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DE3034353A1 - Tetraalkyl phosphonium substituted transition metal complexes - Google Patents

Tetraalkyl phosphonium substituted transition metal complexes

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Publication number
DE3034353A1
DE3034353A1 DE803034353T DE3034353T DE3034353A1 DE 3034353 A1 DE3034353 A1 DE 3034353A1 DE 803034353 T DE803034353 T DE 803034353T DE 3034353 T DE3034353 T DE 3034353T DE 3034353 A1 DE3034353 A1 DE 3034353A1
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DE
Germany
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carbon atoms
complex
groups
alkylene radical
group
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE803034353T
Other languages
English (en)
Inventor
A Oswald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/011,238 external-priority patent/US4298541A/en
Priority claimed from US06/114,627 external-priority patent/US4302401A/en
Application filed by Exxon Research and Engineering Co filed Critical Exxon Research and Engineering Co
Publication of DE3034353A1 publication Critical patent/DE3034353A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Tetraalkylphosphohium-substituierte Übergangsmetall komplexe
Zusammenfassung
Komplexe mit der Formel
werden beschrieben, worin R ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einer Alkylengruppe und einer Alkylengruppe, deren Kohlenwasserstoffkette durch eine Ethersauerstoff- oder Phenylengruppe unterbrochen ist, wobei die Alkylengruppe 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können, D ausgewählt ist aus P und N, Z~ ein Anion ist, M ein Gruppe VIII-Metall ist, X ein Anion oder ein organischer Ligand ist, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls abgesättigt werden, b mal g 1 bis 6 ist, η 2 bis 6 ist und s 1 bis 3 ist. Außerdem werden Verfahren zur Verwendung solcher Komplexe beschrieben.
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Exxon Research and
Engineering Company
P.O. Box 390
Florham Park, N.J./V.St.A,
DR J D FWl(I. ν,ϊ., Ul XKUIl DR ULRICH OWAi ί.TOLUl MG DIPL ING JUl-ίίιΙΝ SOCHANl KC DIPL ING AHNULP HLlBER DR ALLARD von KAMEKE DR KARL HEINZ SCHULMEYER
Aktenzeichen:
PCT/US80/00215
International Publication No. WO 80/01692 (21.8.1980)
(Prio: (12. Febr. 1979, 23. Jan. 1980 und
29. Mai 1979; US 11 238, US 114 627 u. US 43 548) - 17095 -
Oktober 1980
Tetraalkylphosphonium-substituierte Übergangsmetallkomplexe
Die Erfindung betrifft Übergangsmetallkomplexe und deren Verwendung als Katalysatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Liganden vom Phosphin- oder Amintyp enthaltende Übergangsmetallkatalysatoren und deren Verwendung in katalytisehen Reaktionen wie Hydroformylierungs- und kombinierten Hydroformylierungs/Aldolisierungs-Reaktionen.
Übergangsmetallkomplexe sowohl von Triphenylphosphin als auch Trialkylphosphinen sind in großem Umfang als Katalysatoren für die Hydroformylierung, die Hydrierung usw. untersucht worden. Hinsichtlich ihrer Anwendung in Reaktionen von Kohlenmonoxid, insbesondere Carbonylie-
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rungen sei auf die Monographie von Jürgen Falbe "Carbon Monoxide in Organic Synthesis", Springer Verlag, New York, 1970, verwiesen. Auf dem Gebiet der rhodiumkatalysierten Hydroformy1ierungen von o£-01efinen sind homogene Katalysatorsysteme und die Verwendung von Triarylphosphin und anderen trivalenten Phosphorverbindungen in Komplexen mit Rhodium und überschüssigem Phosphinliganden beschrieben worden von R.L. Pruett und J.A. Smith in US-PS 3 527 809.
Bestimmte Übergangsmetallkomplexe, die Phosphine kovalent verankert auf polymeren Substraten enthalten, sind ebenfalls als heterogene Katalysatoren beschrieben worden. Derartige polymerverankerte Komplexe sind von CC. Leznoff in Chemical Society Review, 1974, Band 3, Seiten 65-85, beschrieben worden. Die polymerverankerten Rhodiumhydroformylierungskatalysatoren sind ebenfalls detailliert in Journal of Organometallic Chemistry, Band 134, Seiten 85-94 (1977) von W.H. Lang, A.T. Jurewicz, W.O. Haag, D.D. Whitehurst und L.D. Rollmann diskutiert worden. Andere kovalent auf anorganischen Feststoffen wie Siliciumdioxid verankerte Komplexe sind in einer Reihe von US-Patentschriften wie der US-PS 3 726 809 von K.G. Allum, S. McKenzie und R.C. Pitkethly und der US-PS 4 151 114 von A.A. Oswald und L.L. Murreil beschrieben worden.
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In weiteren Patentschriften sind bis-Phosphinverbindungen als Komplexe für Rhodium beschrieben worden. Beispielsweise beschreibt Booth in der US-PS 3 965 192 und der US-PS 3-560-539 Ethylen-bis-(diphenylphosphin) als einen Liganden für Rhodiumkomplexe.
Darüber hinaus sind schichtförmige Tetraalkylphosphoniumtone in der US-PS 3 929 849 und der US-PS 4 053 493 beschrieben. In der letzteren Patentschrift ist Diphenylphosphinodecyl als ein möglicher Substituent für die Phosphoniumtone erwähnt. In diesen Patentschriften findet sich jedoch kein Hinweis auf Übergangsmetallkomplexe von solchen Phosphoniumtonmaterialien.
Erfindungsgemäß sind nun Komplexe der Formel
gefunden worden. Darüber hinaus wurde überraschend gefun den, daß diese Komplexe vorteilhafte Eigenschaften liefern, wenn sie im Zusammenhang mit Hydroformylierungs- und kombinierten Hydroformylierungs/Aldolisierungs-Reaktionen verwendet werden. Es wurde speziell gefunden, daß die Struktur der Komplexe eine Möglichkeit zur Regulierung ihrer Löslichkeit liefert, nämlich durch die Gruppen, die an die Phosphoniumgruppe gebunden sind. Beispielsweise können lösliche quaternäre Phosphoniumkomplexe durch Ionenaustausch des Gegenions des quaternä ren Phosphoniumkations mit einem geeigneten unlöslichen
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Gegenion unlöslich gemacht werden. Diese Löslichkeitseigenschaften verbunden mit den katalytischen Eigenschaften ; der Komplexe erlauben eine vorteilhafte Anwendung der Komplexe in Hydroformylierungs- und anderen katalytischen Reaktionen. Sie sind außerdem von Nutzen für die Übergangsmetallrückgewinnung zur Katalysatorwiederaufarbeitung. '
In der obigen Formel ist R unabhängig ausgewählt aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen. Q ist ein divalenter organischer Rest ausgewählt aus Alkylengruppen und einer Alkylengruppe, deren Kohlenstoffkette durch Ethersauerstoff oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei die Alkylengruppe 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthält. R bedeutet eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können. Z ist ein Anion. M ist ein Gruppe VIII-Metall. X ist ein Anion oder ein organischer Ligand, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls abgesättigt werden, b multipliziert mit g ist 1 bis 6. η ist 2 bis 6. s ist 1 bis 3.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besitzen die erfindungsgemäßen Komplexe die Formeln
[(R PQ) P+R1 -, ,
2 b 4-bZ ]g · (MVs·
[(Ar PQ) P+R1 -.
2 b 4-bZ ]g * (MVs·
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[(Ar2PQ)bP+Rj_bZ"]g . [Rh(CO)H]5 und [Ar2PQP+R1 3Z~I3Rh(CO)H,
worin Ar eine Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet und R, Q, R , b, Z~, g, M, η und s die oben angegebene Bedeutung besitzen. Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Komplexe besitzen die Formel
^mP+R^Z~ ]3Rh (CO)H
worin Ph eine Phenylgruppe bedeutet, m eine ganze Zahl von 1 bis 30 ist und R und Z die oben angegebene Bedeutung besitzen.
Die Eigenschaften, durch die sich die erfindungsgemäßen Phosphin-Phosphonium- und Amin-Phosphonium-Übergangsmetallkomplexe von der großen Vielfalt der bekannten Übergangsmetallkatalysatoren unterscheiden, beruhen auf dem Vorhandensein von quaternären Tetraalkylphosphoniumkationen , vorzugsweise Phosphoniumkationen, die über eine Alkylenbrücke kovalent an den Phosphor des Phosphinliganden oder den Stickstoff des Aminliganden gebunden sind. Diese Bindung ist sehr stabil und verleiht dem Phosphin- oder Aminliganden und seinem Übergangsmetallkomplex eine permanente positive Ladung. Die gesamte Gruppe ist natürlich durch das entsprechende mono- oder polyvalente Anion Z elektrisch neutralisiert. Dieses Anion kann entweder eine hydratisierte hydrophile, hauptsächlich wassserlösliche Spezies, eine lipophile, in
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verschiedenen organischen Lösungsmitteln lösliche Spezies, ein multivalentes vernetztes organisches Anion oder ein anorganisches Mineralanion sein. Der Typ des Anions in den erfindungsgemäßen Komplexen kann leicht nach bekannten Ionenaustauschverfahren und Verfahren der Säure/Base-Chemie ausgetauscht werden.
Unter Ausnutzung der Vorteile von Ionenaustauschreaktionen können die erfindungsgemäßen Komplexe leicht löslich oder unlöslich gemacht werden. Der Phosphonium-"Griff" liefert also ein einzigartiges, reversibles Mittel zur Herstellung von löslichen homogenen oder unlöslichen heterogenen Übergangsmetallkatalysatoren und zur Rückgewinnung solcher Katalysatoren.
