法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-04-17
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C07C67/10 授权公告日:20151202 终止日期:20190503 申请日:20110503
专利权的终止
2015-12-02
授权
授权
2013-06-05
实质审查的生效 IPC(主分类):C07C67/10 申请日:20110503
实质审查的生效
2013-03-06
公开
公开
优先权要求
本申请基于2010年5月4日提交的标题为Process for theSemi-continuous Transvinylation of Carboxylic Acids with Vinyl Acetate的美国临时专利申请No.61/343,811和美国临时专利申请No.61/343,812，在此要求保护其二者的优先权并通过引用将其公开内容并入本文中。
发明领域
本发明涉及通过均相催化使羧酸与乙酸乙烯酯半连续乙烯基转移成乙烯酯。
发明背景
羧酸与乙酸乙烯酯单体(VAM或VA)反应以制备乙烯酯是文献中熟知的。最早的技术教导了使用汞催化剂的乙烯基转移。参见Brown的美国专利Nos.2,997,494，Wilip等人的3,000,918，和Bearden，Jr.的3,337,611，以及Slinckx等人，Tetrahedron，第22卷，第9期(1966)，第3163-3171页，和Slinckx等人，Tetrahedron，23(1967)1395-1403。Herrmann的美国专利No.2,245,131等人教导了使用汞/硫酸催化剂在回流下的乙酸乙烯酯和苯甲酸乙烯基转移，然后将挥发物在蒸馏回收苯甲酸乙烯酯以前通过蒸馏除去。Imperial Chemical的英国专利No.GB1486443描述了通过有机羧酸的乙烯酯与有机羧酸(其乙烯酯具有比前述乙烯酯反应物更低的沸点)乙烯基转移而制备有机羧酸的乙烯酯的乙烯基转移反应。汞盐由于汞基化合物的毒性特征而不再使用。
文献提出乙烯基转移反应的优选催化剂为汞-基化合物和钯-基化合物。酯交换公开于McKeon等人，Tetrahedron，第28卷，第227页，1972，第I部分中。McKeon等人显示在液相分批方法中使用钯催化剂的乙烯醚与醇之间乙烯基互换反应。氮配体用于稳定催化剂(吡啶)。还参见McKeon等人，Tetrahedron，第28卷，第233页，1972，第II部分，其中公开了与单齿配体配位的乙酸钯苯或乙酸钯联苯的催化剂前体用于稳定。然而，所得催化剂是无效的。制备的两种催化剂为二乙酰(2,2'-联吡啶)钯(II)和二乙酰(1,10-菲咯啉)钯(II)。月桂酸乙烯酯使用与2,2'-联吡啶的乙酰钯配合物由月桂酸和乙酸乙烯酯制备。Schultz等人，Journal of Catalysis，16(1970)133-147讨论了使用氯化钯(II)催化剂将乙酸乙烯酯催化分解成乙酸和醛。钯催化剂更具体地应用于乙烯基转移，如Smidt等人的美国专利Nos.3,188,319，Young的3,755,387，和Kawamoto等人的4,425,277，以及Ketterling等人，Applied Catalysis，66(1990)123-132，Waller，ChemicalIndustries(Dekker)1994，53(Catalysis of Organic Reactions)，第397页，Molecules，1999年5月1日(Iranian Paper)，欧洲专利No.EP376075，和Mitsubishi Rayon Co.Ltd.的日本专利Nos.JP1994-9492A，Fuso ChemicalCo.Ltd.的JP1995-138203，和Nippon Steel Chemical Co.，Ltd.的JP1999-171837所述。Smidt等人的美国专利No.3,188,319，进一步公开了铂和铑催化剂在由金属氯化物或乙酸盐前体形成以后在各种羧酸在不具有溶剂的液相中较不有效地乙烯基转移中的用途。Ketterling等人公开了作为不饱和和饱和羧酸的乙烯基转移催化剂的乙酸钯二亚胺配合物，例如与2,2'-联吡啶的乙酸钯配合物。Sabel等人，Chem.Ber.102，2939-2950，1969描述了用于催化乙烯基转移反应的Pt(II)和Rh(III)。Kawamoto等人的美国专利No.4,425,277，公开了一种使用催化剂(如乙酸钯)和氧化还原剂的组合制备羧酸(如苯甲酸)的链烯基酯的方法。制备羧酸乙烯酯的乙烯基转移还教导于日本专利Nos.JP2002-322125和JP2002-322126，Japan Vam&Poval Co.，Ltd.中，所述文件描述了将反应物、乙酸钯催化剂和乙酸锂助催化剂结合在一起并使混合物在65℃下反应。
