在混合配体加氢甲酰化工艺中通过控制合成气分压来控制正构:异构醛的比率

摘要

控制用于以一定N∶I比率生产正构(N)和异构(I)醛的加氢甲酰化工艺的方法，所述工艺包括将烯属不饱和化合物例如丙烯与合成气以及催化剂接触，所述催化剂包含过渡金属例如铑和有机多亚磷酸酯和有机单亚磷酸酯配体，所述接触在包含合成气分压的加氢甲酰化条件下进行，所述方法包括提高第一反应区的合成气分压以降低N∶I比率或降低第一反应区的合成气分压以提高N∶I比率。

权利要求

1.控制用于以一定N∶I比率生产正构(N)和异构(I)醛的加氢甲酰化工艺的方法，所述工艺包括将烯属不饱和化合物与合成气以及催化剂接触，所述催化剂包含过渡金属和有机多亚磷酸酯和有机单亚磷酸酯配体，所述接触在包含合成气分压的加氢甲酰化条件下进行，所述方法包括提高合成气分压以降低N∶I比率或降低合成气分压以提高N∶I比率。

2.权利要求1的方法，其中所述烯属不饱和化合物是具有总共3至10个碳原子的烯烃。

3.权利要求1的方法，其中所述烯属不饱和化合物是包含丁烯-1、丁烯-2、异丁烯、丁烷和任选的丁二烯的C4提余液I或C4提余液II异构混合物。

4.权利要求1的方法，其中所述烯属不饱和化合物是丙烯。

5.权利要求1的方法，其中所述合成气包含H2∶CO摩尔比率为10∶1至1∶10的一氧化碳和氢气。

6.权利要求1的方法，其中所述催化剂包含下述组分的稳定络合物：(1)铑羰基氢化物；(2)二亚磷酸酯配体，其相对于所述稳定催化剂络合物的铑金属组分，以最高达且包括

1∶1摩尔基准的浓度存在于催化剂体系；和(3)单齿亚磷酸酯配体，其相对于所述稳定催化剂络合物的铑金属组分以过量的摩尔量提供。

7.权利要求1的方法，其中如下制备所述催化剂，以一摩尔铑源：5-100摩尔单齿亚磷酸酯配体的比率进行混合，并且在加氢甲酰化反应开始后，添加0.1至低于1摩尔的二亚磷酸酯配体。

8.权利要求6的方法，其中所述单齿亚磷酸酯配体具有下式

并且所述二亚磷酸酯配体具有下式

9.权利要求1的方法，其中所述加氢甲酰化条件包括高于-25℃并低于200℃的反应温度，和1psia(6.8kPa)至10,000psia(68.9MPa)的包含烯属反应物、一氧化碳、氢气和任何惰性轻质物质的总气体压力。

10.权利要求1的方法，其中所述加氢甲酰化工艺以连续方式进行。

11.控制用于以一定N∶I比率生产正构(N)和异构(I)醛的加氢甲酰化工艺的改进方法，所述工艺包括将烯属不饱和化合物与合成气以及催化剂接触，所述催化剂包含过渡金属和有机多亚磷酸酯和有机单亚磷酸酯配体，所述接触在以加氢甲酰化条件运行的反应区中进行，所述改进包括在建立新的合成气分压目标后，向所述反应区以恒定速率进料所述合成气。

说明书

在混合配体加氢甲酰化工艺中通过控制合成气分压来控制

正构:异构醛的比率

技术领域

[0001] 本发明涉及加氢甲酰化工艺。一个方面，本发明涉及控制使用过渡金属(例如铑)催化剂的加氢甲酰化工艺中的直链与支链异构体的比率，而在另一个方面，本发明涉及其中金属使用两种亚磷酸酯配体的混合物溶解的这种工艺。在再另一方面，本发明在不破坏配体的情况下通过控制所述工艺的合成气分压来控制醛产物的直链与支链异构体的比率。

背景技术

[0002] 可变正构(即直链)-异构(即支链)指数(VNI)加氢甲酰化工艺使用两种亚磷酸酯配体的混合物以允许在正构∶异构醛产物混合物中实现可调节的选择性。特别是三组分催化剂体系使用过渡金属(通常是铑(Rh))、有机多亚磷酸酯配体(通常是有机二亚磷酸酯配体(obpl))和有机单亚磷酸酯(ompl)配体，其中有机单亚磷酸酯配体与铑(ompl∶铑)的摩尔比通常维持在大于5比1(＞5∶1)，并且有机二亚磷酸酯配体与铑(obpl∶铑)的摩尔比控制在0-1∶1之间以将N∶I控制在仅基于ompl∶铑的摩尔比(通常为1至5)获得的范围到obpl∶铑的摩尔比(对于丙烯，通常在20至40之间)获得的范围。控制N∶I比率的传统方法是控制有机二亚磷酸酯配体与铑的比率。特别地，用于降低N∶I的方法是通过氧化和水解导致配体的自然分解来降低有机二亚磷酸酯配体的浓度。然而，这种方法的困难之处在于它是缓慢的，即，它需要时间来使有机二亚磷酸酯配体自然分解。提高有机二亚磷酸酯配体的分解速率的方法是已知的，但这种方法增加了工艺的费用。人们关注的是不需分解昂贵的有机二亚磷酸酯配体来控制N∶I的方法。

[0003] 发明概述

[0004] 在一种实施方式中，本发明是控制加氢甲酰化工艺(例如WO2008/115740A1中描述的)以一定的N∶I比率生产正构(N)和异构(I)醛的方法，所述工艺包含将烯属不饱和化合物与合成气体(亦称合成气，即一氧化碳和氢气)和包含过渡金属优选铑、以及有机多亚磷酸酯优选有机二亚磷酸酯、和有机单亚磷酸酯配体的催化剂接触，所述接触在包含一氧化碳分压的加氢甲酰化条件下实施，所述方法包括提高合成气分压以降低N∶I比率或降低合成气分压以提高N∶I比率。

