羰基化方法

本发明涉及不饱和烯属化合物的羰基化方法，该方法是在含钯 的催化剂体系存在下使不饱和烯属化合物与一氧化碳和一种共反应 物一同发生反应。

在欧洲专利EP—A—0，495，547中公开了这一类型的不同羰 基化反应。该专利方法是，一种非必须取代的不饱和烯属化合物与 一氧化碳及各种共反应物在催化剂体系中反应，该催化剂体系包 含：钯阳离子源；二齿配位体源；阴离子源。这里的配位体从具有通 式Q1Q2PXPQ3Q4的二膦化合物中选出，这里Q1、Q2、Q3、Q4各自代 表一非必须取代的脂肪族基团，或Q1加Q2和/或Q3加Q4代表非必 须取代的二价脂肪族基团，X代表桥中含1到10个原子的二价桥 连基团。阴离子源优选质子酸。尤其优选非配位阴离子或弱配位阴 离子，即那些不能或仅微弱地与钯阳离子配位的阴离子。

与此同时欧洲专利EP—A—0,495,547公布的方法一般能高 选择性和高产率地生产所需产物。从一些实验例中感受到反应速率 能够进一步提高。从而通过进一步的努力获得了更高的反应速率， 并且不妨碍选择性及催化剂稳定性等其它因素。

令人惊奇的发现是，使用实质上非酸性的催化剂体系及选择一 特定类型的二齿配位体，大量羰基化反应的反应速率都有显著的提 高。

本发明可以定义成一种涉及不饱和烯属化合物羰基化的方法， 该方法是在实质性非酸性催化体系存在下使不饱和烯属化合物与一 氧化碳及一共反应物反应，该催化体系以钯化合物为配位中心及下 式结构的二齿配位体为配位体：

R1R2M1RM2R3R4    (I) 这里M1和M2各自代表磷、砷或锑原子，R代表二价有机桥连基 团，R1、R2、R3和R4各自代表取代的或非取代的脂肪基团，但须R1 加R2和/或R3加R4代表至少含5个环内原子的二价环形基团，从 而两个自由价键分别连在M1或M2上。

按照本发明方法的羰基化反应的进行受着含与二齿配位体配位 的钯阳离子活性催化体系的影响。

钯阳离子可以来源于钯盐，例如硝酸钯、硫酸钯、磺酸钯、如对 甲苯磺酸钯、甲磺酸钯或三氟甲烷磺酸钯。优选羧酸的钯盐，例如乙 酸钯、三氟乙酸钯或丙酸钯。如果需要，还可使用金属元素或络和上 如一氧化碳的零价钯络和物。但这要求有质子酸的存在并且应意识 到为了避免酸性催化体系的生效应仔细选择质子酸的用量。

在式(I)表示的二齿配位体中，M1和M2都优选代表磷原子。R 优选代表桥中含1到10个原子的二价有机桥连基团。R更优选代表 桥中含1至4个原子的亚烷基基团。一般桥连基团仅由碳和氢原子 构成，但它也可以包括链骨架上含有杂原子的碳链，如含氧原子的 碳链。式(I)配位体中的R特别优选代表亚乙基。

由R1加R2和/或R3加R4形成的环形基团至少包含5个环内 原子，尤其是6到9个原子。通常它们仅由碳原子组成环内原子，但 也不排除环内含有1或2个杂原子，如环内氧或氮原子。二价的环 形基团十分合适，它使得环含有7个或优选8个碳原子。两自由价 键可以连在相邻的环内碳原子上，或分隔得更远一些的两个碳原子 上。合适的环形基团有：1，2—亚环辛基、1，3—亚环辛基、1，4—亚环 辛基、1，5—亚环辛基、1，4—亚环己基、1，3—亚环庚基和1，4—亚环 庚基基团。二齿配位体的混和物也可使用，这里R1加R2代表不同 的环形基团，R3加R4代表非成环基团或与R1加R2代表的环形 基团相同或不同的环形基团。合适的二齿配位体选自：1，2—双(9— 膦杂二环壬烷基)乙烷和1，2—双(9—膦杂二环壬烷基)丙烷的〔 4.2.1〕和/或〔3.3.1〕的同分异构体；1，3—双〔9—膦杂二环〔3.3.1〕 壬烷基)丙烷及1，3—双〔9—膦杂二环壬烷基)丙烷、1—二烷基膦基 —2—P—(9—膦杂二环壬烷基)乙烷。如果R1加R2或R3加R4不 代表二价环形基团，它们则适于代表一非必须取代的烷基，优选 C1-6的烷基，或单价的环烷基，优选环C5—C10烷基。合适的烷基基 团有甲基、乙基或丁基等基团。合适的烷基基团有环己烷基或环辛烷 基等基团。