钌催化剂在乙烯基转移中的用途也是本领域中已知的。参见Murray的美国专利No.，5,155,253，，以及Murray&Lincoln，Catalysis Today，13(1992)93-102，其提供了先前专利的概要，和Chem Systems VinylNeodecanoate(90S8)，1992年2月，其提供了钌乙烯基转移的回顾以及演说了铂催化的乙烯基转移。Murray的美国专利No.4,981,973，公开了钌组合物是大量Bronsted酸和Bronsted酸衍生物的有用乙烯基转移催化剂。然而，Murray方法要求一氧化碳气氛，这需要谨慎地处理。
苯甲酸和其它酸与取代炔烃的液相分批乙烯基转移的用NaOAc添加剂的铱催化由Nakagawa等人描述于Tetrahedron Letters44(2003)103-106中。铱催化剂由[Ir(cod)Cl]2前体形成。
Mokhtarzadeh等人的美国专利No.5,210,207，教导了通过反应性蒸馏连续乙烯基转移。Mokhtarzadeh等人公开了一种通过第一Bronsted酸的乙烯基衍生物和第二Bronsted酸的乙烯基转移反应形成的Bronsted酸制备大量乙烯基衍生物的方法，其中乙烯基产物酯比乙烯基反应物酯的挥发性更小。特别是，Mokhtarzadeh等人教导了使乙酸乙烯酯与苯甲酸反应以制备苯甲酸乙烯酯或使乙酸乙烯酯与2-乙基己酸反应以制备2-乙基己酸乙烯酯。特别是参见实施例4和8。Mokhtarzadeh等人进一步提供从塔中取出反应产物以避免回流并因此有助于反应性蒸馏方法；使反应物再循环至反应器中。公开了基于液相反应介质的重量约30,000ppm至约0.01ppm的钌催化剂浓度和约20至约300℃的反应温度，其中50-75ppm的钌浓度和125-135℃的温度公开于实施例4和8中，140-145℃的温度公开于实施例3中。然而，Mokhtarzadeh方法实现差的收率。
Tanner等人的美国专利No.6,891,052，教导了使用羧酸锌催化剂和乙炔气形成乙烯酯。Tanner等人教导了在约205℃下的分批操作。参见实施例1和2，其例示了新癸酸乙烯酯的合成。
Packett的欧洲专利No.0648734A1公开了在钯铜盐催化剂的存在下直接由乙烯合成高级乙烯酯，但实现非常低的收率。参见实施例2-11、22、26-27、29-32、36-39和41-43，其中2-乙基己酸乙烯酯以至多69%的收率制备；实施例12，其公开了丁酸乙烯酯的制备；实施例18、25和34，其中公开了至多37%的收率的新癸酸乙烯酯合成；实施例19和35，其中公开了21%的收率的苯甲酸乙烯酯合成；实施例20-21，其中公开了组合收率为至多46%的己二酸乙烯酯化合物混合物的合成。
美国专利No.5,223,621和EP0494016B1，Vallejos等人教导了羧酸(包括苯甲酸)与VAM在并入回流的体系中在催化剂和配体的存在下的乙烯基转移。Vallejos等人公开了以约3:1的2,2'-联吡啶:乙酸钯(II)摩尔比原位形成的乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶配合物催化剂。特别参见实施例6和8。在实施例8中，Vallejos等人描述了使用8721ppm钯当量每kg苯甲酸和5:1的VAM:酸比。在6小时的反应时间以后，根据Vallejos等人的方法实现89%的收率。Vallejos等人公开的乙烯基转移反应提供0.12kg VB/g Pd的TON。然而，乙酸钯(II)和2,2'-联吡啶的组合使用仅描述于实施例6中。Vallejos等人教导的催化剂回收涉及钯从反应介质中沉淀和过滤，其后通过蒸馏取出产物。反应温度保持在100℃或以下以保持催化剂稳定性。
Waller的美国专利No.5,214,172，公开了羧酸的催化乙烯基转移以形成乙烯酯。Waller进一步教导了反应物，包括乙酸乙烯酯和脂族和芳族单羧酸在作为与芳基含氮配体(如2,2'联吡啶或1,10-菲咯啉)配位的乙酸钯引入反应混合物中的钯催化剂的存在下反应。然而，Waller仅提供了硬脂酸和二羧酸(包括癸二酸、己二酸、戊二酸和琥珀酸)的乙烯基转移的工作实施例，并发现具有2,2'-联吡啶和1,10-菲咯啉的催化剂配合物对于与二羧酸一起使用而言是无效的。