[0005] 在一种实施方式中，本发明是控制加氢甲酰化工艺以一定的N∶I比率生产正构(N)和异构(I)醛的改进方法，所述工艺包括将烯属不饱和化合物与合成气和包含过渡金属优选铑、以及有机多亚磷酸酯优选有机二亚磷酸酯、和有机单亚磷酸酯配体的催化剂接触，所述接触在反应区和加氢甲酰化条件下实施，所述改进包括向反应区恒速进给合成气。现行的加氢甲酰化方法以变速进给合成气，即根据反应区中合成气分压的波动，向反应区输送合成气。

[0006] 优选实施方式详述

[0007] 所有所称的元素周期表是指CRC出版公司2003年出版和享有版权的元素周期表。此外，任何所指的一个或多个族应该是在该元素周期表中体现的使用IUPAC系统进行族编号的一个或多个族。除非有相反说明、上下文暗示或本领域中的习惯用法，所有份数和百分比基于重量且所有测试方法截止本公开的申请日都是新近的。为了美国专利实施的目的，任何引用的专利、专利申请或出版物的内容通过以其全文引入作为参考(或其等同的美国版本这样引入作为参考)，特别是关于合成技术、定义(达到没有与本公开特别提供的任何定义不一致的程度)和本领域中的公知常识的公开。

[0008] 所有百分比、优选的量或测量、范围和端点都是包含性的，即“最高10”包括10。“至少”相当于“大于或等于”，以及因此“最多”相当于“小 于或等于”。数字是近似的，除非另有特别说明。从描述为“至少”、“大于”、“大于或等于”或类似描述的参数到描述为“最多”、“最高”、“小于”、“小于或等于”或类似描述的参数的所有范围是优选的范围，而无论对于各个参数所表示的相对优先程度。因此，具有有利的下限与最优选的上限结合的范围对本发明的实施来说是优选的。术语“有利的”被用来表示超过所需的优先程度，但低于术语“优选地”所表示的优先程度。在本公开中特别地提供了对于试剂和处理条件的相对量的数字范围。

[0009] 所述加氢甲酰化工艺、其试剂、条件和设备是众所周知的并特别地描述在USP4,169,861、5,741,945、6,153,800和7,615,645、EP 0 590 613A2和WO 2008/115740A1中。
通常情况下，烯属不饱和化合物例如丙烯是与合成气(即一氧化碳(CO)和氢气(H2))以及三组分催化剂一起进料的，所述三组分催化剂包含过渡金属，优选铑，和有机多亚磷酸酯，优选有机二亚磷酸酯，和有机单亚磷酸酯配体，所述接触在串联偶联的多反应器系统(即第一反应区的输出被作为随后反应区的输入进料)中加氢甲酰化条件下进行。这种处理技术可对应于用于常规加氢甲酰化工艺中的任何已知处理技术。例如，该工艺可在液态或气态下进行，且可以连续的、半连续的或分批的方式进行，并涉及液体再循环和/或气体再循环操作或根据需要对这些系统进行组合。同样地，反应成分、催化剂和溶剂添加的方式或顺序也并不是关键的，而可以以任何常规的方式来完成。

[0010] 适合应用于本发明方法中的烯属不饱和化合物是那些能够参加加氢甲酰化过程以产生相应的醛产物并能够通过蒸发从粗制液态加氢甲酰化产物流中分离出来的那些。为了本发明的目的，“烯烃”定义为脂肪族有机化合物，其含有至少碳和氢原子和具有至少一个碳-碳双键(C＝C)。优选地，烯烃包含一个或两个碳-碳双键，更优选地为一个碳-碳双键。双键可位于碳链的末端位置(α-烯烃)或链的任何中间位置(内烯烃)。任选地，烯烃可以包含除碳和氢以外的元素，包括例如，氮、氧和卤素，优选氯和溴。烯烃也可以被官能取代基取代，包括，例如羟基、烷氧基、烷基和环烷基取代基。优选地，用于本发明方法中的 烯烃包括具有总共3至10个碳原子的取代或未取代的烯烃。适用于本发明方法的示例性烯烃包括但不限于以下单烯烃的异构体：丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、壬烯和癸烯，具体的非限制的实例包括1-丁烯、2-丁烯、1-戊烯、2-戊烯和1-己烯、2-己烯、3-己烯，且对于庚烯、辛烯、壬烯和癸烯为类似地。其他合适烯烃的非限制性实例包括2-甲基丙烯(异丁烯)、2-甲基丁烯、环己烯、丁二烯、异戊二烯、2-乙基-1-己烯、苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-异丙基苯乙烯、4-叔丁基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、3-苯基-1-丙烯、1，4-己二烯、1，7-辛二烯；以及烯醇，例如戊烯醇；烯醛，例如戊烯醛；此类物质包括烯丙醇、丁酸烯丙酯、己-1-烯-4-醇、辛-1-烯-4-醇、醋酸乙烯酯、醋酸烯丙酯、醋酸-3-丁烯酯、丙酸乙烯酯、丙酸烯丙酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基乙醚、乙烯基甲醚、烯丙基乙醚、3-丁烯腈、5-己烯酰胺和双环戊二烯。烯烃也可以是相似或不同分子量或结构的烯烃的混合物(任选地与惰性物质如相应的饱和烷烃的混合物)。

[0011] 优选地，用于本发明方法的烯烃流包括C4提余液(raffinate)I或C4提余液II的同分异构混合物，包含丁烯-1、丁烯-2、异丁烯、丁烷和任选地丁二烯。C4提余液I流包含以重量计15％到50％的异丁烯和40％到85％的正丁烯，平衡至100％的任何其余物质主要包含正丁烷和异丁烷。正丁烯通常是丁烯-1和丁烯-2(顺式和反式形式)的混合物。流成分的相对比例取决于石油进料的组成、用于蒸汽裂解或催化裂解操作以及在随后的衍生C4流的操作步骤中的条件。C4提余液II流包含以体积计15％到55％的1-丁烯、5％到15％的2-丁烯(5％到35％的反式-2-丁烯)、0.5％到5％的异丁烯和1％到40％的丁烷。更优选地，烯烃流包含丙烯或丙烯与丙烷和其他惰性物质的混合物。