Die R-Substituenten an der Phosphin- oder Amingruppe der erfindungsgemäßen Komplexe sind so ausgewählt, um die gewünschte Katalysatoraktivität und -Selektivität des Übergangsmetallkomplexes zu liefern. Für einige Übergangsmetallkomplexkatalysatoren sind Trialkylphosphinliganden bevorzugt, das heißt beide R-Gruppen sind Alkylgruppen, vorzugsweise C..-C_-Alkylgruppen. Bei anderen Verfahren ist ein variierender Grad an aromatischem Charakter erwünscht. In einem anderer· bevorzugten Fall sind beide R-Gruppen Arylgrtippen und vorzugsweise solqhe Arylgruppen, die 6 bis 10 Kuhlenstoffatome in der aromati-
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sehen Grundstruktur enthalten, insbesondere Phenylgruppen Im Falle der erfindungsgemäßen Aminphosphoniumkomplexe sind die R-Gruppen vorzugsweise Alkylgruppen und insbesondere Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
Die R -Alkylgruppen an der Phosphoniumgruppe der erfindungsgemäßen Komplexe sind so ausgewählt, um einen Teil der gewünschten Lö'slichkeitseigenschaften und der Ionenpaarbildungseigenschaften der erfindungsgemäßen Komplexe zu liefern. Für eine erhöhte Löslichkeit sind niedere Alkyl- und/oder verzweigte Alkylgruppen erwünscht. Im allgemeinen liefern niedere Alkylgruppen einen stärker polaren, das heißt einen hydrophilen Charakter. Eine zunehmende Kohlenstoffzahl der Alkylgruppen verringert die Polarität und verstärkt so den lipophilen Charakter des Komplexes. Verzweigte, voluminöse Alkylgruppen führen zu einer größeren Ionentrennung, das heißt zu loseren Ionenpaaren.
Der organische Q-Rest liefert die Brücke vom Phosphin oder Amin zu den Phosphoniumphosphoratomen. Deshalb sind die Erwägungen bei der Auswahl von Q eine Summe von denen bei der Auswahl von R und R . Um entgegengesetzte Effekte zu vermeiden, ist die organische Q-Brücke vorzugsweise lang. Eine lange flexible Alkylenbrücke wie eine Polymethylenkette ist für eine wirksamere Katalyse bevorzugt.
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Die R-, R - und Q-Gruppen können auch mit verschiedenen Substituentengruppen substituiert sein. Wie bei den R-, R - und Q-Gruppen selbst werden diese Substituenten unter den oben genannten speziellen Gesichtspunkten ausgewählt. Im allgemeinen sind diese Substituenten an den R-, R - und Q-Gruppen und in diesem Zusammenhang alle Substituenten in den erfindungsgemäßen Komplexen solche, die gegenüber den bei der gewünschten katalysierten Reaktion zum Beispiel einer Hydroformylierungs- oder Hydrierungsreaktion verwendeten Reaktanten und den dabei gebildeten Produkten chemisch nicht reaktiv sind. Die gleichen beispielshaften Substituenten können für jeder der R-, R - und/oder Q-Gruppen verwendet werden. Im allgemeinen besitzen die organischen Substituentengruppen 1 bis 30 und vorzugsweise 1 bis 12 Kohlenstoffatome. Andere geeignete Substituenten sind unter anderem Hydrocarbyloxygruppen wie Alkoxy- oder Phenoxygruppen, Acylgruppen, Acyloxygruppen wie Carbohydrocarbyloxygruppen, nicht reaktive Halogene wie aromatisches Chlor, aliphatisches Fluor und Hydroxygruppen.
Die Terminologie "Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen", wie sie in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt aromatische Gruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen in der aromatischen Grundstruktur,
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die aber auch mit beliebigen chemisch nicht reaktiven Substituenten wie oben diskutiert substituiert sein können. Die aromatischen Gruppen können auch heterocyclische aromatische Gruppen wie Pyrryl- und Furylgruppen sein. Beispiele für geeignete aromatische Gruppen sind Phenyl-, Fluoropheny1-, Difluorophenyl-, Chlorophenyl-, Tolyl-, Xylyl-, Benzoyloxyphenyl-, Carboethoxypheny1-, Acetylphenyl-, Ethoxyphenyl-, Phenoxyphenyl-, Biphenyl-, Naphthyl-, Hydroxyphenyl-, Carboxyphenyl-, Trifluoromethylphenyl-, Tetrahydronaphthyl-, Methoxyethylphenyl-, Acetamidophenyl- und Dimethylcarbamylphenylgruppen.
Die Terminologie "Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen", wie sie in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Definition der R- und R -Gruppen verwendet wird, umfaßt Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen in der Alkylgrundstruktur, die geradkettig, verzweigtkettig oder cyclisch und mit jedem der oben erwähnten chemisch nicht reaktiven Substituenten substituiert sein können. Die Alkylgruppen sind vorzugsweise primäre oder sekundäre Alkylgruppen und insbesondere primäre Alkylgruppen. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Alkylgruppen 2 bis 22 Kohlenstoffatome und insbesondere 6 bis 14 Kohlenstoffatome. Beispielhafte Alkylgruppen sind unter anderem Methyl-, Ethyl-, Propyl-, n-Butyl-, iso-Butyl-, t-Butyl-, n-Hexyl-, Docosyl-, Triacontyl-,
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Fluoropropyl- , Perf luor-oethyl-, Isopropyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Methoxyethoxyethyl-, Acetylethyl-, tris-Hydroxy substituierte t-Butyltriphenylmethyl-, Hydroxypropyl- und Phenoxyethylgruppen.
Die Phosphinphosphoratome und Aminstickstoffatome sind in den erfindungsgemäßen Verbindungen mit dem Phosphoniumphosphoratom über einen divalenten organischen Rest Q verbunden, der ausgewählt ist aus einer Alkylengruppe und einer Alkylengruppe, deren Kohlenstoffkette durch einen Ethersauerstoff oder eine Phenylgruppe unterbrochen ist, wobei die Alkylengruppe 1 bis 30 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 2 bis 22 Kohlenstoffatome und insbesondere 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält. Die Terminologie "Alkylengruppe", wie sie in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt eine Alkylengruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen in der Alkylengrundstruktur, die mit jedem der oben erwähnten chemisch nicht reaktiven Substituenten substituiert sein kann. Q ist vorzugsweise ein Polyrnethylenrest oder ein Polymethylenrest. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist Q ein Polymethylenrest, dessen Kohlenstoffkette durch einen Ethersauerstoff oder eine Phenylengruppe unterbrochen ist. Beispielhafte Q-Gruppen sind unter anderem Ethylen-, Butylen-, Docosamethylen-, Tricontamethylen-, Phenyl-bis-(ethyl)-, Ethylenbis-(oxyethyl)-, Ethylen-bis-oligo-(oxyethyl)-, Oxyethyl-
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- Al-
propyl-, Oxyethylperfluoroethyl- und Oxyethylhydroxypropylgruppen.
Z~ bedeutet in den obigen Formeln das Gegenion zu dem Phosphoniumkation in den erfindungsgemäßen Komplexen. Das Gegenion ist vorzugsweise ein nicht-koordinierendes Anion. Beispiele für solche geeigneten Gegenionen sind mono- und polyvalente Anionen einschl ie-ßlich Halogenide, Hydroxide, Ton, Aluminosi1ikate, Sulfate, Sulfonate, Silikate, Phosphate, Phosphonate, Phosphite, Tetraphenylboride, Fluorophosphate, Carboxylate wie Acetat, Phenoxide und Alkoxide. Wenn die Valenz dieser Anionen 1 bis 4 ist, hat das Anion keinen größeren Effekt auf die Löslichkeit des Komplexes. Polyanionen mit höherer Wertigkeit führen jedoch zu unlöslichen Komplexen. Selbstverständlich vervielfacht sich die Zahl der Phosphoniumkationen und Phosphinkomplexe im Fall von polyvalenten Z~-Anionen entsprechend. Geeignete Beispiele für lösliche Anionen sind unter anderem Methansulfonat, Benzolsulfonat, Ethanphosphonat, Tolylphosphonat, Hexafluorophosphat, Acetat, Benzoat, Stearat, Benzoldisulfonat und Ethylendiamintetraacetat.
Eine bevorzugte Z Gruppe umfaßt Polyanionen, die von geladenen, vernetzten Polymeren zum Beispiel sogenannten
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Ionenaustauschharzen abgeleitet werden können. Diese polyanionischen Z -Gruppen sind entweder gelförmig oder makroporös. Typische Harze sind Copolymere von Styrol und geringeren Mengen an Divinylbenzol mit Sulfonat- oder Phosphonatgruppen gebunden an einige der Benzolringe Andere stark saure Harze werden durch Sulfonierung von Perfluoroethylen erhalten. Schwach saure Harze mit Carbon säuregruppen werden beispielsweise durch Copolymerisation von Methacrylsäure und Divinylbenzol hergestellt.
Eine weitere Klasse von Polyanionen sind ihrer Art nach anorganisch und gewöhnlich von Mineralen abgeleitet. Tatsächlich sind die meisten Minerale negativ geladen. Bestimmte Aluminosilikate, insbesondere Tone und Zeolithe sind bevorzugt. Diese Tone und Zeolithe usw. können auch synthetisch sein. Ein bevorzugter Tontyp besitzt eine Schichtstruktur. Derartige Materialien werden weiter unten beschrieben.
X bedeutet in den obigen Formeln ein Anion oder einen organischen Liganden, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls M abgesättigt werden. Geeignete X-Gruppen sind unter anderem H , Alkyl"-, Aryl -, substituierte Aryl"-, CF3"-, C3F5"-, CN~-, N3"-, COR~- (worin R ein Alkyl- oder Arylrest ist), Acetat-, Acetylacetonat-,
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SO4 2 -, ρΡ6~-. NO2"-, .HO3""-, O2"-, CO3O -, CH2=CHCH2 -, CO-, CgH5CN-, CH3CN-, NO-, NH3-, Pyridin-, (C4Hg)3P-, (C0H ) N-, Chelat bildende Olefin-, Diolefin- und Triolefin-, Tetrahydrofuran- und Triphenylphosphingruppen. Bevorzugte organische Liganden sind solche, die leicht ersetzbar bzw. verdrängbar sind wie Carbonyl-, Olefin-, Tetrahydrofuran- und Acetonitrilliganden. Die am meisten bevorzugten X-Liganden sind CO und H.
Das Übergangsmetall M kann jedes Gruppe VIII-Metall sein. Zu den geeigneten Metallen gehören Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, Ir und Os. Bevorzugte Gruppe Vlll-Übergangsmetalle sind Rh, Co, Ir und Ru, insbesondere Rh und Co und am meisten bevorzugt Rh.
In den erfindungsgemäßen Komplexen sind einige der koordinativ an das Übergangsmetall gebundenen organischen Liganden die Tetraalkylphosphonium-substituierten t-Phosphine. In Abhängigkeit von den Typen dieser quaternären substituierten Phosphoniumphosphine werden verschiedene Typen von Komplexen gebildet:
+Rg Z"]g(MXn)s; g = 1-6
[(R2PQ)3P+H1 Z-VnV
P+ z~]g<MX n>s·. 4g = 1-6
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Unter den Tetraalkylpho-sphoniumphosphin-Übergangsmetal 1-komplexen, vorzugsweise von Rhodium, sind die bevorzugten Unterklassen die folgenden:
t (R
(R2PQP+Ri Z->
t (R2PQ)2P V2-
[(R2PQ)3P+R1Z-]Rh(CO)H
worin R, R , Q, b, Z und g die oben angegebene Bedeutung besitzen. In diesen Komplexen bedeutet R vorzugsweise eine Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere eine Phenylgruppe. s ist vorzugsweise 1 bis 3 und g ist 1 bis 3. Jedes Rhodium ist vorzugsweise komplexiert mit 2 oder 3 Phosphinphosphoratomen, insbesondere mit 3 Phosphingruppen.