每一克原子数的钯所需的式(I)代表的配位体摩尔数范围优选 从0.5到10，更优选从1到3。

本发明方法优选在碱性化合物存在下施行。据认为碱性化合物 的存在不仅保证了催化剂体系在反应过程中始终处于非酸性环境， 也有利于催化剂活性的发挥。相应地，至少有部分碱性化合物可能 参与了催化剂体系。特别合适的碱性化合物是含氮碱，优选氮原子 仅连在除氢原子之外的原子上的含氮化合物。合适的含氮碱的碱性 化合物例子是三烷基胺，优选三—C1-6烷基－胺，特别是三乙基胺、 三丙基胺、三正丁基胺和三叔丁基胺。合适的环形胺例子有吡啶和烷 基吡啶，如(C1-4烷基)吡啶，例如2—甲基吡啶、3，4—二甲基吡啶和 1，10—菲咯啉。碱性化合物的用量不重要，可以在大范围内变动。一 般每克原子数的钯选用的碱性化合物摩尔数范围从1到100，优选 从1到20。为了方便，催化剂体系用量相对较小。优选的使用量是每 摩尔不饱和烯属化合物使用10-7到10-1克原子数钯，更优选相同 标准的10-6到10-2克原子数的钯。

以下催化剂组合物为新型的且包括：

a)钯化合物；

b)具有下式结构的二齿配位体：

R1R2PRPR3R4    (II) 这里R是桥中含1到10个原子的二价有机桥连基团，R1、R2、R3、R4 各自代表取代的或非取代的脂肪族基团，但须R1加R2和/或R3加 R4代表至少含6个环内原子的二价环形基团，从而两个自由价键连 在磷原子上；

c)碱性化合物。

本发明也相应地涉及到这些新型催化剂组合物。本发明尤其涉 及包含以下组份的催化剂组合物：钯化合物；具有式(II)结构的二齿 配位体，这里R1R2P和R3R4P每一个都代表9—膦杂二环壬烷基的 〔4.2.1〕和/或〔3.3.1〕同分异构体，R代表亚乙基；吡啶或三烷基胺。

具有式(II)结构的二齿配位体可以通过已知技术来制备，例如 英国专利No.1,127,965的说明书中所述的技术。

不饱和烯属化合物可以具有一个或多个双键。优选每分子上具 有2到20个碳原子的链烯。不饱和键可以位于链中间或优选链末 端。尤其优选每分子上具有2至8个碳原子的链烯，例如乙烯、丙 烯、1—丁烯、1—己烯、1—辛烯。

在不饱和烯属化合物中，一个或多个氢原子可以被其它原子如 卤原子或原子基团如羟基基团、氰基基团、例如甲氧基或乙氧基、或 如二甲基氨基及二乙基氨基的氨基基团，所取代。

另一类优选的不饱和烯属化合物由羧酸的不饱和酯及不饱和羧 酸酯组成。例如，起始物料可以是如乙酸或丙酸的羧酸的乙烯酯，或 者是不饱和酸的烷基酯，例如丙烯酸或甲基丙烯酸的甲酯或乙酯。

本发明方法的合适的共反应物包括含有一亲核部分及一流动氢 原子的化合物。例如有链烷醇和链烷二醇，例如甲醇、乙醇、正丁 醇、乙二醇、异丙醇、丁二醇及1—己醇和如乙基胺及二乙基胺的胺 类。优选每分子具有1到6个碳原子的链烷醇及每分子具有2到6 个碳原子的链烷二醇。尤其优选1—正丁醇、甲醇和1，4—丁二醇。使 用这些化合物作共反应物能够产生有价值的羰基化产物，例如丙酸 甲酯、丙酸丁酯及1，4—双酰氧基丁烷。

这些化合物具有商业价值，它们可以用做溶剂并且在香味组合 物中可以用做香料。本发明方法中使用的不饱和烯属化合物或共反 应物可以过量，相应地在反应过程中可以起溶剂本作用。也可以另 一种液体稀释剂的存在下实施本反应，尤其是当反应物按化学计 量投料时。适合的稀释剂是那些极性的、非质子化合物，例如酮类、 醚类。优选的稀释剂有四氢呋喃和二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)。

如果需要，反应可以在助催化剂的存在下实施，例如一种干燥 剂，合适的干燥剂包括缩醛，例如丙酮的乙醛缩二甲醇，缩酮等。优选 的干燥剂是原甲酸三甲酯。

羰基化反应一般在温和的温度下完成，一般从30到200℃，优 选从50到150℃。反应压力可以是大气压力或高于大气压力。尤其 优选5到70巴。也不排除更高的压力，但通常这种压力并无优势。

