを特徴とする。
【０１６３】
この方法の特定の実施形態において、第２の反応ゾーンが１つ以上のプラグフロー反応器を備えることを特徴とする。特定の実施形態において、プラグフロー反応器は、反応ゾーン内の実質的に全てのβ−プロピオラクトンを無水コハク酸に変換する条件下で操作される。
【０１６４】
特定の実施形態において、第１の反応ゾーンは、少なくとも１つの連続撹拌タンク反応器を備え、第２の反応ゾーンは、少なくとも１つのプラグフロー反応器を備える。
【０１６５】
特定の実施形態において、第２の反応ゾーンは、第１の反応ゾーンよりも高いＣＯ圧および／または高い温度で操作される。
【０１６６】
特定の実施形態において、方法は、第２の反応ゾーンが高温で操作されることを特徴とする。特定の実施形態において、第２の生成物流を処理するステップは、生成物流を冷却するステップを含む。特定の実施形態において、第２の生成物流を処理するステップは、生成物流を約１０℃〜約１２０℃冷却することを含む。特定の実施形態において、第２の生成物流を処理するステップは、生成物流を約２０℃〜約１００℃、約２０℃〜約８０℃、約１０℃〜約６０℃、または約２０℃〜約４０℃冷却することを含む。特定の実施形態において、第２の生成物流を処理するステップは、生成物流を約１０℃、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約６０℃、約８０℃、または約１００℃冷却することを含む。
【０１６７】
特定の実施形態において、第２の生成物流を処理するステップは、生成物流を無水コハク酸の種晶と接触させることを含む。
【０１６８】
特定の実施形態において、第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離するステップは、生成物流を濾過して固体を除去することを含む。特定の実施形態において、濾過は、ＣＯ雰囲気下で行われる。特定の実施形態において、濾過は、ＣＯの分圧が１気圧よりも高いことを特徴とするＣＯの雰囲気下で行われる（すなわち、濾過は、ＣＯ下で行われる圧力濾過である）。特定の実施形態において、濾過は、約１５ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる。特定の実施形態において、濾過は、約１５ｐｓｉ〜約１２００ｐｓｉ、約６０ｐｓｉ〜約８００ｐｓｉ、約１００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉ、約２００ｐｓｉ〜約６００ｐｓｉ、または約５０ｐｓｉ〜約５００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる。
【０１６９】
特定の実施形態において、濾過ステップは、液体触媒リサイクル流を含む濾液を提供する。特定の実施形態において、濾液は、無水コハク酸中で飽和していることを特徴とする。特定の実施形態において、濾液は、濾液を第１の反応ゾーンに戻すステップの前に加熱される。特定の実施形態において、濾液を第１の反応ゾーンに戻す前に、１つ以上の成分が濾液に加えられる。特定の実施形態において、濾液が第１の反応ゾーンに戻される前に、エチレンオキシドが濾液に加えられる。特定の実施形態において、濾液が第１の反応ゾーンに戻される前に、さらなる溶媒が濾液に加えられる。
【０１７０】
特定の実施形態において、方法は、溶媒の存在下で行われることを特徴とする。特定の実施形態において、溶媒は、１，４ジオキサンを含む。
【０１７１】
特定の実施形態において、方法は、触媒が金属カルボニル化合物およびルイス酸を含むことを特徴とする。特定の実施形態において、触媒は、アニオン性金属カルボニル化合物およびカチオン性ルイス酸を含む。特定の実施形態において、アニオン性金属カルボニル化合物は、Ｃｏ（ＣＯ）４−を含む。特定の実施形態において、カチオン性ルイス酸は、カチオン性金属錯体を含む。特定の実施形態において、カチオン性金属錯体は、金属原子と多座配位子との組み合わせを含む。特定の実施形態において、カチオン性金属錯体は、３＋酸化状態にある金属とジアニオン性四座配位子との組み合わせを含む。特定の実施形態において、カチオン性ルイス酸は、アルミニウムを含む。特定の実施形態において、カチオン性ルイス酸は、クロムを含む。特定の実施形態において、カチオン性ルイス酸は、置換ポルフィリン配位子を含む。特定の実施形態において、カチオン性ルイス酸は、置換サレン配位子を含む。特定の実施形態において、カチオン性ルイス酸は、置換サルフ配位子を含む。
【０１７２】
特定の実施形態において、方法は、第１の反応ゾーンが液体反応混合物を定常状態で含有することを特徴とする（例えば、液体の組成は経時的に大幅に変化しない）。特定の実施形態において、液体反応混合物は、１，４ジオキサン、エチレンオキシド、β−プロピオラクトン、無水コハク酸、および金属カルボニル触媒の混合物を含む。特定の実施形態において、ジオキサンは、反応混合物の約１０重量パーセント〜約９５重量パーセントを占める。特定の実施形態において、β−プロピオラクトンは、混合物の約１〜約９０重量パーセントを占める。特定の実施形態において、エチレンオキシドは、混合物の約０．０１〜約１０重量パーセントを占める。特定の実施形態において、無水コハク酸は、混合物の約４〜約５０重量パーセントを占める。
【０１７３】
特定の実施形態において、方法は、少量の触媒リサイクル流を除去するさらなるサブステップを含む。これは、触媒の分解生成物が反応器内に蓄積するのを防止するためのパージループとして作用する。典型的には、パージにおいて除去される触媒の量は、未使用触媒の供給量に匹敵する。この未使用触媒の補給供給は、流れを第１の反応ゾーンに供給する前に触媒リサイクル流に加えて戻すことができるか、または代替として、プロセスへの別の入り口に直接加えることもできる。特定の実施形態において、触媒触媒補給流は、ジオキサン中の触媒の溶液を含む。