[0012] 氢气和一氧化碳也是本发明的加氢甲酰化步骤所需的。这些气体可从任何可得的来源得到，包括石油裂化和炼油操作。优选使用合成气混合物。氢气与一氧化碳的H2∶CO摩尔比的范围优选地可以为从1∶10到100∶1，更优选地H2∶CO的摩尔比为1∶10至10∶1，甚至更优选地从2∶1到1∶2。气体一般使用道尔顿定律(Dalton’s Law)基于它们在气相中的 摩尔分数(气相色谱法测定)和总压通过其在反应器中的分压来进行定量。如本发明上下文中所使用的，“合成气分压”是CO分压和H2分压的总和。

[0013] 适合制成过渡金属配体络合物催化剂的金属包括选自铑(Rh)、钴(Co)、铱(Ir)、钌(Ru)、铁(Fe)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、锇(Os)的VIII族金属和这些金属中两种或更多种的混合物，其中优选的金属是铑、钴、铱和钌，更优选铑、钴和钌，最优选铑。其他允许的金属包括选自铬(Cr)、钼(Mo)和钨(W)的VIB族金属和这些金属中两种或更多种的混合物。在本发明中也可以使用VIB族和VIII族金属的混合物。

[0014] “络合物”和类似的术语是指由一个或多个富电子分子或原子(即配体)与一个或更多个贫电子分子或原子(如过渡金属)的配合形成的配位化合物。例如，在本发明的实施中使用的有机单亚磷酸酯配体具有一个磷(III)供电子原子(其具有一个未共享电子对)，它能够与金属形成配位共价键。本发明的实施中使用的有机多亚磷酸酯配体具有两个或更多个磷(III)供电子原子(其各具有一个未共享电子对)，其各能够独立地或可能协同地(例如通过螯合作用)与过渡金属形成配位共价键。一氧化碳也可以存在并与过渡金属络合。络合物催化剂的最终组成还可以包含其它配体，例如氢或满足配位点或金属核电荷的阴离子。示例性的其它配体包括，例如卤素(氯、溴、碘)、烷基、芳基、取代的芳基、酰基、CF3、C2F5、CN、(R)2PO和RP(O)(OH)O(其中各R是相同或不同的并且是取代或未取代的烃基，例如烷基或芳基)、醋酸根、乙酰丙酮酸根、SO4、PF4、PF6、NO2、NO3、CH3O、CH2＝CHCH2、CH3CH＝CHCH2、C2H5CN、CH3CN、NH3、吡啶、(C2H5)3N、单烯烃、二烯烃和三烯烃、四氢呋喃等。

[0015] 过渡金属上可得的配位点的数目是本领域熟知的并取决于选择的特定过渡金属。催化物质可包含他们的单体、二聚体或更高核性形式的络合物催化剂混合物，优选地其特征是每分子金属例如铑至少络合一个含有机磷的分子。例如，在加氢甲酰化反应中优选使用的催化剂的催化 物质可以在有机多亚磷酸酯配体或有机单亚磷酸酯配体以外与一氧化碳和氢络合。

[0016] 有机多亚磷酸酯配体宽泛地包含多个亚磷酸酯基团，其各包含与三个烃氧基结合的一个三价磷原子。连接和桥接两个亚磷酸酯基团的烃氧基更恰当地称为“二价烃二氧基”。这些桥接二基不局限于任何特定的烃基种类。另一方面，侧接在磷原子上而不是桥接两个亚磷酸酯基团的(即末端、非桥接)烃氧基各需要基本由芳氧基组成。“芳氧基”宽泛地是指两种芳氧基中的任意一种：(1)结合到单醚键上的单价芳基，如-O-芳基，其中芳基包含单芳香环或稠合在一起的、直接连接的或间接连接的多芳香环(例如，不同的芳香族基团结合到共同的基团上，如亚甲基或亚乙基部分)，或(2)结合到两个醚键上的二价亚芳基，如-O-亚芳基-O-或-O-亚芳基-亚芳基-O-，其中亚芳基包含具有单芳香环或稠合在一起的、直接连接的或间接连接的多芳香环的二价烃基(例如，不同的芳香基团结合到共同的基团上，如亚甲基或亚乙基部分)。优选的芳氧基包含一个芳香环或2至4个稠合的或连接的芳香环(具有约5至约20个碳原子)，例如苯氧基、萘氧基或联苯氧基，以及亚芳基二氧基，例如亚苯基二氧基、亚萘基二氧基和亚联苯基二氧基。这些基和基团中的任何一个可以是未取代或取代的。

[0017] 优选的有机多亚磷酸酯配体包含两个、三个或更多个亚磷酸酯基团。如果需要可以使用此类配体的混合物。优选的是手性有机多亚磷酸酯。代表性的有机多亚磷酸酯包括式(I)的那些：

[0018]

[0019] 其中X代表含2到40个碳原子的取代或未取代的n-价有机桥连基，各个R1是相同或不同的，且代表包含6到40个碳原子的二价亚芳基，优选地含有6至20个碳原子；各个R2是相同或不同的，且代表包含6 到24个碳原子的取代或未取代的一价芳基；a和b可以相同或不同的，且各具有0到6的值，条件是a+b的总和为2到6并且n＝a+b。当a为2或更大的值时，各个R1基团可以是相同或不同的，且当b的值为1个或更大时，各个R2基团可以是相同或不同的。

