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TWI695009B - 6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之結晶形式 - Google Patents

6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之結晶形式 Download PDF

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TWI695009B TW105118842A TW105118842A TWI695009B TW I695009 B TWI695009 B TW I695009B TW 105118842 A TW105118842 A TW 105118842A TW 105118842 A TW105118842 A TW 105118842A TW I695009 B TWI695009 B TW I695009B
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麥克Ａ 布萊莫
格倫Ａ 米勒
馬里努斯Ａ 畢齊
喬治Ｒ 菲利普斯
布里特Ａ Ｉｉ 凡裘拉
肯尼斯Ｌ 卡恩斯
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美商陶氏科技投資公司
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Abstract

本發明係關於6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之配位體晶體結構。

Description

6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之結晶形式
本發明係關於雙亞磷酸酯配位體之結晶形式。
雙亞磷酸酯常用作用於過渡金屬催化之反應(諸如氫甲醯化及氫氰化)的配位體。一種常用雙亞磷酸酯配位體為式1中所示之6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英(在下文中為配位體A)：
Figure 105118842-A0305-02-0002-1
如同許多有機分子，配位體A為能夠以多種形式存在之結晶物質。結晶非溶劑合物及各種溶劑合物形式揭示於US 8,796,481及Yuan Hao等人「6,6'-(3,3'5,5'-四-第三丁基聯二苯-2,2'-二基))雙(氧基)二二苯并[d,f]-[1,3,2]二氧雜磷雜 庚英之晶體結構(Crystal Structure of 6,6'-(3,3'5,5'-tetra-tertbutylbiphemyl-2,2'-diyl)Bis(oxy)didibenzo[d,f]-[1,3,2]dioxaphosphepine)」《中國結構化學學報(Chinese J.Struct.Chem.)》，第31卷，673(2012)。
US 2014/0288322 A1揭示一種用於製備配位體A之快速乾燥形式的方法，其經由用二級醇(例如異丙醇)在72℃-75℃下處理數小時來進行。未揭示所得物質之晶體結構。US 8,796,481描述製造配位體A之非溶劑合物形式以及多種溶劑合物的手段。由此描述之結晶非溶劑合物的製備亦需要高溫，例如至少65℃，且較佳高於85℃。雖然US 2014/0288322 A1及US 8,796,481中所描述之配位體A形式均適合於氫甲醯化應用，但其生產需要高溫。將雙亞磷酸酯暴露於高溫中可增加分解，且從而降低有價值產物之產率。
替代性地，吾人可選擇生產結晶溶劑合物；然而，根據定義，將配位體之溶劑合物形式添加至工業氫甲醯化製程中將引入伴隨之結晶溶劑作為污染物。另外，所述結晶溶劑之量視乾燥條件而變化，且對氫甲醯化反應無促進作用，亦即，溶劑在固體配位體中充當稀釋劑或填充劑。
第三種替代方案將為製備及使用去溶劑化形式，但已知使溶劑化物質有效乾燥在強制性條件下需要數天；參見US 2014/0288322 A1。此類程序亦可能導致分解，例如歸因於長期處理之氧化，且將增加生產時間且因此增加製造成本。
因此，將期望配位體A形式乾燥快速，熱穩定，且可經由避免長期暴露於高溫中的便捷而有成本效益之方法 來製備。迄今為止，尚未識別出本發明之配位體A晶體結構，在下文中稱為配位體A'。