Einige besondere bevorzugte Phosphinrhodiumkomplexe besitzen über eine Polymethylenbrückengruppe gebundene Phosphoniumsubstituenten entsprechend der Formel
worin m eine ganze Zahl von 2 bis 22, vorzugsweise 3 bis 22 und insbesondere 6 bis 14 ist und die übrigen Symbole die zuvor angegebene Bedeutung besitzen. Zu den bevorzugten Beispielen solcher Zusammensetzungen gehören die folgenden:
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-A6
[Ph2PCH2CH2P+(C8H1
PhSO
)·Rh(CO)H IPh PCH CH2CH2P+[CH2CH(CH3)23 Ph4B-I3Rh(CO)H
CH CO"
Rh(CO)H
(C6H13)2PCH2CH2CH2P+(C6H13)3
und
3p+c2h5
worin Ph eine Phenylgruppe bedeutet.
Beispiele für andere bevorzugte Übergangsmetallkomplexe sind . .
([Ph2P(CH2)χ^P
]Ph^B") Ru(CO)H und
[(C^H0)PCH0CH0CH-P+(C-H1,), PF_)_Ir(CO)H, AS Zu. J. oX33 o3 '
wobei Ph wiederum eine Phenylgruppe bedeutet.
Wenngleich die obigen subgenerischen Formeln'alle Phosphin-1igandgruppen enthalten, sei darauf hingewiesen, daß in diesen Liganden P durch N ersetzt sein kann. Die bevorzugten Aminliganden besitzen Trialkylamingruppen, das heißt in R?N bedeutet R eine C1-C-f.-Alkylgruppe. Bevorzugte generische Formeln sind die folgenden: [R0NQP+R^ Z~] (MX ) ; g = 1-6 [(R2NQ)bP+R4-_bZ"]gM(C0)H; b χ g = 1-6
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Eine bevorzugte Klasse-yon Komplexen gemäß der Erfindung sind solche, die als Phosphoniumgegenion ein negativ geladenes, unlösliches Polymer wie einen Ionenaustauschharz oder ein unlösliches anorganisches Oxid wie Aluminosilikat, z.B. Ton, enthalten. Eine bevorzugte Klasse dieser Komplexe sind die Rhodiumkomplexe von Ton mit der Formel [r PQP+R Ton~]RhX , worin R, R , Q, X und η die zuvor angegebene Bedeutung besitzen. In dieser Formel hängen das Ton/Phosphin- und das Ton/Rhodium-Verhältnis von der Ionenaustauschkapazitat des Tons gegenüber den verwendeten Reagenzien ab.
Die Ton -Gruppen der erfindungsgemäßen Phosphoniumzusammensetzungen umfassen modifizierte Tongruppen, die am besten anhand der schichtförmigen natürlichen und synthetischen Metall- und Ammoniumaluminosilikate, von denen sie sich ableiten, definiert werden können. Natürliche Tonausgangsmaterialien können auch verwendet werden, einschließlich feinkörniger Metallaluminosilikate, die Plastizität entwickeln, wenn sie mit begrenzten Mengen Wasser gemischt werden. Hinsichtlich einer detaillierteren Definition und Klassifizierung von Tonen sei auf die Monographie mit dem Titel "Clay Mineralogy" von R.E. Grim, McGraw-Hill, Inc., New York, 1968, insbesondere Kapitel 1 bis 3 auf den Seiten 1 bis 50 verwiesen. Ähnliche synthetische
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Tonderivate sind ebenfalls umfaßt. Bevorzugte synthetische tonartige Minerale sind in der US-PS 3 671 190 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
Im allgemeinen sind Natriumaluminosilikattone bevorzugt für die Herstellung der erfindungsgemäßen Phosphoniumtone und -komplexe. Die bevorzugten Tone besitzen hohe Kationenaustauschkapazitaten und sind kristallin. Zu den bevorzugten Tonen gehören solche mit kristallinen schichtartigen Strukturen. Beispielsweise können die Natriummontmorillonittone vom Dreischichttyp vorteilhaft verwendet werden. Synthetische Montmorillonite, z.B. Laponite, sind ebenfalls geeignet. Ein anderer geeigneter Ton ist der Attapulgit vom Kettenstrukturtyp. Tone vom Zweischichtentyp wie Kaolinite können auch verwendet werden. Zeolithe, das heißt Metall- oder Ammoniumaluminosilikate mit einer Tunnel-Höhlenstruktur sind nicht von der Bezeichnung "Ton", wie sie hier verwendet wird, umfaßt.
Weitere Beispiele für Tone sind Halloysit, Fetton, Illit, Vermiculit, Chlorit, Sepiolith, Polygorskit, Saponit, Montronit, Muscovit, Beidellit, Biotit, Glimmer, Talkum, Batavit, Allevardit, Stevensit und Amesit.
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Die Verfahren zur Herstellung der Tonsalze und deren Rhodiumkomplexe sind in der US-PS 4 136 103 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
Die Tetraalkylphosphoniumphosphin- und Aminliganden der erfindungsgemäßen Komplexe werden vorzugsweise aus ungesättigten tertiären Phosphinen, ungesättigten Phosphoniumsalzen und Bis- oder Polyphosphinen hergestellt. Die Synthese und die physikalischen Eigenschaften dieser Zwischenprodukte sind allgemein in einer Serie von Monographien mit dem Titel "Organo-phosphorus Compounds" von G.M. Kosolapoff und L. Maier, insbesondere in Band 1 , Kapitel 1 von L. Maier, veröffentlicht von J. Wiley and Sons, Inc., New York, N.Y. (1972) diskutiert. Im folgenden werden solche Syntheseverfahren diskutiert, die besonders vorteilhaft sind.
Bevorzugte ungesättigte t-Phosphine sind iX-Alkenylphosphine. Sie können mit Phosphinen zu den entsprechenden bis-Phosphinaddukten umgesetzt werden. In einem bevorzugten Fall findet beispielsweise folgende Reaktion mit einem nicht konjugierten oC-, -Q--Dien statt:
R PH
ZR1
R2PH
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worin die verwendeten Symbole die zuvor angegebene Bedeutung besitzen. ZR ist jedoch ein Alkylierungsmittel, vorzugsweise ein Alkylhalogenid oder ein Alkylkohlenwasserstoffsulfonat wie Ethylmethansulfonat oder Propylbenzolsulfonat.
Die Additionsreaktionen des obigen Schemas verlaufen nach einem Radikalmechanismus (freie Radikale) mit chemischer oder Strahlungsinitiierung, vorzugsweise Strahlungsinitiierung. Es wurde gefunden, daß die Selektivität solcher Reaktionen verbessert wird, indem gegenüber der stöchiometrisch erforderlichen Menge an Phosphin ein Überschuß an Phosphinreaktant, vorzugsweise ein Überschuß von 5 bis 100 %, verwendet wird.
Als chemischer Initiator wird vorzugsweise eine labile Azoverbindung wie Azo-bis-i-butyronitril verwendet. Die Menge an Initiator variiert in Abhängigkeit von der Kettenlänge der Reaktion von etwa 0,1 bis 3 %. Die Reaktionstemperatur von chemisch initiierten Additionsreaktionen hängt von der Temperatur ab, die erforderlich ist zur Erzeugung von Radikalen, was üblicherweise im Bereich von 0 bis 50°C der Fall ist.
Für die Strahlungsinitiierung der radikalischen Additionsreaktion sind UV-Licht oder Jf'-Strahlung besonders bevor-
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zugt. Die Strahlungsintensität und -dauer hängen wiederum stark von der Kettenlänge, das heißt vom G-Wert ab. Die bevorzugte Temperatur für die Strahlungsinitiierung liegt zwischen -90 und +900C.
Die Alkylierung der bis-Phosphinzwischenprodukte erfolgt selektiv an der aliphatischeren Phosphingruppe. Eine selektive Quaternisierung erfolgt in der angegebenen Weise, wenn R eine Aryl- und R eine Alkylgruppe sind. Es können jedoch sowohl R als auch R Alkylgruppen sein. Für die Quaternisierung sind äquimolare Alkylierungemittel bevorzugt. Die Reaktion erfolgt einfach durch Erhitzen der Reaktionsmischung auf die geeignete Temperatur. Im Falle von SuIfonatester-Alkylierungsmitteln liegt die bevorzugte Temperatur zwischen 20 und 80 C. Eine ähnliche Folge von Reaktionen kann mit Q£-, .flL-Alkenylethern und Divinylbenzol durchgeführt werden.
Eine andere alternative Substitutionsreaktion zur Herstellung von ungesättigten Phosphinen sind Grignard-Reaktionen von 1-Alkenyl-, vorzugsweise Vinyl- oder Allylmagnesiumhalogeniden mit Halophosphinen, z.B.:
R2PJ + JMg(CH2)kCH=CH2 < R2P(CH2)^H-CH2
worin J Cl, Br oder I und k O bis 28 und vorzugsweise O oder 1 sind und die übrigen Symbole die zuvor angegebene Bedeutung besitzen.
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- U-
Phosphinoalkylhalide können ebenfalls zur Herstellung der ungesättigten Phosphinzwischenprodukte durch Reaktionen mit Phosphiden nach folgender Gleichung hergestellt werden:
R2PMe + J(CH2)kCH=CH2 y VVk^
worin Me Li, K oder Na ist und die anderen Symbole die zuvor angegebene Bedeutung besitzen.
Ungesättigte Amine werden nach ähnlichen Substitutionsreaktionen sowie durch die Reaktion von freien Aminbasen mit Alkylierungsmitteln wie Alkylhaliden synthetisiert.
Ein anderes bevorzugtes Zwischenprodukt ist ein ungesättigtes Tetraalkylphosphoniumsalz, das die gewünschten Phosphoniumphosphinliganden durch Additionsreaktionen liefert, z.B. :
R2PH
worin die Symbole die zuvor angegebene Bedeutung besitzen. Diese Additionen verlaufen nach einem Radikalmechanismus (freie Radikale) in einer zuvor für ungesättigte Phosphinadditionen diskutierten Weise.