[0020] 由X表示的代表性的n-价(优选二价)烃桥连基包括非环状基和芳香基，如亚烷基、亚烷基-Qm-亚烷基、亚环烷基、亚芳基、亚联芳基(bisarylene)、亚芳基-亚烷基和亚芳基-(CH2)y-Q-(CH2)y-亚芳基，其中各个y是相同或不同的并且为0或1的值。Q代表选自-C(R3)2-、-O-、-S-、-NR4-、-Si(R5)2-和-CO-的二价桥连基。其中各个R3是相同或不同的并且代表氢、具有1-12个碳原子的烷基、苯基、甲苯基和甲氧苯基，R4代表氢或取代或未取代的一价烃基，例如有1-4个碳原子的烷基；各个R5是相同或不同的，且代表氢或烷基，优选地C1-10烷基，并且m为0或1的值。更优选的上述由X代表的非环状基是二价亚烷基，而更优选的X代表的芳基是二价亚芳基和亚联芳基，例如在USP 4,769,498；4,774,361；4,885,401；5,179,055；5,113,022；5,202,297；5,235,113；5,264,616；5,364,950；5,874,640；
5,892,119；6,090,987和6,294,700中更完全地公开的。

[0021] 示例性的优选有机多亚磷酸酯包括二亚磷酸酯例如式(II)至(IV)的那些：

[0022]1 2

[0023] 其中式(II)至(IV)的R、R 和X与式(I)中的上述定义相同。优选地X代表选1
自亚烷基、亚芳基、亚芳基-亚烷基-亚芳基和亚联芳基的二价烃基；R 代表选自亚芳基、亚
2
芳基-亚烷基-亚芳基和亚联芳基的二价烃基；且各个R 基团代表一价芳基。该式(II)至(IV)的有机多亚磷酸酯配体被发现公开在例如USP 4,668,651；4,748,261；4,769,498；
4,774,361；4,885,401；5,113,022；5,179,055；5,202,297；5,235,113；5,254,741；
5,264,616；5,312,996和5,364,950中。

[0024] 更优选的有机二亚磷酸酯种类的代表是式(V)至(VII)的那些有机二亚磷酸酯。

[0025]

[0026] 其中Q、R1、R2、X、m和y如上述定义，并且各个Ar是相同或不同的，且代表取代或未取代的二价芳基。最优选地，X代表二价芳基-(CH2)y-(Q)m-(CH2)y-芳基，其中各个y独3 3
立地具有0或1的值；m为0或1的值并且Q是-O-、-S-或-C(R)2，其中各个R 是相同或不同的，并代表氢或C1-10烷基，优选是甲基。更优选地，各上述定义的式(V)至(VII) 中的
1 2
Ar、X、R 和R 基团的芳基可以包含6到18个碳原子和该基团可以是相同或不同的，而优选的X的亚烷基可以包含2到18个碳原子。此外，优选的上述式中的二价Ar基团和X的二价芳基是亚苯基，其中由-(CH2)y-(Q)m-(CH2)y-代表的桥连基团与亚苯基在所述式中将亚苯基与它们的磷原子连接的氧原子的邻位位置结合。当此类亚苯基上存在任何取代基时，该取代基优选结合在相对于将给定的取代的亚苯基与其磷原子结合的氧原子的对位和/或邻位位置。

[0027] 此外，如果需要，上述式(I)至(VII)中的任何给定的有机多亚磷酸酯可以是离子亚磷酸酯，也就是说，可以包含一个或多个选自如下的离子部分：-SO3M(其中M代表有机或6 1 6
无机阳离子)、-PO3M(其中M代表有机或无机阳离子)、-N(R)3X(其中各个R 是相同或不
1
同的并代表包含1到30个碳原子的烃基，例如烷基、芳基、烷芳基、芳烷基和环烷基，且X 代表无机或有机阴离子)、-CO2M(其中M代表有机或无机阳离子)，如在例如USP 5,059,710；
5,113,022；5,114,473和5,449,653中所描述的。因此，如果需要，此类有机多亚磷酸酯配体可以包含1-3个这种离子部分；但是，当有机多亚磷酸酯配体含有超过一个这种离子部分时，优选地在任何给定的芳基部分上仅被一个这种离子取代。合适的M阳离子物质包括，不限于，氢(即质子)、碱和碱土金属(例如锂、钠、钾、铯、铷、钙、钡、镁和锶)阳离子、铵阳
1
离子和季铵阳离子、鏻阳离子、鉮阳离子和亚胺阳离子。合适的阴离子X 包括，例如硫酸根、碳酸根、磷酸根、氯离子、醋酸根、草酸根等。

[0028] 当然上述式(I)至(VII)中此类非离子和离子有机多亚磷酸酯的任何R1、R2、X、Q和Ar基团可以根据需要被不会对本发明方法的预期结果产生不利影响的任何合适的取代基(优选包含1-30个碳原子的取代基)取代。可以是除当然的相应烃基如烷基、芳基、芳烷基、烷芳基和环己基取代基以外的基团上的取代基可以包括例如甲硅烷基
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如-Si(R)3；氨基如-N(R)2；膦基如-芳基-P(R)2；酰基如-C(O)R ；酰氧基如-OC(O)R ；酰
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氨基如-CON(R)2和-N(R)COR ；磺酰基如-SO2R、烷氧基如-OR ；亚硫酰基如-SOR ；烃硫
7 7
基(sulfenyl)如-SR ；膦酰基如 -P(O)(R)2；以及卤素、硝基、氰基、三氟甲基、羟基等，其
7
中优选各个R 基团独立地代表具有1-18个碳原子的相同或不同的一价烃基(例如烷基、芳
7 7
基、芳烷基、烷芳基和环己基)，条件是在氨基取代基如-N(R)2中，各个R 一起也可以代表
7 7 7
与氮原子形成杂环基的二价桥连基团，和在酰氨基取代基如-C(O)N(R)2和-N(R)COR 中，
7
各结合到N上的R 也可以是氢。当然，构成特别给定的有机多亚磷酸酯的任何取代或未取代的烃基基团可以是相同或不同的。