本发明将用以下实施例来说明。 实施例I—XI

实验的过程是：每次实验向250ml带磁力搅拌的“Hasteulloy C” (商标)牌高压釜中加入0.25mmol乙酸钯(II)、0.6mmol二膦配 位体、50ml链烷醇类共反应物，如果实用，还可加入一种或多种添加 剂。高压釜充满摩尔比为1.5∶1的一氧化碳和乙烯混合气体，并使 总压力上升至50巴。然后密闭高压釜并将混合物加热至所需的反 应温度。继续进行反应以完成乙烯的转化过程，随后反应混合物被 冷却至室温并卸压。所用配位体、共反应物、添加剂(如果使用了)、反 应温度及平均每小时酯形成速率列于表1。

表1中使用的缩略词具有以下意义：

BPBNP＝1，3—双(9—膦杂二环壬烷基)丙烷

MBPBNE＝1—甲基—1，2—双(9—膦杂二环壬烷基)乙烷             1，2—双(9—膦杂二环壬烷基)丙烷

BPBNE＝1，2—双(9—膦杂二环壬烷基)乙烷

DMP＝3，4—二甲基吡啶(卢剔啶)

Phen＝1，10—菲咯啉

BBA＝2，6—二(仲丁氧基)苯甲酸

TEA＝三乙基胺

TMF＝原甲酸三甲酯

实施例V中获得的产物是丙酸甲酯；其它实施例中获得的是丙 酸正丁酯。酯的选择率超过99％。从实施例I、II和III的结果可以看 到碱性化合物的存在可以加快反应速率，添加干燥剂可以进一步加 快反应速率。同样，比较实施例IV、VI、VII和VIII的结果也可以看 到添加干燥剂或碱性化合物加快了反应速率。通过比较实施例IX 和X的结果可以进一步说明干燥剂的效应。 实施例B(不依照本发明方法，仅供比较)

在与实施例IV实质上相同的条件下实施本实验，但反应温度 为130℃，而不是125℃，并且1，2—双(二环己烷基膦基)乙烷为配 位体。反应速率为30mol/gat pd·h。 实施例C(不依照本发明方法，仅供比较)    

在与实施例II实质上相同的条件下实施本实验，但用1，3—双 (二仲丁基膦基)丙烷做配位体。反应速率为50mol/gat pd.h。

                         表1 实施例  配位体  添加剂  链烷醇  反应温度  反应速率                 (mmol)   (mL)    (℃)   (mol/gat Pd.h)   I     BPBNP     -     正丁醇50   125     35   II      ”             DMP 10     ”           137     85   III     ”               ”                   ”           137    330                 TMF 5 mL   IV    BPBNE     -         ”            125    520   y       ”              -      甲醇50    125    490   VI      ”       TMF 1 ml   正丁醇50  125    600   VII     ”       Phen 1        ”             125    630   VIII    ”    Phen 2.5       ”              125    1150                 TMF 1 mL   A*      ”       BBA 10         ”         120    360   IX      ”       TEA 10         ”         133    275   X       ”               ”                     ”       133    725                 TMF 5 mL   XI      ”    DMP 10           ”      135    1160           .     TMF 5 mL *不依照本发明方法，仅供比较 实施例XII

实施一实验，这里向高压釜(带磁力搅拌，250ml，“Hastelloy C” 牌)加入0.25mmol乙酸钯(II)、0.6mmol二膦配位体(如前定 义的BPBNP)、10mmol三乙基胺、5ml原甲酸三甲酯、50ml甲醇和 20ml 1—正辛烯。高压釜充满一氧化碳并使压力上升至30巴。加 热混和物至130℃。继续进行反应以完成辛烯的转化过程，随后反应 混和物被冷却至室温并卸压。反应速率为100mol/gat pd.h。形成的 壬酸甲酯的线性度为73％。 实施例XIII

在与实施例XII实质上相同的条件下实施本实验，但用BPB- NE代替BPBNP做配位体(BPBNP和BPBNE如前所定义)。反 应速率是170mol/gat pd.h。形成的壬酸甲酯的线性度为69％。 实施例XIV

在与实施例I实质上相同的条件下实施本实验，但正丁醇的使 用量为40ml而不是50ml，反应温度为130℃，用MBPBNE代替 BPBNP做配位体(BPBNP和MBPBNE如前所定义)。反应速率 为200mol/gat pd.h。丙酸正丁酯的选择率大于99％。