Ähnliche Reaktionen können zur Herstellung von phosphoniumsubstituierten Polyphosphinen, z.B. nach der folgenden allgemeinen Gleichung
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hergestellt werden, wobei die Symbole die zuvor angegebene Bedeutung besitzen.
Die Gegenanionen der phosphoniumsubstituierten t-Phosphine, die nach den oben angegebenen Verfahren hergestellt werden, besitzen im allgemeinen eine Ionenladung von 1 bis 4 und sind vorzugsweise einfach geladen. Außerdem sind einige der Gegenionen wie die Chloride für die herzustellenden katalytischen Komplexe unerwünscht. Dementsprechend werden diese Anionen häufig gegen wünschenswertere Anionen entweder vor oder nach der Herstellung der Übergangsmetallkomplexe ausgetauscht. Der Ionenaustausch erfolgt vorzugsweise vor der Komplexbildung mit dem Metall M. Das einzuführende Anion ist im allgemeinen vorzugsweise lipophiler oder unlöslich. Dieses Verfahren kann zusammen mit der Übergangsmetallherstellung verwendet werden. Ein bevorzugtes Ionenaustauschverfahren besteht darin, ein Halogenid mit einem löslichen Metallsalz der Muttersäure des gewünschten Anions, z.B.: R2PQP+R^Cl" + CH3CO2Na J> R2PQP+R3CH3C(T2 + NaCl
umzusetzen, wobei die Symbole die oben angegebene Bedeutung besitzen.
Ein ähnlicher Ionenaustausch erfolgt mit in Wasser dispergierbaren Natriumaluminosilikattonen, z.B.:
R2PQP+R3Cl"* + Ton-Na+ *- R2PQP+R3 Ton" + NaCl
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Das resultierende Phosphoniumtonderivat fällt aus Wasser aus, ist aber in Kohlenwasserstoffen dispergierbar. Solche Austauschreaktionen sind in der US-PS 4 136 103 von A.A. Oswald beschrieben.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Übergangsmetall-' komplexe können Standardverfahren der Organometallchemie verwendet werden, zum Beispiel die in einer umfassenden Darstellung "Advanced Inorganic Chemistry" von F.A. Cotton und G. Wilkinson (Interscience Publishers, New York, 1972) diskutierten und in der Serie "Inorganic Synthesis", insbesondere Band XV (herausgegeben von G.W. Parshall und veröffentlicht durch McGraw-Hill Book Co., New York, 1974) beispielhaft beschriebenen Verfahren.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Synthese der erfindungsgemäßen Komplexe ist die Umsetzung von Übergangsmetallcarbonyl- oder Dienkomplexen oder Übergangsmetallsalzen wie Chloriden, Salzen organischer Säuren (z~^B. Acetate) und Oxiden mit dem gewünschten tetraalkylphosphoniumsubstituierten Phosphinliganden. Insbesondere zur Herstellung von Hydroformylierungskatalysatoren werden CO und/ oder Hp als zusätzliche Reaktanten verwendet. Diese Verfahren umfassen häufig die Substitution eines Liganden des Zwischenprodukts, z.B. die Substitution eines Diolefinliganden in einem Komplex durch den erfindungsgemäßen Phosphoniumphosphinliganden.
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Bei einem besonders bevorzugten Verfahren wird der entsprechende Übergangsmetallkomplex, vorzugsweise Rhodiumkomplex eines Triarylphosphins mit dem erfindungsgemäßen Phosphoniumphosphinliganden umgesetzt. Bei diesem Ligandensubstitutionsverfahren wird als Reaktant vorzugsweise der Triphenylphosphinkomplex eines Übergangsmetallcarbonyl· hydrids verwendet. Am meisten bevorzugt ist die Umsetzung von tris-(Triphenylphosphin)-rhodiumcarbonylhydrid mit einem Überschuß des erfindungsgemäßen Phosphoniumphosphin- oder Phosphoniumaminliganden. Allgemein verläuft die Reaktion wie folgt:
(Ph3P)3Rh(CO)H + [R23 CR2DQP+R3Z-]Rh(CO)H + 3Ph3P
Diese Reaktion kann leicht in Lösung bei Raumtemperaturen
31 durchgeführt werden. Sie kann mit Hilfe der PNMR-Spektroskopie verfolgt werden. Die NMR-Spektroskopie zeigt, daß das einzelne Phosphorsignal der Phosphingruppe im erfindungsgemäßen Komplex eine Veränderung hinsichtlich des Wertes der chemischen Verschiebung zeigt und als Ergebnis des Ionenaustauschs durch das Rhodium in ein Doublet gespalten wird.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Komplexe in situ z.B. unter Hydroformylierungsbedingungen können Ligandenaustauschverfahren verwendet werden. Für diesen Zweck
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sind insbesondere die verschiedenen Rhodiumcarbonyle und geeignete organische Salze von Rhodiumcarbony1 bevorzugt. Beispielsweise kann Acetylacetonato(AcAc)dicarbony1-rhodium mit Wasserstoff und einem Überschuß des Phosphoniumphosphin- oder Phosphoniumaminliganden umgesetzt werden:
Rh+(CO) (AcAc") + 3R_PQP+R*Z~ + H0 ».
(R_PQP+R*Z~) Rh(CO)H + 3(CH, COKCH + CO *- -> ·> 3 2 2
Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Komplexe als Katalysatoren in Reaktionen geeignet sind, bei denen bisher einfache tertiäre Phosphine verwendet worden sind, z.B. in Hydrierungs-, Dimerisierungs-, Polymerisierungs- und Carbonylierungsreaktionen und Kombinationen derselben. Sie sind besonders geeignet in Carbonylierungsreaktionen, insbesondere Hydroformylierungsreaktionen, bei denen ungesättigte organische Verbindungen mit CO oder CO/Wasserstoff-Mischungen umgesetzt werden. Carbonylierungsreaktionen sind allgemein Reaktionen von ungesättigten organischen Verbindungen mit Kohlenmonoxid sowie vorzugsweise einem dritten Reaktanten. Carbonylierungen sind detailliert in einer Monographie von Jürgen Falbe, "Carbon Monoxide in Organic Synthesis", Springer Verlag, New York, 1970, beschrieben. Die Haupttypen der mit den erfindungsgemäßen Komplexen katalysierten Carbonylierungen sind die Roelen-Reaktion (Hydroformylie-
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rung) von Olefinen mit CO und H„ und anschließende Aldo-1isierungsreaktionen, die Reppe-Reaktion (metallcarbonylkatalysierte Carbonylierung) hauptsächlich von Olefinen, Acetylenen, Alkoholen und aktivierten Chloriden allein mit CO oder mit CO und entweder Alkohol oder Amin oder Wasser, und Ringschlußreaktionen von funktional ungesättigten Verbindungen wie ungesättigten Amiden mit CO. Die ungesättigten organischen Reaktanten sind vorzugsweise olefinisch ungesättigte Verbindungen, insbesondere olefinische Kohlenwasserstoffe.
Eine bevorzugte Carbonylierung ist eine verbesserte selektive Hydroformylierung, bei der ein Olefin mit einer Mischung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart eines Übergangsmetallkomplexes umgesetzt wird, der mindestens einen Tetraalkylphosphoniumphosphinliganden enthält, um hauptsächlich einen Aldehyd vorzugsweise durch Carbonylierung am weniger substituierten Vinylkohlenstoff herzustellen.
Bei einem Hydroformylierungsverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Tetraalkylphosphoniumphosphinübergangsmetallkomplexe werden vorteilhafterweiae organische Nicht-Kohlenwasserstofflösungsmittel, vorzugsweise mit schwachem nicht substituierten Ligandencharakter als Lösungsmittel verwendet. Bevorzugte Lösungsmittel mit
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303A353
Ligandencharakter sind Triarylphosphine wie Triphenylphosphin, Triarylstibine und Triarylarsine. Andere bevorzugte organische Lösungsmittel sind Ketone wie Acetophenon und Diphenylketon, Polyethylenglykol und organische Silikonverbindungen wie Diphenyldipropylsilan. Bevorzugtere Ligandenlösungsmittel sind Triarylphosphine.
Im Falle von kontinuierlichen Hydroformylierungen von Co-C_-01efinen, insbesondere Ethylen, bei denen die
flüchtigen primären Aldehydreaktionsprodukte kontinuierlich entfernt werden, werden die nicht flüchtigen sekundären Kondensationsprodukte die Hauptlösungsmittel. Der inerte, nicht flüchtige oxygenierte organische Charakter, vorzugsweise der Carbonsäureester- und Alkoholcharakter dieser Lösungsmittel machen sie besonders vorteilhaft. Sie werden zusätzlich verbessert durch die Gegenwart eines Phosphins vom Ligandentyp wie dem erfindungsgemäßen Phosphinphosphoniumliganden.
Die Hydroformylierung von Olefinen kann erfindungsgemäß auch in einer Weise durchgeführt werden, bei der sie mit einer Aldolkondensationsreaktion durch Verwendung eines Aldolkondensationskatalysators in der Reaktionsmischung kombiniert wird. Im Fall von Buten-1 können beispielsweise die folgenden Umwandlungen in einem kombinierten Verfahren durchgeführt werden:
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CH_CH_CH=CH + CO + Η_ >■ CH_CH_CH_CH_CHO
Aldolkatalysator
H2
32^HOf-^-CH3C CH2 )3CH=C CHO
C3H7 C3H7
Um eine solche Umwandlung zu einem ungesättigten oder gesättigten Aldolaldehyd zu realisieren, enthalten die erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme einen Aldolkondensationskatalysator-wie KOH, NaOH oder Alkylamine. Andere bekannte geeignete Aldolisierungskatalysatoren sind in Band 16, Kapitel 1 der Monographie "Organic Reactions" herausgegeben von A.C. Cope et al, veröffentlicht von J. Wiley and Sons, Inc., New York, New York, 1968, beschrieben .
Die durch die erfindungsgemäßen Komplexe katalysierten Carbonylierungsverfahren können unter den üblichen Reaktionsbedingungen wie in der zuvor genannten Monographie von Falbe beschrieben durchgeführt werden. Die Reaktion und insbesondere die Hydroformylierung von olefinischen Verbindungen, vorzugsweise Olefinen mit 2 bis 40 Kohlenstoffatomen, insbesondere olefinische Kohlenwasserstoffe wie Mono-, Di- und Triolefine wird jedoch vorteilhafterweise innerhalb einer bestimmten Kombination von speziellen Bedingungen unter Verwendung von tris-(DiarylphosphinotetraalkyIphosρhonium)-rhodiumcarbonylhydridkomplexen gemäß der Erfindung durchgeführt, wie weiter unten ausführlicher erläutert.