[0029] 更具体地，示例性的取代基包括伯、仲和叔烷基如甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、正己基、戊基、仲戊基、叔戊基、异辛基、癸基、十八烷基等；芳基如苯基和萘基；芳烷基如苄基、苯乙基和三苯甲基；烷芳基如甲苯基和二甲苯基；脂环族基团，如环戊基、环己基、1-甲基环己基、环辛基和环己基乙基；烷氧基如甲氧基、乙氧基、丙氧基、叔丁氧基、-OCH2CH2OCH3、-O(CH2CH2)2OCH3和-O(CH2CH2)3OCH3；芳氧基例如苯氧基；以及甲硅烷基如-Si(CH3)3、-Si(OCH3)3和-Si(C3H7)3；胺基如-NH2、-N(CH3)2、-NHCH3和-NH(C2H5)；芳基膦基，如-P(C6H5)2；酰基如-C(O)CH3、-C(O)C2H5和-C(O)C6H5；羰基氧基，如-C(O)OCH3；
氧基羰基，如-O(CO)C6H5；酰氨基如-CONH2、-CON(CH3)2和-NHC(O)CH3；磺酰基如-S(O)2C2H5；
亚硫酰基如-S(O)CH3；烃硫基如-SCH3、-SC2H5和-SC6H5；膦酰基如-P(O)(C6H5)2、-P(O)(CH3)2、-P(O)(C2H5)2、-P(O)(C3H7)2、-P(O)(C4H9)2、-P(O)(C6H13)2、-P(O)CH3(C6H5)和-P(O)(H)(C6H5)。

[0030] 有机二亚磷酸酯的具体实例是WO 2008/115740中的配体A-S。

[0031] 可以用于本发明实施的有机单亚磷酸酯包括任何含有一个亚磷酸酯基团的有机化合物。也可以使用有机单亚磷酸酯的混合物。代表性的有机单亚磷酸酯包括含式(VIII)的那些。

[0032]

[0033] (VIII)8

[0034] 其中R 代表含有4-40个或更多个碳原子的取代或未取代的三价烃基，如三价非环状基团和三价环状基团，例如三价亚烷基如由1，2，2-三羟甲基丙烷衍生的那些基团，或三价亚环烷基如由1，3，5-三羟基环己烷衍生的那些基团。这类有机单亚磷酸酯可以发现更详细地描述在例如USP 4,567,306中。

[0035] 代表性的二有机亚磷酸酯包括式(IX)的那些。

[0036]9

[0037] 其中R 代表含有4-40个或更多个碳原子的取代或未取代的二价烃基，且W代表含有1-18个碳原子的取代或未取代的一价烃基。9

[0038] 式IX中W代表的典型的取代和未取代的一价烃基包括烷基和芳基，而R 代表的典型的取代和未取代的二价烃基包括二价非环状基团和二价芳基。示例性的二价非环状2 2
基团包括，例如，亚烷基、亚烷基-氧基-亚烷基、亚烷基-NX-亚烷基，其中X 是氢或者取代或未取代的烃基、亚烷基-S-亚烷基和亚环烷基。更优选的二价非环状基团是二价亚烷基，例如USP 3,415,906和4,567,302中更充分地公开的。示例性的二价芳基包括，例如，亚芳基亚联芳基、亚芳基-亚烷基、亚芳基-亚烷基-亚芳基、亚芳基-氧基-亚芳基、亚芳
2 2
基-NX-亚芳基(其中X 定义同上)、亚芳基-S-亚芳基和亚芳基-S-亚烷基。更优选地，
9
R 是二价芳基，如在例如USP 4,599,206和4,717,775中更充分公开的。

[0039] 二有机单亚磷酸酯更优选的代表性种类为如式(X)的那些。

[0040]

[0041] 其中W如上述定义，各个Ar是相同或不同的，且代表取代或未取代的二价芳基，各10 11 12
个y是相同或不同的并且为0或1的值，Q代表选自-C(R )2-、-O-、-S-、-NR -、-Si(R )2-和
10
-CO的二价桥连基，其中各个R 是相同或不同的且代表氢、具有1-12个碳原子烷基、苯基、
11 12
甲苯基、甲氧苯基，R 代表氢或1-10个碳原子的烷基，优选地为甲基，各个R 是相同或不同的并代表氢或具有1-10个碳原子的烷基，优选甲基，且m为0或1的值。此类二有机单亚磷酸酯更详细的描述在例如USP4,599,206、4,717,775和4,835,299中。

[0042] 代表性的三有机单亚磷酸酯包括式(XI)的那些。

[0043]

[0044] 其中各R13是相同或不同的并且是取代或未取代的一价烃基，例如烷基、环烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，其可以含有1-24个碳原子。示例性的三有机单亚磷酸酯包括，例如三烷基亚磷酸酯、二烷基芳基亚磷酸酯、烷基二芳基亚磷酸酯和三芳基亚磷酸酯，如三苯基亚磷酸酯、三(2，6-三异丙基)亚磷酸酯、三(2，6-二-叔丁基-4-甲氧基苯基)亚磷酸酯，以及更优选的三(2，4-二-叔丁基苯基)亚磷酸酯。一价烃基部分本身可以官能化，条件是在官能团与过渡金属没有显著的相互作用或以其他方式抑制加氢甲酰化。代表性的官能11 12 11 12
团包括烷基或芳基、醚、腈、酰胺、酯、-N(R )2、-Si(R )3、磷酸酯等，其中R 和R 如先前定义。此类三有机单亚磷酸酯更详细地描述在USP 3,527,809和5,277,532中。

