JP5243440B2 - ヒドロホルミル化方法 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は、アリルアルコールをヒドロホルミル化して４−ヒドロキシブチルアルデヒドを製造する方法に関する。本方法は、予想外に高い４−ヒドロキシブチルアルデヒド：３−ヒドロキシ−２−メチルプロピオンアルデヒ（直鎖：分岐）比の生成物を製造する。

（発明の背景）
アリルアルコールのヒドロホルミル化はよく知られており、商業的に実施されている方法である。例えば米国特許第４０６４１４５号、第４２１５０７７号、第４２３８４１９号、第４６７８８５７号、および第５２９０７４３号を参照されたい。ヒドロホルミル化反応では、触媒の存在下でアリルアルコールをＣＯ／Ｈ₂ガス混合物と反応させて、４−ヒドロキシブチルアルデヒド（ＨＢＡ）を形成する。次いで、例えば水抽出によって、ＨＢＡを触媒から分離し、水素化して１，４−ブタンジオール（ＢＤＯ）を形成することができる。米国特許第５５０４２６１号を参照されたい。

さまざまな触媒系、特にホスフィン配位子とともにロジウム錯体がヒドロホルミル化反応に用いられている（例えば、米国特許第４０６４１４５号、第４２３８４１９号、および第４５６７３０５号参照）。一般的に使用されるホスフィン配位子は、トリフェニルホスフィンなどの三置換ホスフィンである。このヒドロホルミル化方法の１つの不利点は、所望のＨＢＡ直鎖生成物に加えて、他の副産物または副生成物も形成されることである。一般に、アリルアルコールのヒドロホルミル化では、いくつかの３−ヒドロキシ−２−メチルプロピオンアルデヒド（ＨＭＰＡ）分岐副産物、ならびにｎ−プロパノールおよびプロピオンアルデヒドなどのＣ₃副生成物が生成される。ＨＭＰＡを水素化して有用物質である１，３−メチルプロパンジオール（ＭＰＤ）を生成することができるが、ＭＰＤ副産物はＢＤＯの収量を低減させる。Ｃ₃副生成物の形成は、実際上、工程中で別の収率損失を生じ、これはプロセスの経済性に深刻な悪影響を及ぼし得る。

ＢＤＯの収量を増やすために、ヒドロホルミル化方法を改良し、望ましくない副産物／副生成物を減らす研究が続けられている。米国特許第６１２７５８４号は、少なくとも２つのメチル基を有するトリアルキルホスフィン配位子を使用するとＨＢＡ：ＨＭＰＡ比が増加することを開示している。ジホスフィン配位子の使用も、ＨＢＡ：ＨＭＰＡ比を改善することが認められている。ロジウム錯体触媒およびＤＩＯＰジホスフィン配位子を用いるアリルアルコールのヒドロホルミル化は当技術分野、特に特開平０６−２７９３４５および特開平０６−２７９３４４、ならびに米国特許第４３０６０８７号で示されている。さらに、米国特許第６２２５５０９号は、ロジウム錯体およびＤＩＯＰなどの配位子を含む触媒を用いるアリルアルコールのヒドロホルミル化において、反応液中のＣＯの濃度を約４．５ｍｍｏｌ／ｌより高く保つことによって、望ましくないＣ₃副産物の生成を減らすことを開示している。

要約すると、アリルアルコールをヒドロホルミル化して４−ヒドロキシブチルアルデヒドを製造する新しい方法が必要である。特に、有効な方法では、３−ヒドロキシ−２−メチルプロピオンアルデヒド（ＨＭＰＡ）に対して４−ヒドロキシブチルアルデヒド（ＨＢＡ）が高い比率で得られるであろう。

（発明の概要）
本発明は、溶媒および触媒系の存在下で、アリルアルコールを一酸化炭素および水素と反応させて４−ヒドロキシブチルアルデヒドを製造することを含む方法である。前記触媒系は、ロジウム錯体および２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンを含む。驚くべきことに、本発明では、３−ヒドロキシ−２−メチルプロピオンアルデヒドに対して４−ヒドロキシブチルアルデヒド生成物が高い比率で得られる。