Mao的美国专利5,741,925，教导了环烷酸例如与乙烯酯(如乙酸乙烯酯)的乙烯基转移，所述环烷酸分类为式CnH2n-zO2的一元羧酸，其中n表示碳数，且z对饱和无环酸而言为0，对单环酸而言为2。Mao等人的方法主要涉及C10-C20羧酸，如权利要求2和8所证实。Mao等人的乙烯基转移方法中所用催化剂包括与一种或多种芳基含氮配体如1,10-菲咯啉或2,2'-联吡啶配位的乙酸钯。Mao等人进一步教导催化剂可经数次使用再循环。
从前文中，显然现有方法使用有毒的催化剂如汞催化剂和/或不适于经济可行的工业规模操作。此外，存在关于在半连续操作中以高选择性、高转化率和在短反应活动时间内由VAM和其它羧酸的反应制备乙烯酯的经济可行催化剂的未满足的需要。
发明概述
本发明所述新半连续乙烯基转移方法会产生与常规分批反应设置相比通向乙烯酯单体的更经济路线。
因此，在本发明第一方面中提供由其相应的羧酸选择性形成乙烯酯的半连续方法，在形成方法中，将羧酸和乙酸乙烯酯供入反应器中并在反应混合物中在均相乙烯基转移催化剂的存在下反应以形成乙烯酯产物和乙酸。优选将乙酸和乙酸乙烯酯连续地从反应混合物中取出并将至少一部分乙酸乙烯酯与乙酸分离并再循环至反应混合物中。可定期地将反应混合物作为粗乙烯酯产物混合物取出并可将提纯的乙烯酯产物与残余羧酸、残余乙酸乙烯酯、残余乙酸和均相乙烯基转移催化剂分离。
在各个实施方案中，本发明方法的特征通常在于羧酸以至少80摩尔%的选择性转化成乙烯酯产物，和含有小于15重量%乙酸的粗产物混合物。这些特征可通过选择催化剂和羧酸反应物以及通过控制酯化反应条件、至反应混合物中的进料、乙酸从反应混合物中的取出和乙酸乙烯酯与反应混合物的分离和再循环而实现。
本发明的其它方面和优点描述于以下详述和权利要求书中。
附图简述
下面参考附图详细地描述本发明，其中类似的数字表示类似的部件，在图中：
图1为阐述适于制备乙烯酯的半连续设备的工艺流程图；
图2为阐述通过萃取提纯羧酸的本发明实施方案的工艺流程图；和
图3为阐述通过氢化，其后萃取而提纯羧酸的本发明另一实施方案的工艺流程图。
发明详述
下面参考几个实施方案和大量实施例详细描述本发明。这类讨论仅用于阐述。在所附权利要求书中所述本发明精神和范围内的具体实例的改进容易为本领域技术人员获悉。本文所用术语以其与下文即刻陈述的典型定义一致的普通含义给出。
除非使用或文中另外明确指出，百分数、%等指摩尔百分数。
过渡短语“基本由…组成”限制对具体材料或步骤的要求范围“和不实质上影响所要求保护的发明的基本和新特征的那些”。如本文关于方法权利要求所用，“基本由…组成”意指步骤以所述顺序进行且不包括涉及中间体或最终产物的实质反应的其间步骤；例如中间步骤不涉及大于约10%的中间产物的反应。关于产物权利要求，“基本由…组成”和类似术语指所述组分且不包括会实质上改变组合物或制品的基本和新特征的其它成分。除非另外指出或容易明白，当组合物或制品包含90重量%或更多所述组分时，组合物或制品基本由所述组分组成。即，该术语不包括大于10%未描述组分。
“铂系金属”意指并包括铱、锇、钯、铂、铑和钌。
如本文所用，提及钯含量与催化剂或催化剂配合物含量不同在于钯含量指为钯金属原子的催化剂或催化剂配合物的重量或摩尔分数。
“选择性”指相对于消耗的羧酸的所得乙烯酯的量且表示为基于转化羧酸的摩尔%。乙烯酯(VE)选择性使用以下方程式由气相色谱(GC)数据计算：
其中输入的摩尔CA=载入反应器中的羧酸的摩尔数，输出的摩尔CA(GC)=基于GC数据反应以后羧酸的摩尔数，且输出的摩尔VE(GC)=基于GC数据反应以后乙烯酯的摩尔数。
“转化率”指反应中消耗的反应物的分数且表示为基于进料中初始羧酸(反应物)的质量%。羧酸(CA)转化率使用以下方程式由气相色谱(GC)数据计算：
其中质量CAfeed=载入(称重装入)反应器中的羧酸的质量，且输出的质量CA(GC)=基于GC数据反应以后羧酸的质量。
“收率”指相对于形成的乙烯酯的转化羧酸的量并可通过使用如下方程式测定：
其中选择性和转化率如上所述测定。作为选择，收率可通过形成的酯的摩尔数除以供入的羧酸的摩尔数，乘以100而测定。
催化剂活性在本文中可使用以下方程式通过转化数(Turn OverNumber，TON)测定：
TON通常指通过催化剂中所含每个金属原子产生的所需产物的平均量，同时催化剂进料保持活性。术语“Pd的克数”指装入反应器中对于各个生产周期再循环至反应器中的初始钯质量。TON也可计算为经具体生产周期数每克装入的钯形成的产物千克数。如本文所用，除非另外指出，半连续反应器的初始TON指对于一个新鲜和两个再循环程每克起初装入的钯形成的产物。
如本文所用，每小时催化生产率指作为所用催化剂量的函数的产物形成速率且类似于空时收率。每小时催化生产率以kg乙烯酯/小时/gm催化剂金属报告并如下计算：
其中总反应时间为计算TON的所有活动或周期的反应时间之和。就本申请而言，总反应时间就八个16小时活动计算，产生128小时的总反应时间。