[0045] 作为进一步的选项，任何有机单亚磷酸酯-单磷酸酯配体或有机单亚磷酸酯-多磷酸酯配体可以作为有机单亚磷酸酯配体应用在本发明中。例如，任何有机多亚磷酸酯配体(包括如前所述的优选的有机二亚磷酸酯配体)可以发生氧化以至于除一个磷(III)原子外所有磷(III)原子原子都被转化成磷(V)原子。由此产生的氧化配体可以包含有机单亚磷酸酯-多磷酸酯或优选有机单亚磷酸酯-单磷酸酯，其适当地以相对于过渡金 属的2/1摩尔过量应用以便提供本发明的实施中使用的有机单亚磷酸酯配体组分。如本文使用的“有机单亚磷酸酯配体”和类似的术语包括有机单亚磷酸酯-单磷酸酯配体和有机单亚磷酸酯-多磷酸酯配体(如适用在使用该术语的上下文中)，除非明确说明为另外的情况。

[0046] 作为进一步的选项，任何有机单亚磷酰胺(organomonophosphoramidite)配体可被用作有机单亚磷酸酯配体或者与有机单亚磷酸酯配体结合在本发明的实施中使用，并且任何有机多亚磷酰胺配体可以被用作有机多亚磷酸酯配体或者与有机多亚磷酸酯配体结合在本发明的实施中使用。有机亚磷酰胺配体是已知的并且它们以与有机亚磷酸酯配体相同的方式使用。代表性的有机亚磷酰胺配体具有式(XII-XIV)。

[0047]

[0048] 有机亚磷酰胺进一步描述在例如USP 7,615,645中。如本文所使用“有机单亚磷酸酯配体”和类似术语包括有机单亚磷酰胺配体，除非另有 特别说明，并且“有机多亚磷酸酯配体”和类似术语包括有机多亚磷酰胺配体，除非另有特别说明。

[0049] 加氢甲酰化催化剂包括(1)过渡金属羰基氢化物；(2)有机二亚磷酸酯配体(其以相对于稳定催化剂络合物的过渡金属组分最高达并包括1∶1摩尔基准的浓度存在于催化剂体系中)；和(3)单齿亚磷酸酯配体(其以相对于稳定催化剂络合物的铑金属组分过量的摩尔量提供)的稳定络合物。

[0050] 催化剂可在加氢甲酰化反应区中原位制备或者可选地，它可以非原位制备并之后引入到具有适当的加氢甲酰化反应物的反应区中。在一个实施方案中，通过将1摩尔适当的过渡金属源与0.1摩尔有机二亚磷酸酯配体和5-100摩尔的有机单亚磷酸酯配体混合来制备催化剂。在一个实施方案中，通过以1摩尔的适当的铑源与5-100摩尔的单齿亚磷酸酯配体的比率进行混合并且在开始加氢甲酰化反应后加入二亚磷酸酯配体(＜1摩尔)来制备催化剂。

[0051] 催化剂物质可以包括其单体、二聚体或更高核性形式的络合物催化剂混合物，优选地其特征是每一个过渡金属分子络合至少一个含有机磷的分子。例如，过渡金属可以在单齿亚磷酸酯配体或二亚磷酸酯配体以外与一氧化碳和氢络合。

[0052] 催化剂及其制备更完全地描述在USP 4,169,861、5,741,945、6,153,800和7,615,645及WO 2008/115740中。

[0053] 在反应期间和/或产物分离期间，加氢甲酰化催化剂可以是均相或非均相形式。存在于反应介质中的金属配体络合物催化剂的量只需是催化该工艺所需要的最小量。如果过渡金属是铑，那么按游离铑计算，加氢甲酰化反应介质中的浓度在百万分之10-1000(ppm)的范围内对于大多数工艺来说是足够的，尽管优选采用10-500ppm的铑，更优选25-350ppm的铑。

[0054] 除金属配体络合物催化剂以外，游离配体(即没有与金属络合的配体)也可以存在于加氢甲酰化反应介质中。游离的单-或多齿的亚磷酸酯或亚磷酰胺配体优选地，但不是必须地，与采用的金属-亚磷酸酯或 金属-亚磷酰胺配体络合物催化剂中的亚磷酸酯或亚磷酰胺配体相同。本发明的加氢甲酰化工艺可以包括在加氢甲酰化反应介质中每摩尔金属0.1摩尔或更少至100摩尔或更多的游离配体。优选地，加氢甲酰化工艺在存在反应介质中的每摩尔金属1-50摩尔配体，更优选1.1-4摩尔配体的情况下进行；配体的量是所存在的与金属结合(络合)的配体的量和游离(非络合)的配体的量的总和。当然，如果需要的话，可以在任何时间以任何合适的方式向加氢甲酰化工艺的反应介质提供补充的或额外的配体，例如以在反应介质中保持预定的游离配体水平。

[0055] 作为通用程序，催化剂体系首先在加氢甲酰化反应区的脱氧化的溶剂介质中形成。过量的单齿配体可以作为溶剂介质发挥作用。第一加氢甲酰化区用氢气和一氧化碳加压，并加热到选定的反应温度。然后将烯属不饱和进料加到第一加氢甲酰化区中，且反应进行直到得到所需的转化率和效率，此时第一反应区的产物转移至随后的反应区，在此加入新鲜的和/或再循环的试剂。在该随后的反应区(或其它的随后反应区)中继续反应直到达到所需的转化率和效率，此时最后反应区的产物被回收和纯化。在连续系统中，催化剂优选再循环回到第一反应区中。