（発明の詳細な説明）
本発明の方法は、溶媒および触媒系の存在下で、アリルアルコールをヒドロホルミル化することを含む。本発明の触媒系は、ロジウム錯体および２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンを含む。適切なロジウム錯体は、配位基に結合したロジウムを含む。ロジウム錯体は溶媒に可溶である。ロジウム錯体に結合する配位子の選択については特に制限はない。例えば、適切な配位子には、水素化物、カルボニル、置換または未置換シクロペンタジエニル、２，４−アルカンジオネート、トリアルキルまたはトリアリールホスフィン、ジホスフィン、およびそれらの混合物が含まれる。特に好ましい配位子には、カルボニル、アセチルアセトネート（２，４−ペンタンジオネート）、トリフェニルホスフィン、およびそれらの混合物が含まれる。好ましいロジウム錯体の例としては、（アセチルアセトネート）ジカルボニルロジウムおよびトリス（トリフェニルホスフィン）ロジウムカルボニルヒドリドが挙げられる。

本発明の触媒系は、ジホスフィン配位子である、２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンも含む。２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンは化学式：

を有する（式中、Ｒはｎ−アルキル基である。好ましくは、Ｒはメチル、エチル、またはプロピルである）。

ジホスフィン配位子は、最も好ましくは２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジメチルフェニル）ホスフィノ］ブタン、または２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジエチルフェニル）ホスフィノ］ブタンである。

２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンは任意の可能な方法によって調製してもよい。例えば、２，２−ジメチル−４，５−ビス［（トルエンスルフォニロキシメチル）メチル］−１，３−ジオキソランをリチウムジ（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）−ホスフィンと反応させることによって調製してもよい。

２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタン配位子を、ヒドロホルミル化反応に用いる前にロジウム錯体とあらかじめ結合させることができる、または別々に加えることができる。しかし、２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタン配位子をロジウム錯体と分けて加えることが好ましい。

必須というわけではないが、触媒系はモノホスフィン化合物をさらに含んでもよい。モノホスフィン化合物は、ロジウム錯体に結合し得る任意のホスフィン配位子に加えられる。モノホスフィン化合物は式：
（Ｒ¹）₃Ｐ
で表される三置換体ホスフィンである（式中、Ｒ¹はアリールまたはアルキル基である）。適切な脂肪族Ｒ¹基には、メチル、エチル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、オクチル、およびデシルが含まれる。適切な芳香族Ｒ¹基には、フェニル、トリル、およびナフチルが含まれる。Ｒ¹基は同一または異なってよいが、同一であることが好ましい。好ましくは、モノホスフィンは三置換体アリールホスフィンである。より好ましくは、モノホスフィンはトリフェニルホスフィンまたはトリトリルホスフィンである。トリフェニルホスフィンが特に好ましい。

反応溶媒も本発明の方法に必要である。一般的な溶媒は、ロジウム錯体を溶解でき、ヒドロホルミル化の工程で生成されるヒドロキシアルデヒドに反応しないものである。適切な溶媒には、水に対して非常にわずかなまたは最小限の溶解性を示す何れの有機溶媒が含まれる。好ましい溶媒には、Ｃ₅〜Ｃ₂₀脂肪族炭化水素、Ｃ₆〜Ｃ₂₀芳香族炭化水素、アルコール、エーテル、およびそれらの混合物が含まれる。特に好ましい触媒には、トルエン、シクロヘキサン、メチルｔ−ブチルエーテル、およびそれらの混合物が含まれる。

ヒドロホルミル化工程の一般的な反応条件はおだやかで、分岐３−ヒドロキシ−２−メチルプロピオンアルデヒド（ＨＭＰＡ）反応生成物よりも、直鎖４−ヒドロキシブチルアルデヒド（ＨＢＡ）を有利に生成させる。反応条件は、好ましくは約２０〜１２０℃、および圧力約２０〜６００ｐｓｉｇ、より好ましくは約４５〜８５℃、および３０〜４００ｐｓｉｇ、最も好ましくは約５０〜８０℃、および４０から３００ｐｓｉｇの範囲である。比はかなり変わり得るが、一般に、ＣＯ：Ｈ₂のモル比は約１：１である。ＣＯの分圧は一般に５〜１００ｐｓｉｇの範囲内である。水素の分圧は、一般に４０〜２００ｐｓｉｇの範囲内である。アリルアルコールが極めて多く、例えば６０〜９９．９％反応するまで、反応をこうした条件で実施し、生成物はいくらかの分岐反応生成物もあるが、大部分は４−ヒドロキシブチルアルデヒドである。通常、反応時間は１〜４時間が適当である。