如本文所用，术语“反应混合物”指反应器中的含有试剂、催化剂和任选溶剂的液体物质。
本领域已知的各种羧酸可在本发明方法中用于形成相应的乙烯酯。适用于本发明中的酸可包括但未必限于如下酸的乙烯酯：2-乙基己酸、苯甲酸、新癸酸、丙酸、丁酸、戊酸、庚酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、硬脂酸和棕榈酸。
优选在本发明方法中产生的乙烯酯包括2-乙基己酸乙烯酯(V2EH)、苯甲酸乙烯酯(VB)、新癸酸乙烯酯(NAVE-10)、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、庚酸乙烯酯、丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯和棕榈酸乙烯酯。
作为选择，乙烯基转移方法可用羧酸和不同于乙酸乙烯酯的乙烯酯作为原料，或用羧酸和乙烯酯混合物进行。合适的乙烯酯包括所有上述乙烯酯以及各上述乙烯酯的同系物系列和脂肪酸酯如月桂酸乙烯酯。
新癸酸为新酸家族中的一员。新酸为高度支化脂族羧酸。通常，新酸为包含四取代的α碳的三烷基乙酸。取代α碳上的烷基产生位阻效应，即妨碍新酸反应的能力。甲基取代的α碳新酸为最小受阻的新酸。新酸的反应性主要取决于新酸的分子量和结构。通常，α碳上的烷基的分子量越大，位阻效应越大且新酸的反应性越小。新癸酸特别是平均分子量为约172g/摩尔的C12H20O2异构体的混合物。这类异构体的两个实例显示于下面。
本发明乙烯酯衍生自具有以下通常结构的新癸酸：
式I
其中R1和R2为烷基，其一起通常可集合性地，即平均含有约7个碳原子，且R3通常为甲基。新癸酸乙烯酯指酸基团中具有平均10个碳原子的饱和支化单羧酸的乙烯酯。
本发明方法包括作为半连续方法在回流温度下反应性蒸馏。将羧酸如2-乙基己酸(2-EHA)、苯甲酸(BA)或新癸酸(C-10)；乙酸乙烯酯；和乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶催化剂配合物装入反应器中。将反应期间形成的副产物乙酸作为蒸气与乙酸乙烯酯蒸气一起连续地从反应器中取出。使副产物蒸气通过分馏装置以回收过量乙酸乙烯酯，使其再循环返回反应器中。通过在大气压力或缓和真空(例如约500-760mm Hg)下蒸馏而回收过量乙酸乙烯酯。随后通过真空蒸馏回收副产物乙酸。最后，在降低的压力下回收产物乙烯酯。催化剂和未转化羧酸保持具有非常少量的产物，提供每反应时间最少15次催化剂再循环。从该方法中回收的乙烯酯通常为至少95%纯。可保留痕量乙酸。该方法实现较高的生产率。乙烯基转移反应通常通过以下所示典型化学式描述。
式III
催化剂制备.几种催化剂可用于乙烯基转移，如McKeon等人，Tetrahedron，第28卷，第227-238页，1972所公开的。这些催化剂可包括与单齿或二齿配体如吡啶、三乙基膦、三苯基膦、2,2'-联吡啶和1,10-菲咯啉配位的简单强酸Pd(II)盐，例如PdCl2，和弱酸Pd(II)盐，例如乙酸钯(II)。顺式乙酸钯配合物显示出特别稳定，且二齿配体显示出比单齿配体更有效。有效催化剂的一些实例包括二乙酰(2,2'-联吡啶)钯(II)、二乙酰(1,10-菲咯啉)钯(II)、二乙酰-(N,N,N',N'-四甲基乙二胺)钯(II)和二乙酰(P,P,P',P'-四苯基-l,2-二膦基乙烷)钯(II)。催化剂使用如JCS(T.A.Stephenson，(Mrs.)S.M.Morehouse，A.R.Powell，J.P.Heffer，和Wilkinson，J.C.S.，3632-3640(1965))所报告的标准程序由反应性蒸馏方法分开地制备。
从反应区中连续取出乙酸.借助VAM将乙酸从反应区中连续地取出以使式II或式III的平衡转移至右边。乙酸和VAM的二元混合物降低了乙酸蒸发的温度，容许在本发明所用催化剂的去活化温度以下的温度下取出乙酸。将大于约90至95重量%的所形成的乙酸从反应区中取出。
VAM再循环和较低VAM浓度的使用.蒸馏出VAM并供回反应区中，其容许使用比现有技术公开的更低的VAM/反应物羧酸摩尔比。用本发明方法，所需VAM的量接近基于化学计量的理论比，因此降低或消除反应区中对过量VAM的需要。反应区中VAM与羧酸的摩尔比为至少1:1至小于9:1。
转化率.每程将最小75重量%的进料羧酸转化成乙烯酯。产物选择性基于装入反应中的羧酸为大于99摩尔%。实现的转化数(TON)为至少20kg乙烯酯/克钯，同时催化剂不去活化。
反应器设计.常规连续搅拌釜反应器(CSTR)与大量蒸馏塔组合可用于本发明方法中。特别是连接在CSTR上的小蒸馏塔的使用提供最小的VAM回流，减少乙烯酯在乙酸料流中的损失。因此，这种设计改进了方法经济性。