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Die olefinischen Reakta/iten bei der Hydroformylierung können endständig oder innenständig ungesättigt sein und/oder eine offenkettige oder cyclische Struktur besitzen. Die innenständigen Olefine müssen mindestens einen, vorzugsweise zwei Wasserstoffe an den vinylischen Kohlenstoffen besitzen. Endständige olefinische Reaktanten, insbesondere c£-Olefine sind bevorzugt. Zu den am meisten bevorzugten Olefinreaktanten gehören C„-C_-Olefine, das heißt Propylen, Buten-1 und Penten-1 sowie Ethylen.
Beispielhafte Diolefinreaktanten sind Divinylcyclohexan und 1,7-Octadien. Di- und Polyolefinreaktanten sind vorzugsweise nicht konjugiert.
Substituierte olefinische Reaktanten können ebenfalls verwendet werden, solange der Substituent keinen störenden Einfluß auf das Katalysatorsystem hat und unter den Reaktionsbedingungen stabil ist. Beispielhafte substituierte Olefine sind Allylalkohol, Methyloleat, 3-Butenylacetat, Diallylether, Allylchlorobenzol.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird natürlich eine katalytische Menge des Rhodiumkomplexes verwendet. Die bevorzugte Konzentration der erfindungsgemäßen Rhodiumkomplexkatalysatoren liegt im Bereich von 1 χ 10 bis
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1 χ 10 Μο1 Metall je Olefinreaktant. Bevorzugtere
— 5 -1
Konzentrationen liegen im Bereich von 1 χ 10 bis 1 χ 10
-4 und am meisten bevorzugt ist der Bereich von 1 χ 10
—2
bis 1 χ 10 . Dementsprechend liegt die bevorzugte Rhodiumkonzentration normalerweise im Bereich von 10 bis 1000 ppm. Die bevorzugten Katalysatorkonzentrationen werden jedoch direkt durch die Konzentration an vorhandenem freien : Liganden, insbesondere dem Überschuß des erfindungsgemäßen Phosphinphosphoniumliganden beeinflußt. Je höher die Ligandenkonzentrat ion, desto höher ist das für eine bestimmte Reaktionsgeschwindigkeit erforderliche Metallniveau .
Trotz der ungünstigen Wirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeiten wird bei erfindungsgemäßen Hydroformylierungsprozessen ein Überschuß des Liganden verwendet. Dies geschieht hauptsächlich deshalb, weil eine höhere Konzentration an freiem Liganden zu größerer Katalysatorselektivität und -Stabilität führt. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, daß der überschüssige Ligand die Struktur der reaktiven Katalysatorspezies beeinflußt und damit diese gewünschten Effekte liefert. Im Falle von Q£-01efinen führt die Verwendung von überschüssigem Liganden zu einem höheren Verhältnis von linearen Isomeren zu iso-Isomeren der Aldehydprodukte. Im Fall der Buten-1-Hydroformylierung liefert eine höhere
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Ligandenkonzentration beispielsweise ein höheres Verhältnis von n-Valeraldehyd zu 1-Methylbutyraldehyd:
CH3CH2CH=CH + CO + H2-*- CH3CH2CH2CH2CHO + CH3CH2CHCHO
Das bevorzugte Mol verhältnis von überschüssigem Liganden
zu Rhodiummetallkomplex variiert von 0,1 bis 500. Molverhältnisse im Bereich von 5 bis 300 werden mehr bevorzugt. Im allgemeinen sind höhere Molverhältnisse mehr für
eine maximale Selektivität als für eine maximale Stabilisierung erforderlich. Höhere Verhältnisse werden auch
angewandt, wenn das gewünschte Verfahren mehr ein kontinuierliches als ein satzweises Verfahren ist.
Die Selektivität des erfindungsgemäßen Rhodiumkomplex-Hydrierungskatalysators hängt auch vom Mol verhältnis
der gasförmigen H- und CO-Reaktanten ab. Dieses H /CO-Verhältnis soll vorzugsweise größer als 1 sein und insbesondere im Bereich von 200 bis 4 liegen.
Die bevorzugten Verfahrensbedingungen von Hydroformylierungen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators, insbesondere der Rhodiumkatalysatoren, sind unerwartet
mild. Die bevorzugten Drucke sind mäßig und liegen zwi-
2
sehen 0,07 bis 703 kg/cm , vorzugsweise zwischen etwa
2
0,07 und 70,3 kg/cm und insbesondere zwischen etwa
2
1,76 bis 35,2 kg/cm . Die Reaktionstemperaturen sind,
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soweit die Hydroformylierungen betroffen sind, überraschend niedrig. Sie-liegen im Bereich von 80 bis 200 C. Bevorzugte Temperaturen liegen zwischen 100 und 175 C. Der breite Verfahrenstemperaturbereich ist besonders unerwartet. Während hohe Hydroformylierungsgeschwindigkeiten bei zum Beispiel 100°C realisiert werden können, können Hydroformylierungen auch bei 145 C durchgeführt werden, ohne daß ein katastrophaler Verlust an n/iso-Selektivität oder Katalysatoraktivität durch Zersetzung auftritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder in einer homogenen Flüssigkeit oder mit einem heterogenen Feststoff plus Flüssigkeit und/oder Gas durchgeführt werden. Die Katalysatoren können als solche oder gelöst in einer Flüssigkeit oder aufgebracht auf einen Feststoff wie Ton, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Ionenaustauschharz verwendet werden.
Insbesondere bei kontinuierlicher Verfahrensführung werden die erfindungsgemäßen Carbonylierungen, insbesondere die Hydroformylierung von endständigen Olefinen vorteilhafterweise bei niedriger Olefinumwandlung, vorzugsweise bei einer 20 bis 60 %igen Olefinumwandlung durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die niedrige Olefinumwandlung gekoppelt mit einem hohen
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Ligand/Rhodium-Verhältnis, was zu einem besonders hohen Verhältnis von linearen zu verzweigten Produkten, im allgemeinen höherer Selektivität und verbesserte Katalysatorstabilität, das heißt Katalysatorlebensdauer führt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung illustrieren aber nicht beschränken.
Beispiel 1 Addition von Diphenylphosphin an 1,13-Tetradecadien
Ph PH CH2=CH(CH2) 10CH=CH ^-> Ph3P (CH£) ^ H=CH3
Eine magnetisch gerührte Lösung einer äquimolaren Mischung aus 93 g (0,5 Mol) Diphenylphosphin und 97 g (0,5 Mol) 1,13-Tetradecadien wurde in einem geschlossenen zylindrischen Quarzrohr aus einem Abstand von etwa 3 cm mit zwei 75 Watt Hanau-Röhrenimmersionslampen mit einem weiten Spektrum ultravioletter Strahlung 28 Stunden in einem 15°C Wasserbad bestrahlt. Eine anschließende NMR-Analyse zeigte ein teilweises Verschwinden der Doppelbindung aufgrund der Diphenylphosphinaddition. Die resultierende Reaktionsmischung wurde einer fraktionierten Destillation unterworfen, um nicht umgesetztes Tetradecadien und Diphenylphosphin zurückzugewinnen und 70 g (35 %) 13-Tetradecenyldiphenylphosphinmonoaddukt als ein klares farbloses flüssiges Destillat mit einem Siede-
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punkt von 185-190 C bei'O,05 mm zu erhalten. Die endständige olefinische Ungesättigtheit wurde deutlich angezeigt durch das NMR-Muster der vinylischen Teile des Destillatprodukts. Analyse berechnet für C25H37P: C 82,06; H 9,80; P 8,14; gefunden: C 82,02; H 9,60; P 8,32.
Beispiel 2
Addition von di-i-Butylphosphin an 13-Tetradecenyldiphenylphosphin
Ph2P (CH2 )12CH=CH2 + f (CH3)2CHCH232PH
h Ph2P(CH2) 14P[CH2CH C CH3J2U2
Eine Mischung von 19,3 g (0,132 Mol) di-i-Butylphosphin und 45,6 g (0,12 Mol) 13-Tetradecenyldiphenylphosphin aus Beispiel 1 wurde unter UV-Bestrahlung wie in Beispiel 1 beschrieben umgesetzt. Nach 48-stündiger Bestrahlung bei 15°C erfolgte gemäß NMR-Analyse eine 40 %ige Umsetzung. Aufgrund einer erhöhten Viskosität und Trübung der Reaktionsmischung nach einer Gesamtbestrahlungszeit von 114 Stunden bei 15°C wurde die Reaktionstemperatur an diesem Punkt auf 63 C erhöht, um eine klare homogene Flüssigkeit zu erhalten. Die Bestrahlung wurde dann bei 63°C weitere 24 Stunden fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Endumwandlung des olefinischen Reaktanten etwa 80 %.
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Die Reaktionsmischung wurde im Vakuum einer fraktionierten Destillation unterworfen, um 40 g (63 %) 14-di-i-Butylphosphino-tetradecyldiphenylphosphin als eine klare gelbe Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 255-2600C/ 0,1 mm zu erhalten.
Analyse: berechnet für C 34 H 56 P2: c 77»52ί H 1°t72; P 11,76; gefunden: C 77,79; H 10,61; P 10,94.
Beispiel 3
Selektive Quaternisierung von 14-di-i-Butylphosphinotetradecyldiphenylphosphin mit Methyl-n-Dodecylbenzolsulfonat
Ph2P(CH2)14 +P[CH2CH(CH3)232 + n-Cj ,,H25-^)-SO ^ Ph2P (CH2) 14P+(CH3)[CH2CH(CH3)2]2 n-
Zu 15,8 g (0,03 Mol) magnetisch gerührtem 14-di-i-Butyl phosphino-tetradecyldiphenylphosphin aus Beispiel 2 wurden 10,2 g (0,03 Mol) Methyl-n-dodecylbenzolsulfonat ester gegeben, um eine homogene flüssige Mischung zu erhalten. Die Herstellung des SuIfonatreaktanten ist in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Serial No. 935 610 von A.A. Oswald und E.J. Mozeleski beschrieben, die am 21. August 1978 eingereicht worden ist. Eine leichte Temperaturerhöhung (2°C) in der Mischung zeigte eine Reaktion an. Um die gewünschte Quaternisierung zu vervollständigen, wurde die Reaktionsmischung auf
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80°C erwärmt und zwei Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Das resultierende Produkt war bei Zimmertemperatur eine hochviskose farblose Flüssigkeit. Die NMR-Analyse zeigte, daß eine selektive Quaternisierung an der aliphatischen Phosphingruppe erfolgt war, das heißt es wurde 14-Diphenylphosphino-tetradecyl-di-i-butylmethylphosphonium-n-dodecylbenzolsulfonat gebildet.