【０１７４】
特定の実施形態において、無水コハク酸の連続生成方法は、（ａ）第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップであって、カルボニル化触媒は、金属カルボニル化合物（アニオン性金属カルボニル化合物等）と、ルイス酸（金属原子と多座配位子との組み合わせ）とを含む、ステップと、（ｂ）第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、生成物流を、実質的に全ての残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの少なくとも一部を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、（ｃ）生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように第２の生成物流を処理するステップと、（ｄ）第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流と、を生成するステップと、（ｅ）液体触媒リサイクル流を第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含み、ステップ（ａ）および（ｂ）は、溶媒の存在下で行われる。
【０１７５】
特定の実施形態において、無水コハク酸の連続生成方法は、（ａ）第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップであって、カルボニル化触媒は、Ｃｏ（ＣＯ）４−と、カチオン性ルイス酸（３＋酸化状態にある金属原子、例えば、アルミニウムまたはクロムと、多座配位子、例えば、任意選択的に置換されたポルフィリン、任意選択的に置換されたサレン（Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（サリチルイミン））配位子、または任意選択的に置換されたサルフ（Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシベンジリデン）−１，２−ベンゼンジアミン）配位子との組み合わせを含む）とを含む、ステップと、（ｂ）第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、生成物流を、実質的に全ての残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの少なくとも一部を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、（ｃ）生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように第２の生成物流を処理するステップと、（ｄ）第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流とを生成するステップと、（ｅ）液体触媒リサイクル流を第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含み、ステップ（ａ）および（ｂ）は、１，４ジオキサンを含む溶媒の存在下で行われる。
【０１７６】
特定の実施形態において、無水コハク酸の連続生成方法は、（ａ）第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップであって、カルボニル化触媒は、Ｃｏ（ＣＯ）４−と、カチオン性ルイス酸（アルミニウムまたはクロムと、多座配位子、例えば、任意選択的に置換されたポルフィリン、任意選択的に置換されたサレン（Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（サリチルイミン））配位子、または任意選択的に置換されたサルフ（Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシベンジリデン）−１，２−ベンゼンジアミン）配位子との組み合わせを含む）とを含む（例えば、カルボニル化触媒は、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む）ステップと、（ｂ）第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、生成物流を、実質的に全ての残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの少なくとも一部を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、（ｃ）生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように第２の生成物流を処理するステップと、（ｄ）第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流とを生成するステップであって、前記分離するステップは、は、生成物流を濾過して固体無水コハク酸を除去することを含む、ステップと、（ｅ）液体触媒リサイクル流を第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含み、ステップ（ａ）および（ｂ）は、１，４ジオキサンを含む溶媒の存在下で行われる。
【０１７７】