回流比和流速.本发明方法容许在反应区塔中使用最小化的回流比。从方法中回收的VAM为99.9%纯的，并可立即再用于反应中。VAM循环比为约0.5:1至约7:1。
催化剂浓度.提供基于羧酸反应物的质量提供约150至约2325ppm当量钯的量的催化剂。优选催化剂金属的浓度为250-2000ppm，在一些实施方案中为500-1000ppm钯。实现250ppm Pd以下的钯(Pd)浓度，同时保持70重量%以上的转化率值，例如实现低至130ppm Pd的浓度。作为选择，活性碳载体上的钌(Ru)可用作非均相催化剂。
反应条件.本发明方法的反应温度低于常规方法。反应在大气压力下进行。反应温度可以为约80至约120℃。优选反应温度保持在约90至约110℃。然而，低催化剂浓度需要较高的反应温度。装入反应器中的乙酸乙烯酯与反应物羧酸的摩尔比为约2.2:1至约9:1。比可以为小于约4:1，且在一些情况下实现小于2:1的比。反应时间取决于催化剂浓度和乙酸取出速率为小于约3至约36小时。
连续抑制剂加入.将抑制剂加入反应和粗和提纯产物中以防止乙烯酯聚合。不加入抑制剂，则可发生副反应，产生乙烯酯反应物和/或产物的均聚物或共聚物。这类反应影响质量和收率并具有不利的安全性牵连。可使用任何合适的抑制剂，例如氢醌(HQ)、甲氧基氢醌(MeHQ)、丁基化羟基甲苯(BHT)、叔丁基邻苯二酚(TBC)或吩噻嗪。
乙酸-VAM混合料的共产生.该方法产生富含乙酸的混合物。将该混合物从方法中取出并可直接使用或在VAM装置中进行最少的加工。作为选择，可将乙酸与混合料分离。副产物乙酸可在随后的方法中用作反应物。使用本发明Pd催化剂配合物的实验产生回收混合物中0.5:1-14.4:1的VAM:乙酸摩尔比。优选从反应混合物中取出的乙酸乙烯酯:乙酸摩尔比为约1.5:1至约10:1或约1:1至约9:1。更优选，方法产生约2:1至约7:1的VAM:乙酸摩尔比；甚至更优选，方法产生2.5:1-6:1的VAM:乙酸摩尔比。
在乙烯基转移反应器之上的小蒸馏塔.VAM回流的最小化降低了所产生的酯(VB、V-2-EH或NAVE-10)在乙酸到达料流中的损失。小蒸馏塔的并入容许该最小化并因此改进方法经济性。
羧酸试剂的提纯.令人惊讶的是，在一些情况下，发现另外证明高纯度水平的羧酸试剂含有导致催化剂在乙烯基转移期间去活化的杂质。这些杂质可包括具有醇官能团的化合物；具有酯官能团的化合物；具有烯烃官能团的化合物；具有过氧化物官能团的化合物；硫；和其它电正性金属。令人惊讶的是进一步发现大量提纯方法可有效减少这些杂质。这些方法可包括闪蒸；分馏；萃取，例如水洗(即用水多级萃取)；氢化；及其组合。优选提纯方法包括至少萃取，其中将羧酸重复地水洗约1/2至约2小时并经受相分离。在一些实施方案中，提纯方法为氢化，其后水洗。选择用于氢化的催化剂对至少50氢化周期而言保持活性，且可以为碳载体上的钯。提纯的羧酸区别于不纯或粗羧酸之处可在于它的特征是小于20毫摩尔Br2/g，优选18毫摩尔Br2/g或更少，仍更优选小于10毫摩尔Br2/g的溴值；小于200ppm，优选小于100ppm，仍更优选小于20ppm的过氧化物值；或大于30分钟，优选大于60分钟，最优选大于120分钟的高锰酸盐时间。
实施例
实施例1和2：V-2-EH和VB的按比例扩大研究和中试运行
使用下文进一步详细讨论的实验室规模实验中产生的催化剂寿命和再循环数信息设计实验以测试催化剂寿命，确定可实现的最高转化数(TON)和研究产物提纯和分离。按比例扩大使用半连续反应路线进行。
设备描述
乙烯基转移使用图1所示类别的半连续设备进行。反应系统10主要包含进料容器20；具有小填充塔24的搅拌反应器22；包含上部精馏段26和下部汽提段28的第二填充塔，其配置以接收来自反应器22的汽化组分；搅拌再沸器30；冷凝器32；和馏出物接收器34。反应器22、蒸馏塔26、28、再沸器30和冷凝器32的温度通过本领域中已知的常规方法控制。至反应器22和小塔24的流速也通过常规方法控制。
进料容器20含有通过管线40装入反应器22中的预混合进料。将纯VAM经由管线56连续装入塔24的顶部。将在馏出物接收器34中回收的经蒸馏的VAM经由管线54连续供入反应器22中，这帮助保持反应温度。离开反应器22的蒸气经由管线42进入第一塔24中。经由蒸气取出管线44离开第一塔24的蒸气进入上部精馏段26与下部汽提段28之间的第二蒸馏塔中部。向上通过精馏段26的蒸气组分由管线46指出，向下通过汽提段的蒸气组分由管线48指出。经由管线50离开精馏段26的较轻组分在冷凝器32中冷凝，并经由管线52收集到接收器34中。较重组分经由管线58离开蒸馏塔的汽提段28并收集到再沸器30中。反应器22和再沸器30的内容物在循环结束时分别在60和62处取出。
