СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОПИОНОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 1999 года по МПК C07C53/122 C07C51/14 

Описание патента на изобретение RU2134682C1

Изобретение относится к области органического синтеза, в частности к получению пропионовой кислоты. Пропионовая кислота и ее производные находят широкое применение в промышленности органического синтеза, в пищевой, парфюмерной, фармацевтической, лакокрасочной, лесохимической промышленности, а также в сельском хозяйстве для консервации кормов и предохранения зерна от порчи и слеживания.

В настоящее время установлено, что наиболее перспективный метод получения пропионовой кислоты основан на реакции каталитического гидроксикарбонилирования этилена моноксидом углерода и водой:
C2H2 + CO + H2O ---> CH3CH2COOH.

Известен способ получения пропионовой кислоты гидроксикарбонилированием этилена моноксидом углерода и водой в присутствии катализатора - карбонила никеля [K. Weissermel, H.J.Arpe "Industrielle Organische Chemie", 1978, 2. Auflage, Verlag chemie, S. 132]. Из-за низкой активности катализатора процесс ведут в очень жестких условиях (200-240 атм, 270-320oC). Селективность по целевому продукту - 95%.

Известен более селективный способ получения пропионовой кислоты гидроксикарбонилированием этилена моноксидом углерода и водой в присутствии каталитической системы, содержащей дихлоро-бис-(трифенилфосфин)палладий (2+) в среде диоксана [А.С. СССР, N 1237659, кл. C 07 C 51/14, Б.И. N 22, 1986 г.]. Процесс характеризуется невысокими выходом целевого продукта и скоростью.

Более высокие показатели достигнуты в способе получения пропионовой кислоты (далее ПК) [ЕР 0759420 A1, кл. C 07 C 51/14, 1996 г.], заключающемся в проведении реакции гидроксикарбонилирования этилена моноксидом углерода и водой в присутствии соединений родия и больших количеств (лучше 10 мас.%) пиридина или его производных и в растворе пропионовой кислоты. Максимальная селективность по ПК 96 мас.% достигнута при 90oC и 100 атм при скорости 585 моль ПК/моль Rh•час. Кроме того, наряду с ПК образуются значительные количества пропионового альдегида, диэтилкетона, 4-кетокапроновой кислоты и др., что усложняет технологию выделения целевого продукта.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения пропионовой кислоты гидроксикарбонилированием этилена моноксидом углерода и водой в среде органической карбоновой кислоты в присутствии каталитической системы, содержащей безгалоидное соединение палладия и третичный органический фосфин [А. С. СССР, N 1696422, кл. C 07 C 53/122, Б.И. N 45, 1991 г.]. Данный способ характеризуется высокой селективностью (не менее 99 мас.%), но недостаточно высоким выходом целевого продукта в расчете на палладий.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения пропионовой кислоты с высоким выходом при сохранении высокой селективности.

Задача изобретения достигается тем, что способ получения пропионовой кислоты включает:
- гидроксикарбонилирование этилена моноксидом углерода и водой в среде органической карбоновой кислоты C1-C10, преимущественно пропионовой кислоты при повышенных давлении и температуре;
- в присутствии каталитической системы, включающей безгалоидное соединение палладия и третичный органический фосфин. В качестве безгалоидного соединения палладия используют по крайней мере одно соединение из ряда, включающего соединения, не содержащие связь палладий-галоид, например ацетат, пропионат, ацетилацетонат, сульфат, нитрат, перхлорат палладия (2+), при этом преимущественно используют ацетат, пропионат, ацетилацетонат палладия (2+). В качестве безгалоидного соединения палладия используют также по крайней мере одно соединение из его комплексных соединений с третичным органическим фосфином, в частности комплексное соединение палладия (O), преимущественно тетракис(трифенилфосфин)палладий (O); комплексное соединение палладия (1+), преимущественно μ-гидридо-μ-карбонил-тетракис (трифенилфосфин) палладий (1+), - перхлорат; комплексное соединение палладия (2+), преимущественно диацетато- бис(трифенилфосфин)палладий (2+).

В качестве третичного органического фосфина используют по крайней мере одно соединение из ряда, включающего третичные органические фосфины, содержащие по крайней мере один заместитель, связанный с атомом фосфора через ароматический атом углерода, например диалкиларилфосфин, алкилдиарилфосфин, триарилфосфин, при этом из ряда диалкиларилфосфинов преимущественно используют диизопропилфенилфосфин; из ряда алкилдифенилфосфинов преимущественно используют изопропилдифенилфосфин; из ряда триарилфосфинов преимущественно используют трифенилфосфин, три(п-толил)фосфин, дифенил-м-сульфофенилфосфин (Na, К соль);
- в присутствии добавки основного характера, в качестве которой используют по крайней мере одно соединение из ряда: оксид щелочного, щелочноземельного металла, гидроксид щелочного, щелочноземельного металла, карбонат щелочного, щелочноземельного металла, бикарбонат щелочного, щелочноземельного металла, карбоксилат щелочного, щелочноземельного металла в количестве не менее 0,05 мас.%, при этом в качестве карбоксилата щелочного, щелочноземельного металла используют соль органической карбоновой одно-, двух-, многоосновной кислоты C1-C12 со щелочным, щелочноземельным металлом, например соль алифатической карбоновой кислоты C1-C10 со щелочным, щелочноземельным металлом, преимущественно формиат, ацетат, пропионат натрия.