[0056] 加氢甲酰化过程的反应条件可以广泛地变化。例如，氢气与一氧化碳的H2∶CO摩尔比可以有利的在1∶10到100∶1或更高的范围内，更优选地是氢气与一氧化碳的摩尔比是1∶10至10∶1。有利地，加氢甲酰化工艺可以在高于-25℃的反应温度下进行，更优选地高于50℃。加氢甲酰化工艺有利地可以在低于200℃的反应温度下进行，优选地低于120℃。有利地，包含烯属反应物、一氧化碳、氢和任何惰性轻物质(lights)的总气压可以在1psia(6.9kPa)到10,000psia(68.9MPa)的范围内。优选地，所述工艺在低于2,000psia(13,800kPa)，更优选地低于500psia(3450kPa)的包含烯属反应物、一氧化碳和氢气的总气压下运行。有利地，一氧化碳分压在1psia(6.9kPa)至1000psia(6,900kPa)，优选3psia(20.7kPa)到800psia(5,516kPa)，更优选15psia(103.4kPa)到100psia(689kPa)的范围内变化；而氢分压优选在5psia(34.5kPa)到500psia(3,450kPa)，更优选
10psia(69kPa)到300psia(2,070kPa)范围内变化。

[0057] 合成气体(CO+H2)的进料流速可在足以获得所需的加氢甲酰化工艺的任何可操作的流速范围大幅度地变化。合成气进料流速取决于催化剂的具体形式、烯烃进料流速和其他操作条件。同样，羰基合成反应器(Oxo reactor)的出口流速可以是足以获得所需的加氢甲酰化工艺的任何可操作的流速。出口流速取决于反应器的规模及反应物和合成气进料的纯度。适当的合成气进料流速和出口流速是本领域技术人员熟知的或很容易计算。在一个实验方案中，控制H2和CO分压以使反应在其中对于单亚磷酸酯催化剂而言，加氢甲酰化速率对合成气(H2和CO)分压是正向的(positive order)，和对于二亚磷酸酯催化剂而言，加氢甲酰化速率对CO分压是反向的(如WO 2008/115740A1中所描述的)的条件下进行。

[0058] 惰性溶剂可以用作加氢甲酰化反应介质稀释剂。可以使用多种溶剂，包括酮类如丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、苯乙酮和环己酮；芳族溶剂如苯、甲苯和二甲苯；卤化芳族溶剂包括邻-二氯苯；醚类如四氢呋喃、二甲氧基乙烷和二噁烷；卤化链烷烃，包括二氯甲烷；链烷烃，如庚烷等。优选的溶剂是醛产物和/或醛产物的低聚物，以及一种或多种反应性烯烃。

[0059] 在一个实施方案中，加氢甲酰化工艺是在多阶段反应器中进行的，如USP5,763,671中所描述的。此类多阶段反应器可以设计为具有内部的物理屏障，其在每个容器中产生多于一个的理论反应阶段或反应区。效果就像是在单个连续搅拌罐反应容器内有多个反应器。单个容器内的多反应阶段是利用反应容器容积的经济的方式。它明显减少了另外获得相同结果所需的容器的数量。然而，很显然，如果目标是在工艺的不同阶段中具有不同的反应物分压，那么需要使用两个或更多个反应器或容器。反应区可以是并联或串联的，但最优选是串联的。

[0060] 本发明的加氢甲酰化工艺典型以连续方式进行。这样的工艺是本技术领域公知的并可以包括：(a)在包含溶剂、金属-亚磷酸酯配体络合物催化剂、游离亚磷酸酯配体的液体均相反应混合物中用一氧化碳和氢气对烯属原料加氢甲酰化；(b)保持反应温度和压力条件有利于所述烯 属原料的加氢甲酰化；(c)随着烯属原料、一氧化碳和氢气的消耗，向反应介质供应补充量的这些反应物；和(d)以任何需要的方式回收想要的加氢甲酰化醛产物。该连续工艺可以用单程模式执行，其中包含未反应的烯属原料和汽化的醛产物的汽状混合物从液体反应混合物中被移除，从中回收醛产物，并向该液体反应介质补充烯属原料、一氧化碳和氢气以进行下一个单程，而不让未反应的烯属原料再循环。这样类型的再循环程序是本技术领域公知的，并可以包括与想要的醛反应产物分离的金属-亚磷酸酯络合物催化剂流体的液体再循环，例如USP 4,148,830所公开的，或气体再循环程序，例如USP4,247,486所公开的，以及需要的话，液体和气体再循环程序两者结合。本发明最优选的加氢甲酰化工艺包括连续的液体催化剂再循环过程。适当的液体催化剂再循环程序公开在例如美国专利Nos.4,668,651、4,774,361、5,102,505和5,110,990中。

[0061] 在一种实施方式中，合成气分压的提高将平衡反应从二亚磷酸酯配体移向单齿亚磷酸酯，造成迅速响应转变到较低N∶I比率，例如2-20单位至基于单独的金属-单齿配体催化剂的N∶I比率的最低值。合成气分压的降低将平衡反应从单齿亚磷酸酯配体移向二亚磷酸酯配体并提高N∶I比率，例如典型地2-20单位直至单独用该金属-二亚磷酸酯配体催化剂所观察到的最大值。合成气分压提高也改变了单齿和二齿亚磷酸酯金属络合物之间的相对反应速率，并且在使用多个反应区的工艺中，将更多的反应从第一反应区移向第二反应区，等等(最多为总反应的30％)。因此，根据每个反应器中转化的烯烃量得到的多个反应区中的摩尔平均转化率，可以计算总N∶I比率。将反应的量从一个反应区移向另一个反应区改变了摩尔平均转化率，因而改变了在最后的反应区后分离的产物的最终N∶I比率。这些计算可以根据独立测量的单齿亚磷酸酯和二齿亚磷酸酯金属络合物的动力学进行。

[0062] 控制合成气进料速率以保持反应压力(如USSN 60/598,032所述)不是很适合在反应总量中主要为单亚磷酸酯催化剂的条件下进行工艺控制。对于高CO分压这是典型的(例如，对于丙烯而言，N∶I为3∶1至4∶1)。 如果该系统以前向压力(forward pressure)需求、即恒压运行并且以更高速率进行排出控制，那么烯属不饱和化合物、例如丙烯(保持在恒定的进料速率下)开始替代合成气。系统缓慢地从较高的合成气分压移向较低的合成气分压，该差值由烯烃弥补。这意味着丙烯和CO中的相对反应级数接近相等，导致不能维持恒定的分压。这是双参数控制单变量的结果。