实验程序
将整个装置用氮气冲洗。将用于2-EHA实验的催化剂配合物分成两等份；一份待装入反应器22，另一份待装入进料容器20。首先将羧酸、乙酸乙烯酯、催化剂配合物(用于2-EHA程的催化剂配合物的一半)和氢醌装入反应器22中。类似地，首先将乙酸乙烯酯和氢醌装入再沸器30中。制备乙酸乙烯酯和2,2'-联吡啶的混合物；和对于V-2EH程2-乙基己酸、催化剂配合物和氢醌的混合物并储存于进料容器20中。
将反应器22中的反应物质和再沸器30的内容物加热至乙酸乙烯酯的沸点。进一步加热反应器22中的反应物质直至VAM开始通过蒸气取出管线44蒸馏出。从第一塔24中排放出的VAM和乙酸的蒸气混合物进入再沸器30之上的第二塔26、28中。将再沸器30保持在总回流条件下直至来自反应器22的蒸气混合物到达蒸馏塔26、28，同时改变回流并保持在0.6值下并将经蒸馏的VAM收集到馏出物接收器34中。
当反应器22温度达到78-80℃时，开始至第一塔24的VAM进料。
反应器22的反应温度经约45分钟期间从72℃缓慢上升至100℃。当反应温度达到98℃时，将经蒸馏的VAM经由管线54供入反应器22中。调整速率以将反应温度保持在100-101℃。反应在该温度下继续直至实现所需CA转化率。
然后进料容器20将预混合进料以经蒸馏的VAM再循环速率的约一半的速率供入反应器22中，直至消耗所有进料。然后将进料容器20用少量来自馏出物接收器34的VAM冲洗。总进料时间为至多约11-12小时。在该时间期间，将反应温度保持在100-101℃。
反应在100-101℃下继续直至得到所需CA转化率，同时连续蒸馏和VAM以所需速率再循环。
在反应以后，将再沸器30的内容物，和然后反应器22的内容物冷却。取出反应器22、再沸器30和馏出物接收器34的内容物并称重。
反应混合物的加工
将反应混合物装入本领域技术人员已知类别的旋转式蒸发器(未显示)中。起初，蒸发器条件为300毫巴真空和75℃的温度。使VAM和乙酸蒸馏出并收集。当蒸馏速率降低时，将真空降至100毫巴并将温度提高至85℃。收集馏出物。馏出物含有VAM、乙酸和少量乙烯酯产物。对于苯甲酸乙烯酯，在这点上，将热反应物质转移至本领域已知类别的搅拌套管结晶器(未显示)中。
对于2-乙基己酸乙烯酯，蒸馏进一步减慢，并将压力降至10毫巴并将温度提高至90℃。使V-2-EH蒸馏并分开地收集。该馏出物主要含有V-2-EH和少量乙酸和2-EHA，在本文中指定为粗V-2-EH。
当蒸馏停止时，将内容物冷却并释放真空。保存残余物用于再循环。该残余物主要含有2-EHA、少量V-2-EH和催化剂。
未反应BA的结晶
将从旋转式蒸发器中转移的反应物质在结晶器中冷却并保持数小时。将淤浆取出并经真空过滤器过滤。将BA的固体半干滤饼称重并保存BA的固体滤饼用于下一周期中的再循环。将母液称重并转移至常规蒸发器(未显示)中用于VB的回收。
VB的回收
施加8-10毫巴的真空。使温度上升至85-97℃。使VB蒸馏出并分开地收集。馏出物主要含有VB和少量乙酸和BA。这在本文中指定为粗VB。继续回收直至蒸馏釜中开始出现固体BA，此时停止阶段回收。
当蒸馏停止时，内容物冷却并释放真空。保存未反应的BA&催化剂残余物用于再循环。该残余物主要含有BA、少量VB和催化剂。
粗乙烯酯的提纯
将粗V-2-EH或VB装入在真空下的常规分馏塔(未显示)。作为稳定剂加入约50ppm的HQ。施加至多约50-60毫巴的真空，并加热粗物料。蒸馏在约65-70℃下开始。馏出物以设置为1的回流收集。该馏出物含有VAM和乙酸并再循环至反应器22中。
分别当温度达到80-85℃(V-2-EH开始蒸馏时的温度)时，或当温度达到94-95℃(VB开始蒸馏时的温度)时，将压力提高至8-10毫巴。在除去小的初馏分(前馏分)以后，收集主要纯乙烯酯馏分。前馏分在下一提纯中再循环。取出来自提纯的重质尾部馏分并保存用于下一反应周期中再循环。纯馏分对于V-2-EH为大于99.6%纯度，对于VB为大于99.8%纯度，并在其它质量试验中证明低酸值(小于1)和APHA值(小于15)。
将甲氧基氢醌(MeHQ)以30mg/kg乙烯酯的浓度加入称重量的纯乙烯酯中。将它良好地混合并储存于冷的干地方。可选抑制剂可包括氢醌(HQ)、丁基化羟基甲苯(BHT)、叔丁基邻苯二酚(TBC)、二苯胺、吩噻嗪或受阻酚如NALCOTM聚合抑制剂。
再沸器混合物的加工
将预先称重的再沸器30内容物和如上所述收集的VAM&乙酸馏分装入常规分馏装置(未显示)中。施加至多525毫巴的真空。将内容物加热至沸腾(60℃)，此时VAM开始蒸馏出。起初将系统保持在总回流下。当温度稳定在55℃时，在回流(60:40比)下开始VAM收集。继续VAM收集直至温度达到70℃。将系统保持在总回流下，压力缓慢降至300毫巴并使系统稳定。然后在回流下继续VAM收集。通过加入30ppm HQ稳定经蒸馏的VAM。该回收的VAM在下一反应周期中再循环。