Установлено, что при взаимодействии безгалоидного соединения палладия (2+) с третичным органическим фосфином как в реакционной среде, так и в других растворителях образуются комплексные соединения L4Pd(O), L2Pd(2+)A2, LnPd2A2, где L - третичный органический фосфин, A - анион, не образующий связи палладий-галоид. Поэтому в качестве безгалоидных соединений палладия можно использовать комплексы палладия с третичными органическими фосфинами, причем степень окисления палладия может быть от 0 до 2.

Роль добавки основного характера согласно имеющимся данным заключается в повышении концентрации карбоксилат-ионов, стабилизирующих каталитическую частицу. Каталитически активная частица предположительно содержит димер одновалентного палладия. Стабилизация может осуществляться за счет бидентантности карбоксилата, как показано ниже:

где RCOO- - анион используемой органической карбоновой кислоты, L - третичный органический фосфин.

Оксиды, гидроксиды, карбонаты щелочных, щелочноземельных металлов в реакционной среде превращаются в карбоксилаты.

Процесс гидроксикарбонилирования этилена моноксидом углерода и водой ведут при давлении выше атмосферного, преимущественно при 7-100 атм, причем соотношение давления моноксида углерода к давлению этилена от 3 до 0,5, преимущественно от 2 до 1.

Температурный режим определяется условиями контролируемой скорости реакции, стабильной работы каталитической системы, стойкостью материала реактора к реакционной среде и выбирается в интервале преимущественно 90-165oC.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В реактор из нержавеющей стали загружают 11,2 мг (0,05 ммоль) ацетата палладия (2+), 131 мг (0,5 ммоль) трифенилфосфина, 11,5 г пропионовой кислоты, 1,0 г воды и 63 мг (0,5 мас.%) ацетата натрия. Реактор откачивают, подают 5 атм моноксида углерода и нагревают при перемешивании до 125oC. Затем давление доводят до 25 атм эквимолярной смесью моноксида углерода и этилена и процесс ведут при постоянном давлении, добавляя в реактор реагенты (моноксид углерода, этилен и воду) по мере их расхода. Через 10 часов процесс заканчивают, реактор охлаждают, газ собирают для ГЖХ-анализа, измеряют вес жидкой фазы (26,1 г). Жидкую фазу анализируют ГЖХ, определяют содержание ПК и воды и наличие побочных продуктов. Теоретически возможные побочные продукты: этиловый и н-пропиловый спирт, уксусный и пропионовый альдегид, диэтилкетон, этилпропионат, н-пропилпропионат, 4-кетокапроновая кислота. В данном опыте анализ газа показал кроме исходных газов наличие следов этана, диоксида углерода и кислорода, которые накопились из исходных газов. Анализ жидкой фазы показал отсутствие вышеуказанных побочных продуктов. По результатам взвешивания и ГЖХ анализа вычисляют количество полученной пропионовой кислоты (13,6 г), выход и скорость образования ПК, которые в данном опыте составили 3675 моль/моль Pd и 245 моль ПК/моль Pd-час (см. таблицу).

Примеры 2-8. Опыты проводят как в примере 1, берут указанные в таблице компоненты каталитической системы в указанных концентрациях и процесс ведут в указанных в таблице условиях. Ни в одном из примеров побочных продуктов не обнаружено.

Поставленная задача достигается также при всех других заявленных компонентах каталитической системы.

Похожие патенты RU2134682C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1999
  • Машкинов Л.Б.
RU2159344C1
Способ получения пропионовой кислоты 1990
  • Чепайкин Евгений Григорьевич
  • Безрученко Анна Павловна
  • Григорян Эдуард Амазаспович
  • Рыбаков Вячеслав Алексеевич
  • Гвоздовский Георгий Николаевич
SU1696422A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРИДА ТИТАНА 2002
  • Боровинская И.П.
  • Мержанов А.Г.
  • Ратников В.И.
RU2208573C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАФИТОПОДОБНОГО НИТРИДА БОРА 1999
  • Боровинская И.П.
  • Мержанов А.Г.
  • Хуртина Г.Г.
RU2163562C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА И МАТЕРИАЛ, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ 2000
  • Уваров В.И.
  • Боровинская И.П.
  • Мержанов А.Г.
RU2175904C2
Двухстадийный способ получения пропионовой кислоты 2016
  • Тарасов Андрей Леонидович
  • Исаева Вера Ильинична
  • Кустов Леонид Модестович
RU2616623C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1999
  • Баринова Т.В.
  • Боровинская И.П.
  • Закоржевский В.В.
  • Мержанов А.Г.
  • Ратников В.И.
RU2176830C2
МОСТОВОЕ УСТРОЙСТВО 2000
  • Машкинов Л.Б.
RU2175137C1
МОСТОВОЕ УСТРОЙСТВО МАШКИНОВА 1998
  • Машкинов Л.Б.
RU2138056C1
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 1999
  • Машкинов Л.Б.
RU2159460C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 134 682 C1