Analyse: berechnet für C^0H00O0P0S: C 73,40; H 10,23; P 7,14; S 3,70; gefunden: 73,53; H 10,19; P 6,99; S 3,58.
Beispiel 4 Addition von Diethylphosphin an 1,13-Tetradecadien
CH2=CH ( CH2 )10CH=CH2 = V <C 2 H 5 )2P(CH2) 12CH=CH2
+ CC2H5)2P(CH2)14P(C2HS)2
Eine äquimolare Mischung von 27 g (0,3 Mol) Diethylphosphin und 60 g (0,3 Mol) 1,13-Tetradecadien wurde unter UV-Initiierung bei 15°C 69 Stunden lang in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise zur Reaktion gebracht. Die resultierende Mischung wurde dann im Vakuum einer fraktionierten Destillation unterworfen. Das Monoaddukt, 14-Diethylphosphino-tetradecen, wurde bei 0,15 mm bei 126-128°C abdestilliert. Die erhaltenen 36 g klare,
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farblose Flüssigkeit entsprachen etwa 41 % der berechneten Ausbeute. Das Diaddukt, bis-(1,14-Diethylphosphino)-tetradecan war eine höher siedende Fraktion mit einem Siedebereich von 177-1800C bei 0,15 mm. Es war ebenfalls eine klare, farblose Flüssigkeit. Seine Ausbeute, 20 g, betrug etwa 35 % der Theorie. Die angenommenen Strukturen ' sowohl des Mono- als auch des Diaddukts wurden durch die entsprechenden NMR-Spektren bestätigt.
Analyse: berechnet für das Monoaddukt, C.OH__P: C 76,00; H 13,11; P 10,89; gefunden: C 76,07; H 12,58; P 10,78.
— Berechnet für das Diaddukt, C 22H48P2: C 70»54ϊ Η 12»92ί P 16,54; gefunden: C 71,55; H 12,51; P 15,12.
Beispiel 5
Addition von Diphenylphosphin an 14-Diethylphosphinotetradecen-1
Ph2PH + CH2=CH(CH2) 12P( C2H5 )
Eine Mischung von 20,5 g (0,11 Mol) Diphenylphosphin und 25,6 g (0,09 Mol) 14-Diethylphosphino-tetradecen-1 aus Beispiel 4 wurde bei 15°C 48 Stunden lang in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise zur Reaktion gebracht Eine anschließende Destillation der Reaktionsmischung ergab die nicht umgesetzten Reaktanten und 24 g (57 %) des Addukte, 14-Diethylphosphino-tetradecyldiphenylphos
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phin, als eine farblose Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 236-237°C bei 0,05 mm.
Analyse: berechnet für c 30 H 48 p 2 : c 76,56; H 10,19; P 13,16; gefunden: C 77,04; H 10,07; P 13,37.
Beispiel 6
Quaternisierung von 14-Diphenylphosphino-tetradecyldiethylphosphin mit Ethylchlorid
y tPh2P(CH2)14P+(C2H5)33 Cl"
14,1 g (0,03 MoI) 14-Diphenylphosphino-tetradecyldiethylphosphin aus Beispiel 5 wurden in ein kleines Pyrex-Rohr ausgestattet mit einem Teflon-Schraubventil und einem Magnetrührer gegeben. Das Rohr wurde dann evakuiert und es wurden exakt 2 g (0,03 Mol) Ethylchlorid in das Rohr hinein kondensiert. Das die Mischung der beiden Reaktanten enthaltende Rohr wurde dann verschlossen, unter Rühren auf 150 C erhitzt und 24 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Während des Erhitzens bildete sich eine untere quaternäre Bodenphase und vergrößerte ihr Volumen, bis sie die einzige verbliebene Phase war. Nach der Reaktion wurde das viskose Produkt in einer Toluol/Methanol-Mischung gelöst und in einen Destillierkolben überführt. Die Lösungsmittel wurden dann durch
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3-stündiges Erhitzen auf 200°C bei 0,1 mm entfernt. Das zurückgebliebene Produkt war bei Raumtemperatur ein wachsartiger farbloser Feststoff. Die NMR-Spektroskopie zeigte, daß eine selektive Quaternisierung der alipha tischen Phosphingruppe erfolgt war.
Analyse: berechnet als C 32 H53P2C1: C 71>82'" H 9»98 ' P 11,58; Cl 6,62; gefunden: C 71,29; H 9,70; P 11,39; Cl 6,59.
Beispiel 7
14-Diphenylphosph ino-tetradecyltriethylphosphoniummontmorillonit und seine Komplexierung mit 1,5-Cyclooctadienrhodiumchlorid
Der Ausgangston war raffinierter Natrium-montmorillonit geliefert von The Georgia Kaolin Co. of Elizabeth, New Jersey. Er ist erhältlich unter der Handelsbezeichnung Mineral Colloid BP (MCBP). Dieser Ton ist hergestellt aus einem Penfield, Wyoming Montmorillonit. Das Produkt hat einen Wassergehalt von etwa 10 %. Seine Zusammensetzung entspricht der folgenden Summenformel:
Für diesen Ton war angegeben, daß er eine Ionenaustausch kapazität von 90 Milliäquivalenten je 100 g besaß. Es wurde jedoch wie in der US-PS 4 136 103 angegeben gefun-
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den, daß dieser Ton eine minimale Ionenaustauschkapazität von 99 Milliäquivalenten je 100 g hinsichtlich Tetraalkylphosphoniumchloriden mit mindestens einer höheren Alkylgruppe besitzt. Der hier verwendete Reaktant wurde ebenfalls in dieser Menge verwendet. Die Reaktionstemperatur betrug 500C wie üblich. Die Einzelheiten der Herstellung waren ebenfalls die gleichen wie in Beispiel 3 der oben genannten Patentschrift. Die Hauptstufen des Verfahrens und die anschließende Umwandlung zum Rhodiumkomplexderivat werden im folgenden entsprechend Beispiel 18 der US-PS 4 136 103 beschrieben.
Zu einer gerührten 0,85 %igen unter Stickstoff befindlichen Suspension von 18,5 g trockenem MCBP (20,5 g naß) in 50 %igem wäßrigen Isopropanol wurde eine 8,5 %ige unter Stickstoff befindliche Lösung von 10 g (0,019 Mol) ^-Diphenylphosphino-tetradecyltriethylphosphoniumchlorid ebenfalls in 50 %igem wäßrigen Isopropanol innerhalb einer Minute gegeben. Eine sofortige Reaktion zeigte sich durch eine typische Verdickung der Mischung. Nach 30-minütigem Rühren wurde das Produkt abgenutscht, gewaschen und bei 60°C in üblicher Weise getrocknet.
Der obige Phospinoalkylphosphoniummontmorillonit wurde kugelgemahlen und unter Verwendung eines Siebs mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm gesiebt. Von dem ge-
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siebten Phosphoniumton wurden 16,3 g unter Rühren unter Stickstoff in einer 0,25 %igen Benzollösung von 1,36 g (0,01 Mol) 1,5-Cyclooctadienrhodiumchloriddimer dispergiert. Es resultierte eine stabile Suspension, die abgenutscht und dreimal mit 50 ml mit Stickstoff behandeltem Benzol gewaschen wurde, um das leuchtend gelbe feste Tonkomplexprodukt zu ergeben.
Nach Trocknen über Nach bei Raumtemperatur bei 0,1 mm wurde das Produkt auf Rhodium und Phosphor analysiert. Die gefundenen Prozentwerte betrugen Rh 1,94 und P 2,77. Diese Werte zeigen, daß fast ein Atom Rhodium je zwei Phosphingruppen komplexiert worden war. Der Grad der Entfernung von Rhodium aus dem Benzol durch Komplexierung betrug etwa 60 %.
Beispiel 8
Quaternisierung von bis-1,14-Diethylphosphino-tetradecan mit Ethylbenzolsulfonat
(02Η5)^Ρ(0Η2)14Ρ(02Η5)Α + Ph SO3C2H5 > (C2H5)2P(CH2)14P+(C2HS)3 Ph SO;
Die bis-Phosphinverbindung aus Beispiel 7 wurde in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise mit Ethylbenzolsulfonat (anstelle von Methyl-n-dodecylbenzolsulfonat) umgesetzt, um den entsprechenden phosphoniumsubstituierten Phosphinliganden herzustellen.
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Beispiel 9
Herstellung eines tr is-(phosphonium-substituierten-alkyldiphenylphosphin-substituierten) Rhodiumcarbonylhydndkomplexes durch Ligandenaustausch (Ph3P)3Rh(CO)H + 3 Ph2P(CH2)14P+[C4Hg)2)2 C12H
CH3
Ph2P(CH2) 14P+( C4Hg)2C12H25-^-SO3 Rh(CO)H -f- 3PhP 1
CH
3.
Zu einer Toluollösung von 14-Diphenylphosphino-tetradecy1-d1-i-butylmethylphosphonium-12-dodeylbenzolsu1 fönat wurde eine äquivalente Menge an tris-(Triphenylphosphin)-rhodiumcarbonylhydrid gegeben, um eine 5 %ige Toluollösung
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für P-NMR-Untersuchungen zu erhalten. Eine ähnliche Lösung des Phosphoniumphosphins und eine entsprechende Lösung des Komplexes wurden ebenfalls getrennt untersucht. Die Ergebnisse zeigten, daß das tris-(Phosphoniumphosphin)-rhodiumcarbonylhydrid gemäß der Erfindung durch Ligandensubstitution gebildet wurde und daß der neue Komplex eine Phosphin-Rhodium-Koordination besaß.
Beispiel 10
Addition von i-Butylphosphin an Allyldimethylamin (CH3)2CHCH2PH2 + 2 CH2=CHCH2N (CH3 >2 5
( CH3 ) 2CHCH2-P [ CH2CH2CH2N ( CH3
Eine Mischung von 37,4 g (0,44 Mol) Allyldimethylamin und 18 g (0,2 Mol) i-Butylphosphin wurde in der in Bei-
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spiel 1 beschriebenen Weise unter UV-Initiierung 24 Stunden lang bei 15°C zur Reaktion gebracht. Dann wurde sie einer fraktionierten Destillation im Vakuum unterworfen, um 45 g (86,5 %) des Addukts, i-Butyl-bis-(2-dimethylaminopropyl)-phosphin, als eine farblose Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 82-83 C bei 0,1 mm zu erhalten.
