(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（１）
【化１】
0003828161.tif 000003
（式中、ＺはＣｎＨ２ｎを表し、ｎは２以上５以下の整数である）で表される不飽和アセタールをロジウム化合物の存在下に水素および一酸化炭素と反応させて対応するアルデヒドを製造するに際し、トリス（２−メチルフェニル）ホスファイト、トリス（２，６−ジメチルフェニル）ホスファイト、トリス（２−イソプロピルフェニル）ホスファイト、トリス（２−フェニルフェニル）ホスファイト、トリス（２−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、トリス（２−メチル−４−クロルフェニル）ホスファイト、ジ（２−メチルフェニル）（２−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、ジ（２−ｔ−ブチルフェニル）（２−メチルフェニル）ホスファイトまたはこれらの混合物から選ばれるトリス（置換アリール）ホスファイトを、ロジウム１グラム原子に対して１１０〜１０００モル倍共存させて反応を行うことを特徴とする不飽和アセタールのヒドロホルミル化方法。
【請求項２】
ロジウム化合物をロジウム原子換算で０．００５〜０．１ミリグラム原子／リットルの濃度範囲で使用し、反応の圧力が６０〜１５０気圧である請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は環状メタクロレインアセタールを触媒の存在下に水素および一酸化炭素と反応させるヒドロホルミル化方法に関する。この反応で生成するアルデヒドは、水素化および加水分解することにより、３−メチルテトラヒドロフランやポリエステル等の高分子化合物の原料として有用な２−メチル−１，４−ブタンジオールへと導くことができる。
【０００２】
【従来の技術】
オレフィン性不飽和有機化合物を水素および一酸化炭素を反応させてアルデヒドを製造する反応はヒドロホルミル化反応あるいはオキソ反応とよばれ、工業的に有用な合成法として知られている。この反応では触媒として通常コバルト化合物やロジウム化合物が用いられる。特にロジウム化合物がヒドロホルミル化の反応活性、アルデヒド選択性の点でコバルト触媒より一段とすぐれていることは広く知られていることである。しかしロジウムカルボニルは不安定なのでリン、ヒ素、アンチモンなどを含む配位子で修飾した形で用いられる。なかでもトリフェニルホスフィン等の有機リン化合物が好んで用いられる。
【０００３】
工業的に重要なグリコール類を合成するためにヒドロホルミル化反応が用いられる例は多い。例えば特公昭５３−１９５６３号公報には、ブタンジオールを合成する方法としてアリルアルコールのヒドロホルミル化方法が開示されている。同公報には配位子としてトリフェニルホスフィンを用い、４ｋｇ／ｃｍ2 以下の低い圧力で反応を行うことが開示されており、高い反応選択率が達成されている。ヒドロホルミル化反応液からの生成物と触媒成分との分離は水を抽剤とする抽出分離法が採用されており、蒸発分離法に比較して低温での分離が達成されている。
【０００４】
また特開昭５５−３５２号公報には、ブタンジオールを合成する方法として環状アクロレインアセタールのヒドロホルミル化方法が開示されている。同公報には配位子として亜リン酸トリフェニルを用い、ＣＯ分圧が１．４ｋｇ／ｃｍ2 以下の低い圧力で反応することが開示されており、高い反応選択率が達成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はグリコール類を製造するために、メタクロレインの環状アセタールの経済的なヒドロホルミル化方法を提供することにある。
【０００６】
環状メタクロレインアセタールのヒドロホルミル化反応をトリフェニルホスフィン配位子を用いて４ｋｇ／ｃｍ2 以下の低い圧力で実施しようとすると、極めて低い反応速度しか得られず、工業的に実施するためにはロジウムの濃度を高くせざるを得ない。しかるにロジウムは極めて高価な貴金属であるので、これを触媒として使用するにあたっては長期に亘って循環使用しなければ経済性は損なわれる。反応圧力を例えば１００ｋｇ／ｃｍ2 まで高めると反応速度は大きくなるが、それでもなお経済的に満足できるほどにロジウムの使用量を減らすことはできない。したがってトリフェニルホスフィンを使用した場合よりも反応速度が大きくなるような配位子を使った触媒系を構築することが工業的に重要な課題である。
【０００７】
一方亜リン酸トリフェニルを配位子として用いる場合、反応液から生成物を蒸留分離する操作において亜リン酸トリフェニルの一部が留出することが問題になる。さらに大きな問題は、亜リン酸トリフェニルを配位子とした場合にもトリフェニルホスフィンの場合と同様に反応速度が小さいということである。
【０００８】
環状メタクロレインアセタールのヒドロホルミル化においては環状アクロレインアセタールのヒドロホルミル化に比べて反応速度はさらに小さくなるので、亜リン酸トリフェニルを使用した場合よりも反応速度が大きくなるような配位子を使った触媒系を構築することが工業的に重要な課題である。
【０００９】
したがって、本発明の課題は、工業的に有利に実施しうる低濃度のロジウム触媒を用いて環状メタクロレインアセタールのヒドロホルミル化方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らによれば、上記課題は、式（１）
【００１１】
【化２】
0003828161.tif 000002