Реферат патента 1999 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОПИОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к способу получения пропионовой кислоты путем гидроксикарбонилирования этилена моноксидом углерода в среде воды и органической каробоновой кислоты С24. Процесс ведут при повышенных давлении и температуре в присутствии каталитической системы, включающей безгалоидное соединение палладия и третичный органический фосфин с добавкой основного характера. В качестве добавки используют по крайней мере одно соединение из ряда: оксид, гидроксид, карбонат, бикарбонат или карбоксилат щелочного либо щелочноземельного металла в количестве не менее 0,05 мас.% В качестве карбоксилата щелочного или щелочноземельного металла используют соль органической карбоновой одно-, двух-, многоосновной кислоты С112, например соль алифатической карбоновой кислоты C1-C10, преимущественно пропионат натрия. В результате повышается выход пропионовой кислоты. 14 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 134 682 C1

1. Способ получения пропионовой кислоты гидроксикарбонилированием этилена моноксидом углерода и водой в среде органической карбоновой кислоты при повышенных давлении и температуре в присутствии каталитической системы, включающей безгалоидное соединение палладия и третичный органический фосфин, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии добавки основного характера. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки основного характера используют по крайней мере одно соединение из ряда: оксид щелочного, щелочноземельного металла, гидроксид щелочного, щелочноземельного металла, карбонат щелочного, щелочноземельного металла, бикарбонат щелочного, щелочноземельного металла, карбоксилат щелочного, щелочноземельного металла в количестве не менее 0,05 мас.%. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве карбоксилата щелочного, щелочноземельного металла используют соль органической карбоновой одно-, двух-, многоосновной кислоты С112. 4. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что в качестве карбоксилата щелочного, щелочноземельного металла используют соль алифатической карбоновой кислоты С110, преимущественно пропионат натрия. 5. Способ по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что процесс ведут в среде алифатической карбоновой кислоты С24, преимущественно пропионовой кислоты. 6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что в качестве безгалоидного соединения палладия используют по крайней мере одно соединение из ряда, включающего соединения, не содержащие связь палладий - галоид, например ацетат, пропионат, ацетилацетонат, сульфат, нитрат, перхлорат палладия (2+). 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что преимущественно используют ацетат, пропионат, ацетилацетонат палладия (2+). 8. Способ по пп.1 - 7, отличающийся тем, что в качестве безгалоидного соединения палладия используют по крайней мере одно из комплексных соединений палладия с третичным органическим фосфином. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве комплексного соединения палладия с третичным органическим фосфином используют по крайней мере одно из комплексных соединений палладия (0), преимущественно тетракис(трифенилфосфин)палладий (0). 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве комплексного соединения палладия с третичным органическим фосфином используют по крайней мере одно из комплексных соединений палладия (1+), преимущественно μ-гидридо-μ′-карбонил-тетракис (трифенилфосфин)дипалладий (1+)-перхлорат. 11. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве комплексного соединения палладия с третичным органическим фосфином используют по крайней мере одно из комплексных соединений палладия (2+), преимущественно диацетатобис(трифенилфосфин) палладий (2+). 12. Способ по пп. 1 - 11, отличающийся тем, что в качестве третичного органического фосфина используют по крайней мере одно соединение из ряда, включающего третичные органические фосфины, содержащие по крайней мере один заместитель, связанный с атомом фосфора через ароматический атом углерода, например диалкиларилфосфин, алкилдиарилфосфин, триарилфосфин. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве диалкиларилфосфина преимущественно используют диизопропилфенилфосфин. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве алкилдифенилфосфина преимущественно используют изопропилдифенилфосфин. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что в качестве триарилфосфина преимущественно используют трифенилфосфин, три-п-толилфосфин, дифенил-м-сульфофенилфосфин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2134682C1

Способ получения пропионовой кислоты 1990
  • Чепайкин Евгений Григорьевич
  • Безрученко Анна Павловна
  • Григорян Эдуард Амазаспович
  • Рыбаков Вячеслав Алексеевич
  • Гвоздовский Георгий Николаевич
SU1696422A1
Способ получения пропионовой кислоты 1984
  • Карпюк Александр Дмитриевич
  • Колосова Надежда Дмитриевна
  • Терехова Марина Иосифовна
  • Сюткина Ольга Павловна
  • Петров Эдуард Сергеевич
  • Белецкая Ирина Петровна
SU1237659A1
EP 0759420 A1, 26.02.97.

RU 2 134 682 C1

Авторы

Чепайкин Е.Г.

Безрученко А.П.

Лещева А.А.

Григорян Э.А.

Даты

1999-08-20Публикация

1997-11-19Подача