Analyse: berechnet für C-\4 H 33 PN2: c 64>585 H 12,77; P 11,89; N 10,76; gefunden: C 66,17; H 11,98; P 10,31; N 10,84.
Beispiel 11
Selektive Quaternisierung von i-Butyl-bis-(dimethylaminopropylphosphin) mit n-Dodecylchlorid
)2CHCH2P[CH2CH2CH2N(CH3J2]2 + CH3(CH2)
(CH ) CHCH ^
ο Z 2^p+[CH9CH CH N(CHJ] Cl £ 2 A 2 32A
CH (CH
Eine magnetisch gerührte Mischung von 15,6 -g (0,06 Mol) i-Butyl-bis-(dimethylaminopropy1)-phosphin aus Beispiel 10 und 12,3 g (0,06 Mol) n-Dodecylchlorid wurde unter Stickstoff auf 1300C erhitzt und dann 24 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Das NMR-Spektrum einer Probe der erhitzten Mischung zeigte eine erhebliche selektive Quaternisierung des t-Phosphinanteils. Dementsprechend wurde die Rohmischung bei 0,2 mm auf 1500C
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erhitzt, um die flüchtigen, nicht umgesetzten Verbindungen abzudestillieren und das zurückbleibende Produkt, das heißt bis-(3-Dimethy laminopropy1)-dodecyl-i~butylphosphoniumchlorid zu erhalten. Das Produkt wog 23 g entsprechend 82 % den berechneten Ausbeute und erhärtete bei Raumtemperatur zu einem wachsartigen Feststoff. Das NMR-Spektrum zeigte, daß die Quaternisierung an der Phosphingruppe erfolgt war.
Beispiel 12
Herstellung von bis-(3-Dimethylaminopropyl)-dodecyl-ibutylphosphoniummontmorillonit durch Ionenaustausch
+ )5 Cl~ + Ton"Na+
bis-O-DimethylaminopropyD-dedecyl-primäres-isobutylphosphoniumchlorid (10,5 g, 0,0225 Mol aus Beispiel 11) wurde mit 25 g (0,0225 Mol-Äquivalente) MCBP in der in Beispiel 7 beschriebenen Weise umgesetzt, um 30 g des entsprechenden Phosphoniummontmorillonits zu ergeben
Analyse: berechnet: C 22,04; H 4,13; P 2,19; N 1,98; gefunden: C 22,07; H 4,53; P 1,82; N 1,69.
Der obige Amin-substituierte Tetraalkylphosphoniummontmorillonit kann mit Co und Rh nach bekannten Verfahren komplexiert werden. Die Komplexe sind als Hydroformylierungskatalysatoren geeignet.
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Beispiel 13
Addition von i-Butylphosphin an Allyldiethylamin
+ 2 CH2=CHCH2N (C2^)2 y
Eine Mischung von 56,7 g (0,5 Mol) Allyldiethylamin und 25,1 g (0,275 Mol) i-Butylphosphin wurde wie in Beispiel 10 zur Umsetzung gebracht und destilliert. Das Addukt, i-Butyl, bis-(3-Diethylaminopropyl)-phosphin, siedete bei 107-1080C bei 0,05 mm. Es wurde in 86 %iger Ausbeute (68 g) als eine farblose Flüssigkeit erhalten.
Analyse: berechnet für C1 H PN_: C 68,31; H 13,06; P 9,78; N 8,85; gefunden: C 69,41; H 12,57; P 10,15; N 9,00.
Die Phosphingruppe dieses Produkts kann selektiv quaternisiert werden durch SuIfonatester, zum Beispiel Ethyltoluolsulfonat, um die entsprechenden bis-(3-Diethylaminopropyl)-phosphoniumsulfonatsalze zu liefern. Die Aminligandengruppen dieser Salze können mit Kobalt und Rhodium nach bekannten Verfahren komplexiert werden. Die Produkte sind Hydroformylierungs- und Hydrierungskatalysatoren in Standardhydroformylierungsversuchen.
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Allgemeines Verfahren zur Hydroformylierung
Die Hydroformylierung von Buten-1 zur Herstellung von linearen Pentanal und verzweigten 2-Methylbutylaldeydprodukten wurde ausgewählt für vergleichende Untersuchungen der katalytischen Eigenschaften bestimmter phosphoniumsubstituierter t-Phosphinkomplexe gemäß der Erfindung. Die untersuchten Komplexe wurden entweder vor ihrer Verwendung isoliert oder aus dem bekannten tris-(Triphenylphosphin )-rhodiumcarbonylhydrid durch Zusatz des geeigneten Ligandenmaterials gemäß der Erfindung in wechselnden Mengen in situ erzeugt, tris-(Triphenylphosphin)-rhodiumcarbonylhydrid wurde in Gegenwart von wechselnden Überschüssen an Triphenylphosphin als ein bekannter Katalysatorstandard zum Vergleich verwendet.
Die Versuche wurden in einem 300 ml rostfreien Stahl-(S)-Autoklaven durchgeführt. Der Autoklav war mit einem sehr wirksamen Kreiselrührer ausgerüstet, der bei den Versuchen mit 750 U/Min, betrieben wurde.
Die Standardhydroformylierungsverfahrensweise war die folgende: Die geeigneten Mengen des zu untersuchenden Komplexes wurden in 100 g der geeigneten Mischung aus einem freien Phosphinliganden und 2-Propylheptyl-n-valerianatlösungsmittel gelöst. Meistens lieferte die verwen-
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dete Komplexmenge eine^-Rhodiumkonzentration von 100 ppm. Dies bedeutet 100 mg je kg, was etwa 1 mMol Rhodium je 1 kg Ausgangsmischung entsprach. Der dem Lösungsmittel zugesetzte überschüssige Phosphinligand wurde so berechnet, daß ein Verhältnis von freiem Liganden zu Rhodium (L/Rh) im Bereich von 5 bis 140 erhalten wurde.
Die 100 g Rhodiumkomplex/Ligand-Lösung wurde in den Autoklaven gegeben, der dann durch wiederholte Komprimierung mit Stickstoff entlüftet wurde. Die unter Stickstoff bei Atmosphärendruck befindliche Lösung wurde dann abgeschlossen und auf die Reaktionstemperatur erhitzt
Wenn die Lösung die Reaktionstemperatur erreichte, wurden 200 g flüssiges Buten mit einer 1 bis 4 Kohlenmonoxid/ Wasserstoff-Mischung in den Autoklaven gedrückt. Die CO/H_-Mischung wurde im Anschluß an das Buten eingespeist,
bis ein Druck von 25,6 kg/cm erreicht wurde. An diesem Punkt wurde die Zufuhr der 1:4-C0/H?-Mischung abgebrochen und der Autoklav wurde mit einem Zylinder mit einem Volumen von etwa 1 1 verbunden, der eine 1:1-C0/H?-Mi-
schung bei 71,3 kg/cm enthielt. Die Verbindung erfolgte über ein Druckregulierventil, das so eingestellt war, daß durch die Zufuhr von 1:1-C0/H_-Gas zum Autoklaven
während der Reaktion ein Druck von 25,6 kg/cm aufrechterhalten wurde.
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Der Verlauf der Hydroformylierung wurde anhand der ver brauchten Menge an 1:1-CO/H verfolgt. Diese wurde anhand des Druckabfalls in dem 1 Liter CO/Hp-Zylinder berechnet. Die anhand des CO-Verbrauchs berechnete Reaktantumwandlung wurde gegen die Reaktionszeit aufgetragen, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Reaktionsgeschwindigkeit wurde ausgedrückt als Teil der theoretisch erforderlichen CO/H?-Menge, die je Minute verbraucht wurde (k χ Min." ). Die Reaktion wurde abgebrochen, wenn sich die Reaktionsgeschwindigkeit drastisch verlangsamte. In Abhängigkeit von Nebenreaktionen wie einer Buten-1-Hydrierung und Buten-1- zu Buten-2-Isomerisierung und der Stabilität des Katalysatorkomplexes in der Mischung trat eine Geschwindigkeitsabnahme im allgemeinen bei einer 80 bis 90 %igen Umwandlung ein. Dementsprechend wurden die Reaktionen gewöhnlich in diesem Umwandlungsbereich abgebrochen.
Wenn die Reaktion abgebrochen werden sollte, wurde das CO/H^-Einsatzproduktventil geschlossen und der Autoklav wurde umgehend mit Kühlwasser gekühlt. Im Falle von geringen Umwandlungen wurde ein Eisbad verwendet. Nach vollständiger Kühlung wurde das Synthesegas langsam abgelassen. Die zurückbleibende Flüssigkeit wurde visuell auf Katalysatorzersetzung beobachtet. Eine dunkelorange bis braune Farbe der ursprünglich gelben Mischung zeigte
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einen ansteigenden Zersetzungsgrad des Katalysators.
Eine ernsthafte Katalysatorzersetzung führte gewöhnlich zur Ausfällung von dunklen Feststoffen.
Die Analyse der zurückbleibenden flüssigen Mischung wurde gaschromatographisch durchgeführt. Die Flüssigkeiten wurden in einem Gaschromatographen unter Verwendung eines Flammenionisationsdetektors analysiert. Mit Hilfe dieses Instruments wurden die C.-Kohlenwasserstoffe bestimmt und als ein einziger Peak gemessen. Die zwei isomeren C^-Aldehyde wurden vollständig abgetrennt. Das Esterlösungsmittel und die Liganden wurden ebenfalls deutlich nachgewiesen. Aufgrund der geringeren Empfindlichkeit dieses Detektors gegenüber den Aldehyden wurde die Intensität der Kohlenwasserstoffpeaks gewöhnlich mit 0,7 multipliziert, um die notwendige Konzentrationskorrektur durchzuführen. Die einzelnen gasförmigen C -Kohlenwasserstoff e wurden von den flüssigen Bestandteilen abgetrennt und dann wurden die einzelnen Komponenten des Gases chromatographiert und mit einem Detektor aufgrund der thermischen Leitfähigkeit bestimmt.
Nach diesem Verfahren wurden die folgenden Hydroformylierungen durchgeführt.