（式中、ＺはＣｎＨ２ｎを表し、ｎは２以上５以下の整数である）で表される不飽和アセタールをロジウム化合物の存在下に水素および一酸化炭素と反応させて対応するアルデヒドを製造するに際し、トリス（２−メチルフェニル）ホスファイト、トリス（２，６−ジメチルフェニル）ホスファイト、トリス（２−イソプロピルフェニル）ホスファイト、トリス（２−フェニルフェニル）ホスファイト、トリス（２−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、トリス（２−メチル−４−クロルフェニル）ホスファイト、ジ（２−メチルフェニル）（２−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト、ジ（２−ｔ−ブチルフェニル）（２−メチルフェニル）ホスファイトまたはこれらの混合物から選ばれるトリス（置換アリール）ホスファイトを、ロジウム１グラム原子に対して１１０〜１０００モル倍共存させて反応を行うことにより達成されることが見出された。
【００１３】
本発明で用いられるトリス（置換アリール）ホスファイトはトリフェニルホスファイトに比べて沸点が高いので、反応混合液から反応生成物を蒸発分離する際に、生成物と共にホスファイトの一部も留出してしまうという問題がなくなる利点を有している。その結果、触媒の循環再使用を繰り返してもホスファイトを追加する必要がなくなる。さらにトリフェニルホスファイトを用いた場合にはその一部が留出液中に含まれるので留出液からトリフェニルホスファイトを分離する操作が必要であるが、本発明で使用されるホスファイトを使用する場合にはかかる操作は不要となる。
【００１４】
さらに驚くべきことに、本発明で使用されるホスファイトを用いた環状メタクロレインアセタールのヒドロホルミル化は、トリフェニルホスフィンやトリフェニルホスファイトに比べて格段に高い反応速度を得ることができることも見出された。
【００１６】
本発明に従うヒドロホルミル化反応に用いられるロジウム化合物としてはヒドロホルミル化触媒能を有するかまたはヒドロホルミル化反応条件下にヒドロホルミル化触媒能を有するように変化する任意のロジウム化合物であって、具体的にはＲｈ4 （ＣＯ）12、Ｒｈ6 （ＣＯ）16、Ｒｈ（ａｃａｃ）（ＣＯ）2 、酸化ロジウム、塩化ロジウム、ロジウムアセチルアセトナート、酢酸ロジウムなどが挙げられる。本発明においてロジウム化合物は極めて高活性な触媒作用を示し、反応で使用するロジウム化合物の濃度はロジウム原子換算で０．００５〜０．１ミリグラム原子／リットルの低濃度の濃度範囲で使用することが望ましい。
【００１７】
トリス（置換アリール）ホスファイトの使用量はロジウム１グラム原子に対して１１０倍モル以上１０００倍モル以下の濃度範囲であることが必要である。１１０倍モル未満の濃度ではヒドロホルミル化選択率が低下すると同時に、反応混合液から生成物を蒸発分離する際に触媒の熱劣化が促進されるため触媒活性の低下を引き起こす傾向がある。したがって１１０倍モル未満の濃度では工業的に有利に実施することはできなくなってしまう。また１０００倍モルを超えると反応速度が低下する傾向があり好ましくない。
【００１８】
本発明において反応原料として用いられる不飽和アセタールは上記式（１）で示される環状メタクロレインアセタールであり、例えば該式においてｎが２のときのアセタールは２−イソプロペニル−１，３−ジオキソランであり、ｎが３のときのアセタールは２−イソプロペニル−１，３−ジオキサンである。
【００１９】
本発明におけるヒドロホルミル化の反応温度は６０〜１５０℃の範囲が適しており、好ましくは８０〜１３０℃の範囲内である。反応温度が６０℃未満では反応速度が遅くなり、１５０℃を超える場合には触媒として存在するロジウム化合物の安定性を維持しにくくなる傾向がある。
【００２０】
反応に用いられる水素と一酸化炭素の混合ガスにおいて、水素／一酸化炭素のモル比は入りガス組成として通常１／５〜５／１の範囲から選ばれる。反応圧力は反応温度にもよるが一般に６０気圧以上、１５０気圧以下の範囲内から選ばれる。６０気圧未満ではヒドロホルミル化選択率が低下し、反応を工業的に有利に実施できなくなるので好ましくない。反応圧力は１５０気圧より高くても反応は進行はするが、装置および操作の面から１５０気圧以下に保持することが工業的に有利である。反応は撹拌型反応槽または気泡型反応槽中で連続方式またはバッチ方式で行うことができる。
【００２１】
本発明に従うヒドロホルミル化反応では溶媒の不存在下に反応を実施することができるが、反応系中で不活性な反応溶媒の存在下に行なうこともできる。かかる溶媒としてはエタノール、ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール類、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの飽和脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、プソイドクメン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、酢酸エチル、フタル酸ジオクチルなどのエステル類およびテトラヒドロフランなどのエーテル類をあげることができる。
【００２２】
本発明にしたがうヒドロホルミル化反応で得られた反応混合液は減圧下に約１３０℃以下の温度で蒸留され、未反応原料あるいはヒドロホルミル化生成物を蒸留分離することができる。蒸留残渣中に含まれるロジウム触媒を再びヒドロホルミル化反応の反応器に循環して再使用することもできる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例でもって本発明を具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって何ら制限を受けるものではない。