特定の実施形態において、無水コハク酸の連続生成方法は、（ａ）第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップであって、カルボニル化触媒は、Ｃｏ（ＣＯ）４−と、アルミニウムまたはクロムと、多座配位子、例えば、任意選択的に置換されたポルフィリン、任意選択的に置換されたサレン（Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（サリチルイミン））配位子、または任意選択的に置換されたサルフ（Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシベンジリデン）−１，２−ベンゼンジアミン）配位子との組み合わせを含むカチオン性ルイス酸とを含む（例えば、カルボニル化触媒は、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む）ステップと、（ｂ）第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、生成物流を、実質的に全ての残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの少なくとも一部を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップと、（ｃ）生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように第２の生成物流を処理するステップであって、前記処理するステップは、生成物流を無水コハク酸の種晶と接触させることを含む、ステップと、（ｄ）第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流とを生成するステップであって、前記分離するステップは、生成物流を濾過して固体無水コハク酸を除去することを含み、前記濾過するステップは、任意選択的にＣＯ雰囲気下で、例えば、約１５ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる、ステップと、（ｅ）液体触媒リサイクル流を第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含み、ステップ（ａ）および（ｂ）は、１，４ジオキサンを含む溶媒の存在下で行われる。
【０１７８】
特定の実施形態において、無水コハク酸の連続生成方法は、（ａ）第１の反応ゾーンにおいて、カルボニル化触媒の存在下でエチレンオキシドを一酸化炭素と接触させ、β−プロピオラクトン、残留エチレンオキシド、およびカルボニル化触媒を含む第１の生成物流を提供するステップであって、カルボニル化触媒は、Ｃｏ（ＣＯ）４−と、カチオン性ルイス酸（アルミニウムまたはクロムと、多座配位子、例えば、任意選択的に置換されたポルフィリン、任意選択的に置換されたサレン（Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（サリチルイミン））配位子、または任意選択的に置換されたサルフ（Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシベンジリデン）−１，２−ベンゼンジアミン）配位子との組み合わせを含む）とを含む（例えば、カルボニル化触媒は、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む）ステップと、（ｂ）第１の生成物流を第２の反応ゾーンに供給するステップであって、生成物流を、実質的に全ての残留エチレンオキシドをβ−プロピオラクトンに変換するため、およびβ−プロピオラクトンの少なくとも一部を無水コハク酸に変換するために十分な条件下でさらなる一酸化炭素と接触させ、溶解した無水コハク酸およびカルボニル化触媒を含む第２の生成物流を提供するステップであって、第２の反応ゾーンは高温で操作される、ステップと、（ｃ）生成物流中の無水コハク酸の濃度が無水コハク酸の溶解度を超えるように第２の生成物流を冷却するステップと、（ｄ）第２の生成物流から固体無水コハク酸を分離して、固体無水コハク酸を含む無水コハク酸生成物流と、溶解した触媒および溶解した無水コハク酸を含む液体触媒リサイクル流と、を生成するステップであって、前記分離するステップは、生成物流を濾過して固体無水コハク酸を除去することを含み、前記分離するステップは、任意選択的にＣＯ雰囲気下で、例えば、約１５ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉの範囲のＣＯ圧下で行われる、ステップと、（ｅ）液体触媒リサイクル流を第１の反応ゾーンの入り口に戻すステップと、を含み、ステップ（ａ）および（ｂ）は、１，４ジオキサンを含む溶媒の存在下で行われる。
【実施例】
【０１７９】
材料の取り扱いは全ての実験に共通である：１，４−ジオキサンをＮａ／ベンゾフェノンケチルで乾燥し、開放減圧にて脱気した。１，４−ジオキサン、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、およびエチレンオキシド（ＥＯ）は、ドライボックスまたは標準的なシュレンクライン技術を使用して、乾燥窒素下で処理した。
実施例１：リサイクル反応
【０１８０】