本發明為6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之結晶形式，其顯示其在於25℃下用Cu-Kα輻射所量測之X射線粉末繞射圖中的兩個最強反射(陳述為2Θ值)位於7.8±0.2°及19.7±0.2°處。
本發明之其他態樣包括：a)一種用於自配位體A'產生過渡金屬催化劑之方法，其中提供配位體A'且使其在惰性溶劑中與過渡金屬催化劑前驅物(氧化物、碳醯(carbonyl)等)或過渡金屬之複合物接觸；b)藉由所述方法製備之催化劑；及c)一種用於氫甲醯化、氫氰化或氫化之催化製程，其中所述催化劑藉由所述方法製備。
出乎意料地，本發明之結晶形式的溶劑含量低，熱穩定，且可在不暴露於高溫中之情況下製備。
圖1為配位體A'(頂部)、配位體A之溶劑合物(中間)及配位體A之非溶劑合物(底部)的X射線繞射(X-ray diffraction，XRD)資料之比較。
圖2為如實例1及實例2中所製備之配位體A'的XRD繞射圖。
圖3：為如比較實驗A中所製備之配位體A的XRD繞射圖。
圖4：為如比較實驗A中所製備的配位體A之非溶劑合物形式的差示掃描熱量測定(differential scanning calorimetry，DSC)曲線圖。
圖5：為如實例3中所製備之配位體A'的DSC曲線圖。
圖6：為如比較實驗B中所製備的配位體A之去溶劑化同形體(isomorph)的DSC曲線圖。
圖7：為如比較實驗C中所製備的配位體A之乙酸乙酯溶劑合物的XRD繞射圖。
圖8：為如比較實驗C中所製備的配位體A之乙酸乙酯溶劑合物的DSC曲線圖。
圖9：為在實例3及比較性實驗A、B及C中所製備之物質的熱解重量分析(thermogravimetric analysis，TGA)曲線圖。
結晶形式配位體A'可藉由採用非線性醇及配位體A之溶劑合物形式作為起始物質的方法來製備。
如本文所用，術語「非溶劑合物」、「結晶非溶劑合物」及「非溶劑合物形式」可互換使用，且意謂由在藉由粉末XRD分析時將得到類似於圖2中所示繞射圖之配位體A分子組成的結晶形式。US 8,796,481描述配位體A之非溶劑合物形式。結晶非溶劑合物之其他特徵可在於其如由DSC所測定之熔點為約244℃±3℃。
如本文所用，術語「溶劑合物」、「結晶溶劑合物」及「溶劑合物形式」可互換使用，且係指包括化學計算量或其他大量溶劑分子併入晶格內(亦即結晶溶劑)的配位體A 分子排列，諸如描述於例如「固態物理學(Solid State Physics)」(第2版)，J.R.Hook,H.E.Hall，《曼徹斯特物理學系列(Manchester Physics Series)》,John Wiley & Sons(2010)。出於明晰之目的提及併入晶格內之具體溶劑，例如甲苯溶劑合物、乙酸乙酯溶劑合物、乙酸丙酯溶劑合物、己烷溶劑合物、丙酮溶劑合物等。
如本文所用，術語「去溶劑化形式」及「去溶劑化同形體」可互換使用，且意謂原先呈溶劑合物形式但隨後已經過乾燥以便移除結晶溶劑之結晶配位體A。
如本文所用，術語「無溶劑」意謂配位體A或配位體A'之溶劑含量低於0.5重量%。溶劑之重量百分比藉由氣相色譜(gas chromatography，GC)/質譜(mass spectrometry，MS)(癸烷作為內標)來測定。
如本文所用，術語「快速乾燥」意謂所述物質能夠比配位體A之溶劑合物形式更快地乾燥。
如本文所用，術語「濕磨」意謂將固體在溶劑中充分地混合以形成漿液。應指出，儘管小部分固體可能溶解，濕磨不包括使配位體A或配位體A'完全溶解，所述完全溶解諸如將在再結晶期間發生的。
如本文所用，術語「ppmw」意謂按重量計百萬分之一。
如本文所用，術語「結晶溶劑」意謂併入晶體結構內之溶劑。
如本文所用，除非另外指明，否則預期術語「經取代」包括有機化合物之所有可容許取代基。在一個廣泛態 樣中，可容許之取代基包括有機化合物之非環狀及環狀、分支鏈及非分支鏈、碳環及雜環、芳族及非芳族取代基。說明性取代基包括例如烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、羥烷基、胺基烷基，其中碳原子之數目可在1至20或更多、較佳1至12範圍內變化，以及羥基、鹵基及胺基。對於適當有機化合物，可容許取代基可為一或多個且相同或不同。本發明並不意欲以任何方式受有機化合物之可容許取代基限制。