基礎原料を供給するための、反応溶媒に対するアリルアルコール初期濃度は、好ましくは、溶媒中約５〜４０重量％の範囲であり、より好ましくは５〜１０重量％の範囲のより低い濃度を用いることができる。

アリルアルコールのヒドロホルミル化は、ヒドロホルミル化の間は液相中のＣＯ濃度（［ＣＯ］_liq）が４ｍｍｏｌ／ｌ（０．００４Ｍ）より高く保たれるように実施されることが好ましい。［ＣＯ］_liqの値は米国特許第６２２５５０９号で定められている。液相の水素：一酸化炭素のモル比は、好ましくは１０：１〜約１：２の範囲、より好ましくは５：１〜約１：２の範囲である。

ヒドロホルミル化の工程に続いて、ＨＢＡ生成物を、抽出容器中で水抽出によって、溶媒および触媒系から分離することが好ましい。水抽出法は当技術分野でよく知られていて、ミキサー−セトラー、充填またはトレイ抽出カラム、回転円板コンタクタなどの任意の適切な手段によって行うことができ、もしくは混合物を水相および有機相に分離するために沈降タンクに通すことができる。ＨＢＡ、および任意のＨＭＰＡは水相に溶解しており、溶媒（有機）相から分離される。

４−ヒドロキシブチルアルデヒド（および何れの３−ヒドロキシ−２−メチルプロピオンアルデヒド）反応生成物は、水素化触媒の存在下で、４−ヒドロキシブチルアルデヒドを水素化して１，４−ブタンジオール（ＢＤＯ）を製造する追加の工程がなされることが好ましい。水素化のために、水素が反応容器に加えられる。適切な水素化触媒には、ニッケル、コバルト、ルテニウム、白金、およびパラジウムなどの何れのＶＩＩＩ族金属も、銅、亜鉛、およびクロム、ならびにそれらの混合物および合金も含まれる。ニッケル触媒が特に好ましい。Ｒａｎｅｙ（登録商標）−ｔｙｐｅニッケルおよび固定床ニッケル触媒が最も好ましい。

水素化反応条件は、好ましくは約６０〜２００℃および圧力約２００〜１０００ｐｓｉｇ、より好ましくは約８０〜１４０℃および３００〜１０００ｐｓｉｇの範囲である。一般に、反応時間は１〜１０時間が適切である。水素化反応の間に、他の少量の副産物／副生成物とともに、分岐生成物に対する直鎖生成物が高い比率で実質的に保持されながら、ＢＤＯおよびＭＰＤが生成する。

以下の実施例は本発明を例示するにすぎない。当業者であれば、本発明の精神および特許請求の範囲内で多くの変形形態があることを認識されよう。

（実施例１：ジホスフィン配位子の調製）
以下の一般式のジホスフィン配位子を下記のように調製する。

乾燥／脱気ＴＨＦに２，２−ジメチル−４，５−ビス［（トルエンスルフォニルオキシメチル）メチル］−１，３−ジオキソランを溶解した溶液（１当量、１．７３ｇ、ＴＨＦ５０ｍＬにジオキソラン３．７×１０^-3モルを溶解）を、アルゴン下で、乾燥／脱気ＴＨＦに適当なリチウムジアリールホスフィン（上記式参照）を溶解した溶液（ＴＨＦ１００ｍＬに２．３当量を溶解）に滴下して加える。混合物を２時間加熱還流し、次いで冷却し、溶媒を減圧下で除去する。残存している固体をジクロロメタンに再溶解し、シリカ床を通して濾過し、溶媒を減圧下で除去して２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス（ジアリールホスフィノ）ブタンを得る。