窒素ドライボックス中で、インライン減衰全反射赤外分光法（「ＡＴＲ  ＩＲ」）プローブを装備した３００ｍｌ高圧反応器に、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］触媒（０．３６ｍｍｏｌ、ＴＰＰ＝テトラフェニルポルフィリナト）を充填し、密閉し、次いでドライボックスから取り出した。次いで、反応器に、Ｎ２下で１１４ｍＬの１，４−ジオキサンをさらに充填し、５００ｒｐｍで機械的に撹拌し、３７℃で加熱し、２００ｐｓｉの一酸化炭素ＣＯに加圧した。エチレンオキシド（「ＥＯ」）（１２０ｍｍｏｌ）を反応器に接続されたショットタンクに充填した。ショットタンクを６００ｐｓｉのＣＯで加圧し、ショットタンクと反応器を接続するバルブを開放することにより、ＥＯを反応器に加えた。反応器を６００ｐｓｉのＣＯ下、３７℃で２０時間撹拌した。インラインＡＴＲ−ＩＲにより反応を監視した。反応の後、反応器に通気してＣＯを放出した。反応器を窒素ドライボックスに入れ、開放した。結晶ＳＡを含有する反応混合物をフリットを通して濾過した。次いで、９５ｍＬの濾液を反応器に入れ戻した。定量ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）によって決定したところ、濾液中のＳＡ濃度は０．５２Ｍであった。反応器を密閉し、次いでドライボックスから取り出した。反応器を５００ｒｐｍで撹拌し、３７℃で加熱し、２００ｐｓｉのＣＯに加圧した。もう１回ＥＯ（１００ｍｍｏｌ）をショットタンクに充填した。ショットタンクと反応器を接続するバルブを開放することにより、６００ｐｓｉのＣＯでＥＯを反応器に加えた。反応器を、６００ｐｓｉのＣＯ下、３７℃で２４時間撹拌した。インラインＡＴＲ−ＩＲにより反応を監視した。その結果を表１および図５に要約する。
表１：エチレンエポキシド、無水コハク酸の濃度と、エチレンエポキシドをカルボニル化反応に２回添加した場合のターンオーバー頻度
【表１】
2015511947.tif 000014
＊  ［ＳＡ］０  ：各二重カルボニル化開始時の無水コハク酸濃度
ＴＯＦｉｎｉｔ  ：各二重カルボニル化の最初の５分間のＥＯカルボニル化（ＥＯからＢＰＬへ）のターンオーバー頻度
実施例２：複数ＥＯの添加
【０１８１】
窒素ドライボックス中で、インラインＡＴＲ  ＩＲプローブを装備した３００ｍｌ反応器に、［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］触媒（０．３０ｍｍｏｌ、ＴＰＰ＝テトラフェニルポルフィリナト）を充填し、密閉し、次いでドライボックスから取り出した。次いで、反応器に、Ｎ２下で９７ｍＬの１，４−ジオキサンをさらに充填し、５００ｒｐｍで機械的に撹拌し、３７℃で加熱し、２００ｐｓｉの一酸化炭素ＣＯに加圧した。エチレンオキシド（３４．８ｍｍｏｌ）を反応器に接続されたショットタンクに充填した。エチレンオキシドを収容するショットタンクを６００ｐｓｉのＣＯで加圧した。ショットタンクと反応器を接続するバルブを開放することにより、エチレンオキシドを反応器に加えた。反応器を６００ｐｓｉのＣＯ下、３７℃で撹拌した。インラインＡＴＲ−ＩＲにより反応を監視した。β−プロピオラクトンが全てＳＡに変換された後、ＣＯを放出することにより反応器内のＣＯ圧を５５０ｐｓｉに低下させた。ショットタンクにエチレンオキシド（４２．４ｍｍｏｌ）を再充填し、６００ｐｓｉのＣＯで加圧した。ショットタンクと反応器を接続するバルブを開放することにより、２回目のＥＯを反応器に加えた。ＥＯのＳＡへの変換をインラインＡＴＲにより監視した。ＥＯの添加および二重カルボニル化をさらに４回繰り返した（表２）。インラインＡＴＲ−ＩＲの結果（図６）は、反応混合物中の無水コハク酸濃度が、ＥＯのカルボニル化の速度にほとんど影響を及ぼさないことを示している。
表２：エチレンエポキシド、無水コハク酸の濃度と、エチレンエポキシドをカルボニル化反応に複数回添加した場合のターンオーバー頻度
【表２】
2015511947.tif 000015
＊  ［ＳＡ］０  ：  各二重カルボニル化開始時の無水コハク酸濃度
ＴＯＦｉｎｉｔ  ：各二重カルボニル化の最初の５分間のＥＯカルボニル化  （ＥＯからＢＰＬへ）のターンオーバー頻度  
実施例３：５０００倍スケールアップ
【０１８２】
第１の反応器に７．５ｋｇ／時間のエチレンオキシドを供給する。第１の反応器は、定常状態条件で操作され、反応器体積には１．５Ｍ濃度の無水コハク酸が存在する。さらに、１．５ｍｏｌ／時間の［（ＴＰＰ）Ａｌ（ＴＨＦ）２］［Ｃｏ（ＣＯ）４］触媒（１．４ｋｇ／時間）触媒を含有する４８５Ｌ／時間の溶媒を反応器に供給する。反応器は、２００ｐｓｉｇの一酸化炭素の圧力で維持される。反応器は、供給物および溶媒が少なくとも２．５時間の滞留時間を有するようなサイズである（例えば、１５００Ｌの体積）。これらの条件下で、約１７４モル／時間のβ−プロピオラクトンが生成される（１２．５ｋｇ／時間）。
【０１８３】
β−ラクトンは、溶媒および触媒とともに第２の反応器に直接供給され、同時に２００ｐｓｉｇの一酸化炭素の圧力で維持される。第２の反応器は、反応物が少なくとも１５分の滞留時間を有するようなサイズである（例えば、１２５Ｌの体積）。第２の反応器は、約１７４モル／時間の無水コハク酸（１７．４ｋｇ／時間）を生成する。無水コハク酸の濃度は、約１．５Ｍから１．６４Ｍに増加する。
【０１８４】
第２の反応器から、無水コハク酸、溶媒、触媒、未反応の反応物、および副生成物を含有する生成物流が晶析装置に通され、１時間当たり１７４モルの速度で無水コハク酸を結晶化し、１７．４ｋｇ／時間の最終生成物流を生じる。触媒を含む全溶媒量中の残りの無水コハク酸が、第１の反応器に戻される。
他の実施形態
【０１８５】
上記は、本発明の特定の非限定的な実施形態の説明であった。したがって、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本発明の原則の適用の例示に過ぎないことを理解されたい。本明細書において例示される実施形態の詳細への言及は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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