一旦VAM馏分结束，将真空降至325毫巴，使乙酸蒸馏并在回流下收集。
反应混合物的分析测定乙酸含量在苯甲酸乙烯酯的制备中为12重量%以下，在2-乙基己酸乙烯酯的制备中为小于10重量%。
关于使用二乙酸钯(II)、2,2'-联吡啶催化剂的V-2-EH和VB所得结果显示于表1中。如关于下表5的讨论所示，附加周期提高了通过本发明方法实现的TON。大于20kg乙烯酯/g Pd的TON通过用该实验的催化剂进行另一再循环程而实现。催化剂活性通过测试与乙烯酯产物分离的一部分催化剂而证实。将催化剂与已知量的羧酸和乙酸乙烯酯结合并在反应条件下保持在高压釜中3小时。大于30重量%的转化率证实了持续的催化剂活性。
表1.乙烯酯制备反应性能
注释：催化剂在再循环以后为活性的。
两个乙烯基转移反应中对乙烯酯产物形成的选择性接近100%。通过气相色谱(GC)和气相色谱-质谱(GC-MS)技术分析中没有检测到杂质。
产物提纯和产物规格：
两个中试装置程中分离的粗产物为95%纯度。其余5%为2-EHA或BA以及一些痕量乙酸。使粗产物经受在降低的压力下分馏。压力和温度设置为10毫巴和80℃，回流比为1:2。通过GC分析指导分馏程序。在两种情况下分离具有所需质量的产物。将产物V-2-EH和VB通过并入30ppmMeHQ而稳定。注意到，与2-EHA的228℃沸点相比，V-2-EH的沸点为185.3℃。分离具有如下规格的产物。
表2.来自中试装置程的乙烯酯产物分析
在产物提纯期间，分离具有非常低酸值的两种产物。因此，避免了产物的含水加工以除去酸性。
实施例3：催化剂制备
使用乙酸钯和二齿配体如2,2'-联吡啶制备催化剂。该催化剂一般使用甲苯作为溶剂制备。将乙酸钯(II)在甲苯中加热至80℃。经1小时期间加入2,2'-联吡啶的甲苯溶液。反应继续2-4小时，然后将催化剂反应混合物冷却。乙酸钯(II)与2,2'-联吡啶的摩尔比为约1:1.1-1:1.4的催化剂配合物作为固体沉淀。在使用以前将沉淀物过滤，用甲苯洗涤并在降低的压力下干燥。
使用不同的二齿配体如1,10-菲咯啉制备另一催化剂。1,10-菲咯啉甚至在高温下在甲苯中的溶解度是可忽略的。因此，代替甲苯，使用乙腈(非常极性溶剂)制备催化剂配合物。可用于制备本发明催化剂的可选溶剂包括甲苯、乙腈、二甲苯、苯、己烷和环己烷。将该催化剂的性能与通过使用2,2'-联吡啶作为二齿配体制备的催化剂比较。
使用单齿配体如吡啶以制备二乙酸钯(Il)-联吡啶配合物，或喹啉以制备二乙酸钯(Il)-联-喹啉配合物而制备另一组催化剂。在两种情况下，使用甲苯作为溶剂。当吡啶用作单齿配体时，催化剂不能以粉末形式分离，所以它以具有甲苯的溶液使用。成功地分离含喹啉催化剂。测试催化剂配合物并与联吡啶配合物的使用比较。
根据以下方程式计算各实验的钯含量，以基于装入的羧酸质量的ppm表示。
实施例4-7：使用用二齿配体制备的催化剂对乙烯基转移反应的影响
催化剂通过使用1,10-菲咯啉作为二齿配体制备。所制备的催化剂为二乙酸钯(II)-1,10-菲咯啉配合物。催化剂以固体形式分离，干燥并用于反应中。
V-2-EH程以基于批料体系中的2-EHA质量626ppm的钯浓度进行。在100℃下运行6小时以后，实现的转化率为84.26%。VB程也以基于批料体系中的BA质量626ppm的钯浓度进行。在100℃下运行6小时以后，实现的转化率为75.56重量%。在两个程中，乙酸乙烯酯以4:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比提供。各程的催化剂性能与通过使用二齿联吡啶配体制备的催化剂相等。
表3.配体对乙烯基转移的影响
注释：联喹啉配合物由于反应不成功而未显示于上表中。
实施例8和9：使用5%Ru/活性炭的乙烯基转移反应的研究
使用2-EHA作为基质以半连续模式研究反应。温度保持在135℃。Ru/活性炭以基于2-EHA的质量500ppm Ru的浓度加入。VAM以2:1的VAM:2-EHA摩尔比提供。氢醌以459ppm的浓度在反应器中提供。
图1所示类别的设备用于实施例8，其中反应器(1)具有3升容量，且再沸器(5)具有2升容量。首先将整个装配用氮气冲洗。将材料，包括2-EHA(2160gm)&催化剂(61gm)(Ru/活性炭)连同HQ(1gm)称重并装入反应器和进料容器中。开始反应混合物的搅拌和加热。反应温度经约3小时期间提高至130℃，此时将VAM以2.3ml/min的速率装入反应器中。经蒸馏的VAM连续地再循环至反应器中，将反应物质温度保持在约125-130℃。在8小时以后，观察到2-EHA至V-2-EH的仅5重量%转化率。