如本文所用，預期術語「氫甲醯化(hydroformylation)」包括(但不限於)所有氫甲醯化製程，所述製程涉及將一或多種經取代或未經取代之烯烴化合物或包含一或多種經取代或未經取代之烯烴化合物的反應混合物轉化為一或多種經取代或未經取代之醛或包含一或多種經取代或未經取代之醛的反應混合物。醛可為不對稱或非不對稱的。
配位體A之溶劑合物為已知的，且可如在例如US 2014/0288322及US 8,796,481中所描述進行製備。配位體A之溶劑合物的具體實例包括甲苯溶劑合物、乙酸乙酯溶劑合物及乙酸丙酯溶劑合物。乙酸酯溶劑合物為本發明之優選的起始物質。可採用溶劑合物之混合物。
在製造結晶形式配位體A'之方法中所採用的非線性醇展示在式2及式3中。非環狀飽和之分支鏈醇(諸如異丙醇及其類似物)由式2表示，其中各R14獨立地為H或經取代或未經取代的含有1至8個碳原子之單價烴部分，其限制條件為至少兩個R14不為氫。環狀醇(諸如環己醇及其類似物)由式3表示，其中n為2至5，m為0至[(2n)+5]，且 各R15獨立地為經取代或未經取代之單價烴部分。在本發明之一個實施例中，m為0至3。可採用醇之混合物。醇可為三級或二級醇，其中二級醇一般較佳。在本發明之一個實施例中，各R14或R15未經取代。
Figure 105118842-A0305-02-0008-2
C3-C6二級醇，諸如異丙醇、環己醇、2-丁醇、2-戊醇或3-戊醇及其類似醇較佳。第三丁醇為較佳三級醇。異丙醇由於其便宜且容易與最終產物配位體A'分離而為最佳非線性醇。在本發明之一個實施例中，所用醇基本上無過氧化物以避免配位體氧化。如本文所用，術語「基本上無過氧化物」意謂醇含有少於10ppmw過氧化物。
如在共同未決申請案第PCT/US15/026648號中所教示的，亦可採用少量胺添加劑以減輕過量酸催化之分解。較佳之胺為三乙醇胺。痕量之此等胺似乎不在製備配位體A'期間形成胺-溶劑合物。在本發明之各種實施例中，向漿液中及/或向醇中添加胺。在各種實施例中，按漿液之重量計，胺濃度小於1wt%，小於0.1wt%或小於0.01wt%。
製備方法在足以製備配位體A'之條件下進行。在一個實施例中，在下文詳細述之條件下在醇中濕磨配位體A之溶劑合物。隨後將所得漿液分離成主要固相及主要液相。主要固相可經過乾燥以獲得乾燥配位體A'。
配位體A之濕磨以可有效混合之量採用醇及配 位體A之溶劑合物形式。由於配位體不明顯溶解，故非線性醇之量並非特別關鍵，但有利地以足以產生漿液之量採用所述醇。如由均勻溫度及良好處理性所證明的，所得漿液應能夠容易地進行攪拌且應提供良好熱傳遞，例如所述漿液有利地可在必要時容易地轉移至其他設備(諸如過濾器)中。
用於製備漿液之方法為本領域中熟習此項技術者所熟知的，且漿液可藉由任何便利方法製備。漿液可使用任何適合之設備製備，包括例如攪拌容器，諸如攪拌槽或反應器、攪拌過濾器/乾燥器、再循環靜態混合器槽及其類似設備。容器類型並非特別關鍵。在本發明之一個實施例中，設備能夠在惰性氣體(例如N2或Ar)氛圍下運作以便防止配位體氧化且使可燃性危險最小化。雖然精確溫度控制並非關鍵，但在本發明之一個實施例中，設備可包括能夠監測及控制漿液溫度之構件。
一旦形成，在足以產生新穎配位體A'晶體結構的時間及溫度之組合下處理漿液。舉例而言，在下文中之實例中給出適合的時間及溫度之組合。在本發明之一個實施例中，在時間及溫度處理期間維持漿液之良好攪拌。在本發明之一個實施例中，此處理在足以亦移除大量任何截留之殘餘雜質的條件下進行。殘餘雜質之實例包括酸、氯化物、胺鹽及其類似物。
回收在所述方法中形成之配位體A'。在本發明之一個實施例中，自包含配位體A'之固體移除漿液之液體。使固體與漿液之大量液體分離的方式並非特別關鍵。用於使固體與液體分離之單元操作為本領域中熟習此項技術者所熟知 的，且包括例如沈降、過濾、噴霧乾燥、流體化床乾燥、離心(諸如在流體旋風器或離心機中)及其組合。用於進行所述單元操作之設備亦為熟知的，且許多適合之類型可商購。 在本發明之一個實施例中，回收設備能夠使固體與液體分離，其較佳藉由過濾或離心來進行。在本發明之一個實施例中，所回收之固體為配位體A'之潮濕形式，其主要包含配位體A'與一些來自漿液之殘餘液體。濾餅可視情況進行洗滌或沖洗。此類洗滌有利地用與濕磨所採用的相同之醇進行。
回收固體配位體A'之溫度並非關鍵，且可在包括環境溫度之溫度或溫度範圍下進行。在一個實施例中，分離在高於環境溫度之溫度或溫度範圍下進行。漿液製備及液體/固體分離操作可在單獨之單元中進行，或在適合於進行製備、熱處理及分離之設備中在一件式設備中進行。