実施例１
ガス導入口およびサンプリング口を備えた内容３００ｍｌの電磁撹拌式オートクレーブにジカルボニルアセチルアセトナートロジウム０．２５８ｍｇ（０．００１ミリモル）、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト３２３ｍｇ、２−イソプロペニル−１，３−ジオキソラン１００ｍｌを空気に触れないようにして仕込み、オートクレーブ内を水素／一酸化炭素＝３／１の混合ガスで１００ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力に保った。オフガスを３０リットル／ｈで流しながら１０００ｒｐｍで撹拌を開始した。内温を３０分かけて９０℃にあげた。この状態で２時間反応させたところ、２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランが９２．１ｇ生成しており、原料アセタールの転換率は８６％、ヒドロホルミル化選択率は９３％であった。
比較例１−Ａ
実施例１に記載の実験をトリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト３２３ｍｇの代わりにトリフェニルホスフィン１３１ｍｇを用い、それ以外は同様の条件下で実施した。２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランは３０．０ｇ生成しただけで、原料アセタールの転換率は２８％にすぎず、ヒドロホルミル化選択率は９３％であった。
比較例１−Ｂ
実施例１に記載の実験をトリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト３２３ｍｇの代わりに亜リン酸トリフエニル１５５ｍｇを用い、それ以外は同様の条件下で実施した。２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランが５５．８ｇ生成し、原料アセタールの転換率は５１％、ヒドロホルミル化選択率は９５％であった。
実施例２
ガス導入口およびサンプリング口を備えた内容３００ｍｌの電磁撹拌式オートクレーブにジカルボニルアセチルアセトナートロジウム０．１８１ｍｇ（０．００７ミリモル）、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト２５８ｍｇ、２−イソプロペニル−１，３−ジオキソラン１００ｍｌを空気に触れないようにして仕込み、オートクレーブ内を水素／一酸化炭素＝１／１の混合ガスで９０ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力に保った。オフガスを１０リットル／ｈで流しながら１０００ｒｐｍで撹拌を開始した。内温を３０分かけて１１０℃にあげた。この状態で１時間反応させたところ、２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランが９６．４ｇ生成しており、原料アセタールの転換率は９２％、ヒドロホルミル化選択率は９１％であった。
比較例２−Ａ
実施例２に記載の実験においてトリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイトの仕込み量を４５．２ｍｇにし、それ以外は同様の条件下で実施したところ、２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランが８５．５ｇ生成した。原料アセタールの転換率は９４％、ヒドロホルミル化選択率は７９％であった。
比較例２−Ｂ
実施例２に記載の実験において圧力を５０ｋｇ／ｃｍ２Ｇにかえて、それ以外は同様の条件下で実施したところ、２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランが８０．０ｇ生成した。原料アセタールの転換率は８９％、ヒドロホルミル化選択率は７８％であった。
実施例３
ガス導入口およびサンプリング口を備えた内容３００ｍｌの電磁撹拌式オートクレーブにジカルボニルアセチルアセトナートロジウム０．５１６ｍｇ（０．００２ミリモル）、トリス（２−ｔ−ブチル−５−メチルフェニル）ホスファイト５２０ｍｇ、２−イソプロペニル−１，３−ジオキソラン１００ｍｌを空気に触れないようにして仕込み、オートクレーブ内を水素／一酸化炭素＝１／１の混合ガスで９０ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力に保った。オフガスを１０リットル／ｈで流しながら１０００ｒｐｍで撹拌を開始した。内温を３０分かけて９０℃にあげた。この状態で３時間反応させたところ、２−（１−メチル−３−オキソプロピル）−１，３−ジオキソランが９９．５ｇ生成した。原料アセタールの転換率は９２％、ヒドロホルミル化選択率は９４％であった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的温和な操作条件で環状メタクロレインアセタールのヒドロホルミル化反応を実施することができ、しかも極めて低濃度のロジウム触媒を使用して該反応を実施しても高い反応速度と高いアルデヒドへの選択率を達成することができる。このためメチルテトラヒドロフランやポリエステル等の高分子化合物の原料として有用な２−メチル−１，４−ブタンジオールを工業的に有利に製造することができ、産業上の有用性が極めて大きい。