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- SA-
Beispiel 14
Hydroformylierung mit tris-(14-Diphenylphosphino-tetradecyl-di-i-buty!methylphosphonium-n-dodecylbenzolsulfonat)-ligand-rhodiumcarbonylhydridkomplex
(Ph3P)3Rh(CO)H
3 Ph3P
tris-(Triphenylphosphin)-rhodiumcarbonylhydrid, 0,1 g (0,1 mMol), wurde mit 80 g einer Mischung aus 4 g (14 mMol) 14-Diphenylphosphino-tetradecy1-di-i-butylmethylphosphonium-n-dodecylbenzolsulfonat aus Beispiel 3 und 76 g 2-Propylheptylvalerianat gemischt, um ein Katalysatorsystem nach dem obigen Ligandenaustausch zu ergeben. Dieses System besaß eine Rhodiumkonzentration von 105 ppm und wies einen 108-fachen Ligandenüberschuß auf.
Butenhydroformylierungen wurden dann bei 1000C in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten die Komplexierung des Phosphoniumphosphins mit resultierender Bildung eines neuen Katalysatorkomplexes. Der Geschwindigkeitswert, K χ Min." , betrug 0,009. Bei 60 %iger CO-Umwandlung betrug das n/i-Verhältnis des Produkts 4,4.
Beispiel 15 Hydroformylierung mit dem Rhodiumcarbonylhydridkomplex
von 14-Diphenylphosphino-tetradecyItriet hy1phosphonium-
montmorillonitton
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Der Rhodiumchloridk.ompl.ex von 14-Diphenylphosphinotetradecyltriethylphosphonium-montmorillonitton gemäß Beispiel 7 wurde als ein Katalysatorvorläufer unter Hydroformylierungsbedingungen verwendet, indem er mit CO und H„ umgesetzt wurde, um den entsprechenden Rhodiumcarbonylhydridkatalysator zu ergeben:
[Ph2P(CH2J14P+(C2H5)3 Ton"] Rh(CO)H
Es wurde eine Suspension von 5 g des Katalysatorvorläufers in 75 ml Toluol hergestellt. Der Carbonylhydridkatalysator wurde unter Standardhydroformylierungsbedingungen bei 120 C erzeugt. Unter den gleichen Bedingungen erfolgte eine langsame selektive 1-Buten-Hydroformylierung zu den entsprechenden Aldehyden und eine schnellere Isomerisierung zu 2-Butenen. Das n/i-Verhältnis der Aldehyde betrug etwa 0,7. Die Aldehydselektivität betrug 13 %, während die 2-Buten-Selektivität 85 % betrug. Auf der Basis des H„/CO-Verbrauchs betrug die Hydroformylierungsgeschwindigkeit, k χ Min. , 0,001.
Beispiel 16
Hydroformylierung mit dem Rhodiumcarbonylhydridkomplex von 14-Diphenylphosphino-tetradecyltriethylphosphoniummontmorillonitton in Gegenwart von zugesetztem überschüssigen t-Phosphin
Das Katalysatorsystem des vorangegangenen Beispiels wurde unter den gleichen Bedingungen in Gegenwart von
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3,3 g n-Butyldiphenylphosphin untersucht. Diese Phosphinmenge bedeutete einen etwa 14-fachen molaren Überschuß gegenüber dem Rhodium.
Der Standardhydroformy1ierungsversuch zeigte, daß die Reaktionsgeschwindigkeit etwa die gleiche blieb, daß sich aber die Selektivitäten drastisch veränderten. Die Selektivität bezüglich der Aldehyde betrug 96 %. Die Selektivität bezüglich 2-Butenen betrug nur 1,3 %. Das n/i-Verhältnis der Aldehyde betrug 4,3.
Es sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaften Charakter haben und daß Fachleute viele Abwandlungen und Modifikationen vornehmen können, ohne dadurch von dem der Erfindung zugrunde liegenden Erfindungsgedanken abzuweichen. Alle derartigen Modifikationen und Abwandlungen sollen von der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung mit umfaßt sein.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können als Katalysatoren für technische Hydroformylierungen verwendet werden.
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Claims (25)

Pa tentansprüche
1. |Gruppe Vlll-Ubergangsmetallkomplex enthaltend einen
Liganden ausgewählt aus einem tetraalkylphosphoniumsubstituierten tertiären Phosphin und einem tetraalkyl phosphonium-substituierten Amin.
2. Komplex mit der Formel
worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, D ein P- oder N-Atom bedeutet, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenstoffkette mit Ethersauerstoff- oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis 30 Kohlenstoffatomem enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können, b eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, Z ein Anion ist, M ein Gruppe VlII-Metallatom bedeutet, X ein Anion oder ein organischer Ligand ist, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls M abgesättigt werden, b χ g 1 bis 6 ist, η 2 bis 6 ist und s 1 bis 3 ist.
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3. Komplex mit der Formel
t(R2PQ)bP+Rj_bZ-]g * ("Vs'
worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenstoffkette durch Ethersauerstoff- oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können, b eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, Z ein Anion ist, M ein Gruppe VIII-Metallatom bedeutet, X ein Anion oder organischer Ligand ist, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls M abgesättigt werden, g χ b 1 bis 6 ist, η 2 bis 6 ist und s 1 bis 3 ist.
4. Komplex mit der Formel
worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, D ein P- oder N-Atom bedeutet, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenstoffkette mit Ethersauer-
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stoff- oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können, b eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, Z ein Anion ist, M ein Gruppe VIII-Metallatom bedeutet, X ein Anion oder ein organischer Ligand ist, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls M abgesättigt werden, g χ s 1 bis 6 ist, η 2 bis 6 ist und s 1 bis 3 ist.
5. Komplex mit der Formel
worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, D ein P- oder ein N-Atom bedeutet, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenstoffkette mit Ethersauerstoff- oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können, b eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, Z~ ein Anion ist, M ein Gruppe VIII-Metallatom bedeutet, b mal g 1 bis 6 ist und s 1 bis 3 ist.
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6. Komplex nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß M Co oder Rh bedeutet.
7. Komplex nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß M Rh bedeutet.
8. Komplex nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Z ein Aluminiosilikatanion ist.
9. Komplex mit der Formel
[R2PQP+R^ Ton") RhXn
worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenstoffkette mit Ethersauerstoff- oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis 30 Kohlenstoffatome enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sein können, X ein Anion oder ein organischer Ligand ist, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls M abgesättigt werden, und η bis 6 ist.
10. Komplex nach Anspruch 9 mit der Formel
(CH2 )14P+(C2H5)3 Ton"] Rh(CO)H.
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11. Komplex nach Anspruch 3 mit der Formel
worin Ar eine Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ist und Q, b, R , Z , g, X, η und s die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung besitzen.
12. Komplex nach Anspruch 3 mit der Formel
(Ar2PQP+R^ Z~)3Rh(CO)H,
worin Ar, Q, R und Z die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung besitzen.
13. Komplex nach Anspruch 3 mit der Formel
[Ph9P^CH A P+R* Z~],Rh(CO)H , 2 2 m 3 3
worin Ph eine Phenylgruppe bedeutet, m eine ganze Zahl von 1 bis 30 ist und R und Z~ die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung besitzen.
14. Komplex nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Z ein nicht koordinierendes Anion ist.
15. Komplex nach Anspruch 13 mit der Formel
[Ph2P(CH2 )^P+(CH3)[CH2CH(CH3)2]2 C12H25-^SO3]3RhH(CO)
16. Komplex mit der Formel
worin R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkyl-
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gruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenwasserstoffkette mit Ethersauerstoff- oder Phenylengrupen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis Kohlenstoffatome enthält, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R Gruppen gleich oder verschieden sein können, Z ein Anion ist, g 1 bis 6 ist, M ein Gruppe VIII-Metallatom bedeutet, X ein Anion oder ein organischer Ligand ist, wodurch die Koordinationsstellen des Metalls M abgesättigt werden, η 2 bis 6 ist und s 1 bis 3 ist.
17. Katalysatorzusammensetzung gekennzeichnet durch einen Gruppe Vlll-Übergangsmetallkomplex, der einen Liganden ausgewählt aus einem tetraalkylphosphoniumsubstituierten tertiären Phosphin und einem tetraalkylphosphonium-substituierten Amin enthält.
18. Verfahren zur Carbonylierung, dadurch gekennzeichnet, daß eine carbonylierungsfähige organische Verbindung in Gegenwart eines Katalysators, der einen Gruppe Vlll-Übergangsmetallkomplex enthält, welcher einen Liganden ausgewählt aus einem tetraalkylphos-
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phonium-substituierten tertiären Phosphin und einem tetraalkylphosphonium-substituierten Amin enthält, mit CO zur Reaktion gebracht wird.
19. Verfahren zur Hydroformylierung, dadurch gekennzeichnet, daß eine olefinisch ungesättigte organische Verbindung in Gegenwart von Kohlenmonoxid, Wasserstoff und einem Gruppe Vlll-Übergangsmetallkomplex, der einen Liganden ausgewählt aus einem tetraalkylphosphonium-substituierten tertiären Phosphin und einem tetraalyklphosphonium-substituierten Amin enthält, zur Reaktion gebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsmetallkomplex die Formel
besitzt, worin R unabhängig ausgewählt ist aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, Q ein divalenter organischer Rest ist ausgewählt aus einem Alkylenrest und einem Alkylenrest, dessen Kohlenstoffkette mit Ethersauerstoff- oder Phenylengruppen unterbrochen ist, wobei der Alkylenrest 1 bis 30 Kohlenstoffatomen enthält, b eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, R eine Alkylgruppe mit .1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich
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oder verschieden sein können, Z ein Anion ist, g χ b 1 bis 6 ist, M ein Gruppe VIII-Metallatom bedeutet und s 1 bis 3 ist.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsmetallkomplex die Formel tPh2P(CH2)mP+R^ Z-J3Rh(CO)H
besitzt, worin Ph eine Phenylgruppe bedeutet, m eine ganze Zahl von 1 bis 30 ist, R eine Alkylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei die R -Gruppen gleich oder verschieden sind, und Z ein Anion ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Komplex die Formel
[CH2CH(CH3)2]2 C12H2
besitzt.
23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergangsmetallkomplex die Formel
[Ph0(CH0J1xP+(C-H.), Ton"] Rh(CO)H
besitzt.
24. Verfahren zur Zurückgewinnung von Übergangsmetallen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangsmetallverbindung mit einem tetraalkylphosphonium-substituier-
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ra 303Λ353
ten tertiären Phosphin oder einem tetraalkylphosphonium-substituierten Amin unter Bildung eines Komplexes umgesetzt wird und der gebildete Komplex von der Reaktionsmischung abgetrennt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein tetraalkylphosphoniumton-substituiertes tertiäres Phosphin oder Amin verwendet wird.
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