在本發明之一個實施例中，在使用或儲存之前使潮濕配位體A'乾燥。用於使固體乾燥之單元操作為本領域中熟習此項技術者所熟知的。用於使固體乾燥之設備亦為熟知的，且許多適合之類型可商購，包括例如帶式乾燥器、滾筒乾燥器、過濾乾燥器及其類似物，其中加熱由對流、傳到及輻射(包括例如紅外、微波及射頻輻射，及其組合)提供。可採用多階段乾燥製程，諸如急驟乾燥後接攪拌漿乾燥器。
配位體A'為6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之結晶形式，其顯示其在於25℃下用Cu-Kα輻射所量測之X射線粉末繞射圖中的兩個最強反射(陳述為2Θ值)位於7.8±0.2°及19.65±0.2°處。
在本發明之一個實施例中，新穎配位體A'結晶形式為無溶劑的。根據實例1製備之配位體A'的XRD展示在圖2中。圖2包括至少5個在表1中以2Θ值及晶面間距d之形式給出的反射：
Figure 105118842-A0305-02-0011-4
已觀測到，許多所報導之配位體A形式具有類似反射角度，但XRD繞射圖明顯不同。藉由與紅外光譜法類比，將經過背景修正之峰強度判定為強、中等或弱，其中強(S)大於最高峰最大強度之60%，中等(M)為30%-59%，且弱(W)小於29%。配位體A'及乙酸乙酯溶劑合物及非溶劑合物之繞射圖展示在圖1中。明顯地存在強度差異，其有助於區分不同結晶形式。舉例而言，配位體A'繞射圖在7.8 2Θ處具有獨特極強峰，而溶劑合物及非溶劑合物繞射圖具有多個反射，諸如分別大致展現5-10°中1：2：2：1四重峰及8-10° 2Θ區中三重峰之圖案。配位體A'亦在19.65° 2Θ處具有第二極強特徵複合峰。配位體A'缺少在其他形式中發現之明顯反射或峰，諸如非溶劑合物在8.5°及16.8°處及溶劑合物在7.3°、9.6°及16.8°處之2Θ峰。出於本發明之目的，術語「缺少明顯反 射」意謂不存在經過背景修正之強度大於最高峰最大強度之5%的反射。
配位體A'之第二特徵為如由DSC所測定，熔點為202℃-208℃，其中在低溫下無其他相轉變。
本發明之具體實施例
除非另外指示，否則以下實例中之所有份數及百分比均按重量計。
XRD使用配備有銅密封源管及Vantec-1線性位置靈敏偵測器之布魯克D8高級θ-θX射線繞射儀(Bruker D8 Advance θ-θ X-ray diffractometer)來量測。在35kV及45mA下操作所述管，且用銅Kα輻射(λ=1.541Å)使樣品發光。 用3°偵測器窗口自3°至35° 2θ收集XRD資料，其中步長為0.026°且收集時間為1s/步。在25℃下使用JADE2010X射線繞射分析軟體進行對所得X射線繞射圖案之分析。除非另外指明，否則本文所報導之2Θ值係基於Cu-Kα輻射。
使用配備有自動進樣器及RCS-90機械冷卻附件之TA儀器公司(TA Instruments)Q2000 DSC進行DSC。對樣品進行稱重且將其密封在密閉式鋁盤及蓋中。密封所述盤以使得殘餘溶劑可在熱循環期間離開所述盤。各樣品之平均重量為大致7mg。使用-85℃至275℃熱分佈，其中速率為10℃/分鐘。使用Universal Analysis V4.5A軟體分析樣品之加熱掃描。
使用配備有自動進樣器之TA儀器公司Q500熱重量分析儀進行熱解重量分析(TGA)。將標稱10-20mg之樣品部分置放於稱皮重之自製石英TGA襯墊內，隨後將其置放 至鉑盤上且裝入儀器中。以10℃/分鐘自室溫至900℃掃描樣品。使用Universal Analysis2000 V4.5A軟體完成分析。
除非另外指明，否則藉由將配位體A或A'溶解於四氫呋喃(tetrahydrofuran，THF)中且藉由GC/質譜(MS)分析(癸烷作為內標)來測定殘餘溶劑。
實例1
起始物質為根據US 2014/0288322之實例1之方法製備的配位體A之乙酸乙酯溶劑合物，且含有8.25wt%乙酸乙酯。用30mL異丙醇在45℃下在N2下將所述配位體(2g)製成漿液，持續約1小時。在45℃下過濾固體，用15mL異丙醇洗滌，且在真空中在室溫下乾燥隔夜。殘餘溶劑含量低於0.5wt%。此物質之XRD展示在圖2中。
實例2
除了在23℃下將配位體制成漿液之外，重複實例1之程序。殘餘溶劑含量低於0.5wt%。此物質之XRD與圖2中所示的相同。
比較實驗A-非溶劑合物(非本發明之實施例)
除了在75℃下將配位體制成漿液，持續3小時之外，重複實例1。使混合物冷卻至環境溫度，持續約一小時。收集固體，且在真空中在環境溫度下乾燥隔夜。如由XRD所確認，觀測到非溶劑合物；參見圖3。