[0063] 首先，因为反应器中合成气的存量显著低于丙烯存量，系统中的任何扰动(反应性升高或降低)，最终都将导致合成气存量(和分压)相对于烯烃降低。

[0064] 其次，进料合成气的控制系统典型具有滞后时间，其允许该系统滑动到较低的反应性稳态，而仍然保持相同的烯烃进料速率。

[0065] 在压力需求模式中，两种情况是可能的。第一种情况，温度的小幅提高导致反应速率提高(大约每10℃加倍)。随着合成气和烯烃消耗增长，由于反应物分压下降，致使反应器压力下降和反应性瞬时下降。合成气存量耗尽得比烯烃快。然后补充合成气直至恢复到控制压力点。即使合成气补充有非常少的延迟，这也会导致由烯烃补充的相等或较低的合成气分压(进料通过该循环保持恒定，因此没有延迟)。随着时间过去，合成气分压的降低将反应从单齿配体移向二齿配体，这具有独立地改变反应性和N∶I比率的效果。

[0066] 第二种情况，温度小幅降低导致反应速率降低，温度每降低10℃，速率降低大约50％。这导致对于合成气的需要降低，因此建立烯烃分压(保持进料恒定)且其替代合成气。

[0067] 通过以固定的合成气进料模式、即轻度过量的合成气(其典型在吹扫流中损失，所述吹扫流是从系统中除去惰性物质所必需的)，明显降低或消除了与压力需求控制有关的问题。在第一种情况中，移向较高反应速率(即温度小幅提高)导致反应物的消耗更高，大约每10℃加倍。由于合成气耗尽，排出流下降，并且反应速率下降。因为反应速率下降，温度下降并且反应物恢复蓄积，排出流下降，并且分压根据合成气/烯烃进料的化学计量恢复。

[0068] 在第二情况中，温度小幅降低造成了向较低的反应速率的转变。这消耗了较少的反应物，排出流增加，并且尽管排出更多，但进料的化学计量保持恒定。反应器中的组成基本保持相同，直至温度恢复。具体实施方案

[0069] 通过改变合成气分压控制N∶I产物比率

[0070] 对合成气分压具有不同响应的配体1，大体积的有机单亚磷酸酯，和配体2，有机多亚磷酸酯与铑结合并作为可变选择性催化剂体系进行评价。

[0071] 加氢甲酰化工艺在以连续方式操作的玻璃压力反应器中进行。反应器由部分浸没在具有用于观察的前向玻璃的油浴中的三盎司压力瓶构成。在将系统用氮气吹扫后，用注射器将20ml新鲜制备的铑催化剂前体溶液注入反应器。该催化剂前体溶液含有300ppm的铑(作为二羰基乙酰丙酮铑引入)、配体1、和作为溶剂的四乙二醇二甲醚。反应器密封后，用氮气吹扫系统，并将油浴加热以提供50℃的反应温度。用1∶1的CO和H2进料在150psig(1034kPa)的总操作压力下活化该催化剂溶液30至60分钟。活化时期之后，通过引入烯烃(丙烯)开始反应。按需要调节各种气体的流量，并根据需要添加氮气以保持所需要的150psig(1034kPa)的总操作压力。进料气体(H2，CO，丙烯，N2)的流量用质量流量计分别控制并且进气通过烧结金属分布器分散在催化剂前体溶液中。N2、H2、CO、丙烯和醛产物的分压通过气相色谱(GC)分析和道尔顿定律分析排出流来确定。进料气体的未反应部分通过氮气流与丁醛产物一起被汽提出来，以保持基本恒定的液体水平。出口气体通过GC定
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期分析。如果需要，可以抽取反应流体的样品(借助注射器)用于 PNMR，以确定配体在反应条件下随时间变化的分解速率。由于从进料管线中去除痕量空气和达到油浴的热平衡，系统要花一天达到稳态条件；因此配体分解研究只能在实现稳态运行后开始。这种设备还允许独 立地产生随反应温度、CO和H2分压、和各催化剂体系的Rh含量变化的加氢甲酰化速率和N/I性能。

[0072] 用铑/配体1启动反应体系，以建立初步稳态运行，然后通过缓慢添加配体2，将异构体比率调整到期望的目标比率。

[0073]

[0074] 玻璃反应器系统装有由Rh(CO)2(acac)(300ppm Rh)、配体1(10当量/Rh)和四乙二醇二甲醚(20ml)组成的催化剂溶液。然后建立并保持以下条件，直至总操作压力为150psia：

[0075]油浴温度(℃) 50
H2压力(psig) 35
CO压力(psig) 35
丙烯压力(psig) 6
氮气压力(psig) 余量

[0076] 连续运行几天后，通过注射器添加等分的配体2(THF中的0.5当量/Rh)，然后通过Gilson HPLC泵连续添加配体2的稀释溶液(2.5x10-5M，在THF中，0.017ml/min)。当建立了稳定的N∶I比率时，改变合成气分压，并确定由此产生的改变。

[0077] 在1080分钟时间内，H2和CO各自保持在35psia的分压下，并且N∶I比率平均为9.4。然后将H2和CO的分压在80分钟内降低到10.5psia并在该压力下保持350分钟，在此期间，N∶I比率平均为17.95。然后将H2和CO的分压在80分钟内升高回到35psia并在该压力下保持880分钟，在此期间，N∶I比率平均为11.6。然后将H2和CO的分压再次在 80分钟内升高到59psia并在该压力下保持1160分钟，在此期间，N∶I比率平均为8.6。然后将H2和CO的分压再次在80分钟内降回35psia并在该压力下保持1200分钟，在此期间，N∶I比率平均为12.4。