ジホスフィン１Ａ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジメチルフェニル）ホスフィノ］ブタン
ジホスフィン１Ｂ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジエチルフェニル）ホスフィノ］
比較ジホスフィン１Ｃ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（フェニル）ホスフィノ］、ＤＩＯＰとして知られている
比較ジホスフィン１Ｄ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（４−メチルフェニル）ホスフィノ］ブタン
比較ジホスフィン１Ｅ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジメチル−４−メトキシフェニル）ホスフィノ］ブタン
比較ジホスフィン１Ｆ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（４−クロロフェニル）ホスフィノ］ブタン
比較ジホスフィン１Ｇ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェニル）ホスフィノ］ブタン
比較ジホスフィン１Ｈ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル）ホスフィノ］ブタン
比較ジホスフィン１Ｉ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（２−ナフテニル）ホスフィノ］ブタン
比較ジホスフィン１Ｊ：２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）ホスフィノ］ブタン
（実施例２：ジホスフィン配位子を用いるヒドロホルミル化反応）
以下の手順に従って、ジホスフィン１Ａ〜１Ｊを用いてアリルアルコールをヒドロホルミル化する。

乾燥脱気トルエン（１５ｇ）に所望のジホスフィン（２当量または８．６×１０^-5モル）を溶解した溶液をＰａｒｒ社の１００ｍＬオートクレーブ中の［Ｒｈ（ＣＯ）₂（ａｃａｃ）］（１当量または４．３×１０^-5モル）に加える。この溶液を１：１のＣＯ／Ｈ₂混合物で３回洗浄し、次いでＣＯ／Ｈ₂混合物とともに１８０ｐｓｉｇに加圧する。次に、攪拌しながらオートクレーブを６５℃に加熱し、アリルアルコール（３．５ｍＬ）を注入し、オートクレーブをＣＯ／Ｈ₂混合物とともに２００ｐｓｉｇに加圧する。オートクレーブを一定圧力２００ｐｓｉｇに保ち、反応のガス取込みを観測する。ガスの取込みがなくなったところで、オートクレーブを冷却し減圧する。得られた溶液をガスクロマトグラフィーで分析し、反応生成物を定量する。反応により、ＨＢＡ、ＨＭＰＡ、およびＣ₃生成物（ｎ−プロパノールおよびプロピオンアルデヒド）が生成される。

表１に示す結果から、本発明の２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンでは、他の比較ジホスフィン配位子よりも、予想外に、かなり高いＨＢＡ：ＨＭＰＡ（ｌ：ｂ）比が得られることが示される。

Claims (12)

1. 溶媒、ならびにロジウム錯体、および、２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジメチルフェニル）ホスフィノ］ブタン、２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジエチルフェニル）ホスフィノ］ブタンおよび２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−プロピルフェニル）ホスフィノ］ブタンからなる群から選択される２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジ−ｎ−アルキルフェニル）ホスフィノ］ブタンを含む触媒系の存在下で、アリルアルコールを一酸化炭素および水素と反応させることを含む、４−ヒドロキシブチルアルデヒドの製造方法。
2. 前記触媒系が、前記ロジウム錯体および２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジメチルフェニル）ホスフィノ］ブタンを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記触媒系が、前記ロジウム錯体および２，３−Ｏ−イソプロピリデン−２，３−ジヒドロキシ−１，４−ビス［ビス（３，５−ジエチルフェニル）ホスフィノ］ブタンを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記溶媒が、Ｃ₅〜Ｃ₂₀脂肪族炭化水素、Ｃ₆〜Ｃ₁₂芳香族炭化水素、エーテル、アルコール、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
5. 前記溶媒が、トルエン、シクロヘキサン、メチルｔ−ブチルエーテル、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
6. 前記ロジウム錯体が、ロジウム、ならびに水素化物、カルボニル、トリアルキルまたはトリアリールホスフィン、ジホスフィン、シクロペンタジエニル、２，４−アルカンジオネート、およびそれらの混合物からなる群から選択される配位子を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記反応を、４５℃〜８５℃の範囲内の温度および３０〜４００ｐｓｉｇ（０．３１〜２．８６ＭＰａ）の範囲内の圧力で実施する、請求項１に記載の方法。
   
8. 前記触媒系がモノホスフィン化合物も含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記モノホスフィン化合物がトリフェニルホスフィンである、請求項８に記載の方法。
10. 液相中の前記一酸化炭素の濃度が４ｍｍｏｌ／ｌより高く保たれている、請求項１に記載の方法。
11. 水素化触媒の存在下で４−ヒドロキシブチルアルデヒドを水素化して１，４−ブタンジオールを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記水素化触媒がニッケル触媒である、請求項１１に記載の方法。