此物質之DSC展示在圖4中。觀測到與熔融事件相符之吸熱線，其峰起始處為245℃且峰溫度為247℃。
實例3
除了將漿液攪拌過週末之外，重複實例2。對經 過乾燥之產物之殘餘溶劑的GC分析指示乙酸乙酯及異丙醇低於0.5wt%，且XRD繞射圖與實例1之產物的繞射圖類似。
實例3之產物的DSC展示在圖5中。存在初始吸熱轉變，其起始溫度在203℃處且峰在206℃處。第二吸熱線轉變出現在峰溫度244℃處。此物質之TGA資料展示在圖9B中。在達到DSC跡線中所用溫度範圍之前，觀測到少於0.2重量%之質量損失。此結果指示在樣品中未保留大量溶劑。DSC及TGA結果之組合指示，初始吸熱線表示向非溶劑合物之相變，所述非溶劑合物隨後在圍繞242℃-244℃下熔融。
比較實驗B-去溶劑化同形體(非本發明之實施例)
在70℃下將配位體A(3.2g)溶解於甲苯(30g)中，且隨後在真空下濃縮至45wt%甲苯，隨後在45℃下在異丙醇中製成漿液。過濾所得物質，不經受後續異丙醇沖洗，且乾燥。所得物質含有0.3%殘餘溶劑，但給出與溶劑合物形式相符之XRD圖案(例如，與以下比較實驗C及US 8,796,481之圖1一致)。缺少溶劑內含物與XRD資料組合指示，所述物質為去溶劑化同形體。此物質具有圖6中所示的相對難以描述(nondescript)之DSC圖案，其圖案類似於在US 2013/0225849之圖2中所觀測到的，且此物質缺少非溶劑合物之熔點(參見圖4)。
此物質之TGA資料展示在圖9線C中，且與非溶劑合物及配位體A'明顯不同。在寬溫度範圍內出現明顯質量損失，其指示大量分解。
比較實驗C-乙酸乙酯溶劑合物(非本發明之實施例)
在70℃下將15.1g根據US 2014/0288322之實例1之方法製備之配位體A的溶液溶解於230mL經過脫氣之乙酸乙酯中，且隨後歷經數小時冷卻至環境溫度。過濾所得乙酸乙酯溶劑合物晶體，且在真空中乾燥2天。所得物質展現圖7中所示的乙酸乙酯溶劑合物之XRD繞射圖。
圖8中所示的乙酸乙酯溶劑合物之DSC展現大約141℃之初始熔融峰，接著在約150℃下轉變成非溶劑合物。非溶劑合物隨後在243℃下熔融。
圖9中之TGA資料展示配位體A'(圖9；線B)或非溶劑合物形式(圖9；線A)在至多380℃之溫度下質量損失極少，指示極佳熱穩定性。溶劑合物(圖9；線D)展示在大致120℃下由去溶劑化造成之早期質量損失，但在低於380℃下未觀測到分解。與此對比，去溶劑化同形體(圖9；線C)展現在相對低溫(<200℃)下開始之連續質量損失，且在整個分析中持續。因此，配位體A'及非溶劑合物代表僅有的兩種溶劑含量低且熱穩定之形式。

Claims (8)

  1. 一種6,6'-[[3,3',5,5'-肆(1,1-二甲基乙基)-[1,1'-聯二苯]-2,2'-二基]雙(氧基)]雙二苯并[d,f][1,3,2]-二氧雜磷雜庚英之結晶形式，其顯示其在於25℃下用Cu-Kα輻射所量測之X射線粉末繞射圖中的兩個最強反射(陳述為2Θ值)位於7.8±0.2°及19.7±0.2°處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結晶形式，其中所述繞射圖顯示至少3個以下反射：
    Figure 105118842-A0305-02-0016-5
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之結晶形式，其為無溶劑的。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之結晶形式，其在於25℃下用Cu-Kα輻射所量測之X射線粉末繞射圖中缺少8.5±0.2° 2θ處之明顯反射。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之結晶形式，其如由DSC所測定之熔點為202℃-208℃。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之結晶形式，其DSC曲線圖展現峰位於206℃處之初始吸熱轉變。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之結晶形式，其具有圖2之XRD繞射圖。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項之結晶形式，其具有圖9線 B之TGA曲線圖。
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