类似地，在实施例9中以分批模式研究反应，其中将VAM&2-EHA混合物(4摩尔:1摩尔)在基于2-EHA的质量500ppm Ru/碳的存在下加热。反应容积为3.16L。程序与以上关于分批模式反应所述相同。在反应8小时以后，观察到2-EHA至V-2-EH的47.48重量%转化率。此时，形成2.85摩尔V-2-EH，得到0.15kg V-2-EH/升反应器容积的反应器生产率。
实施例10-13：对比例：使用氧化还原体系的分批模式反应中乙烯基转移的研究
实施例10：二乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶+Cu(Ac)2+溴化钾体系
程在约65-67℃下在上述催化剂体系的存在下使用4:1摩尔比的VAM和2-EHA以分批模式进行24.5小时。所用钯浓度为基于2-EHA的质量500ppm钯。甚至在反应24小时以后，没有观察到显著的2-EHA转化率。反应混合物不溶于高极性溴化钾中。
实施例11：乙酸钯钯+CuCl2+乙酸钾体系
程在约65-67℃下在上述催化剂体系的存在下使用4:1摩尔比的VAM和2-EHA以分批模式进行22小时。所用钯浓度为基于2-EHA的质量500ppm钯。实现的最大转化率为41.92%2-EHA。反应混合物不溶于高度极性乙酸钾中。
实施例12：乙酸钯+Cu(Ac)2+溴化钾体系
程在约65-67℃下在上述催化剂体系的存在下使用4:1摩尔比的VAM和2-EHA以分批模式进行24小时。所用钯浓度为基于2-EHA的质量500ppm钯。实现的最大转化率为14.75重量%2-EHA。反应混合物不溶于高度极性溴化钾中。
实施例13：PdCl2+FeCl3+碳酸镁体系
程在约65-67℃下在上述催化剂体系的存在下使用4:1摩尔比的VAM和2-EHA以分批模式进行22小时。所用钯浓度为基于2-EHA的质量500ppm钯。实现的最大转化率为43.88重量%2-EHA。反应混合物不溶于碳酸镁中。
表4.使用氧化还原体系的乙烯基转移
实施例14-21：催化剂再循环程
随乙烯酯产物回收用于在反应性蒸馏(半连续装置)中制备V-2-EH的催化剂配合物(二乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶)并在回收以后使催化剂再循环7次。每批2-EHA(432gm2-EHA每程)所用的钯浓度基于2-EHA的质量为2325ppm。乙酸乙烯酯以6.2∶1的VAM:2-EHA摩尔比提供。75重量%转化率所需的时间为小于3小时。如下表5所示，转化数(TON)随附加周期稳定提高且催化剂保持活性。
实施例22-35：杂质对催化剂再循环的影响
随乙烯酯产物回收用于在反应性蒸馏(半连续装置)中制备新癸酸乙烯酯(NAVE-10)的相同催化剂配合物(二乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶)，并在回收以后使催化剂再循环10次。在反应以前不提纯C-10进料。每批新癸酸(C-10酸；200gm/程)所用的钯浓度保持在基于C-10酸的质量750ppm。蒸馏的乙酸乙烯酯以6:1的VAM:C-10酸摩尔比提供。反应步骤在5L高压釜中在100℃下操作10小时。将反应混合物冷却，称重并取样用于GC分析。然后使用旋转式蒸发器回收乙烯酯。残余物再循环用于下一反应周期。将反应混合物用足够的C-10酸补充以保持每程相同的量，并将催化剂用每程10ppm补充。如下表6所示，催化剂快速减活。
表6.C-10酸杂质对半连续乙烯基转移成新癸酸乙烯酯的影响
重复关于实施例22-24所述的方法，不同之处在于将新癸酸在反应以前提纯。如下表7所示，转化数(TON)随着附加周期而稳定提高，且催化剂保持活性。转化率随着随后的周期保持稳定。产物中测量的最高乙酸浓度在第十次再循环中为6.91重量%。
表7.催化剂再循环对使用预处理的C-10酸反应性蒸馏乙烯基转移成新癸酸乙烯酯的影响
表7.催化剂再循环对使用预处理的C-10酸反应性蒸馏乙烯基转移成新癸酸乙烯酯的影响，续表
实施例36-42A：新癸酸提纯
一般而言，C-10酸可以以99.5-99.9%纯度得到。然而，发现在一些情况下，粗羧酸中的杂质会在相继的周期中毒害催化剂。这些杂质被认为包括C-10酸制备期间形成的二聚物、三聚物、二元/多元醇和壬烯的酯，以及在C-10酸的制备中随原料引入的杂质。为补救该情况，开发了通过共沸蒸馏提纯新癸酸的方法和催化氢化方法。
不愿受任何具体理论束缚，认为催化剂毒害通过多种杂质发生，包括烯烃类杂质，包括链烯烃杂质、醇杂质、酯杂质、硫和其它电正性金属，可氧化杂质，一般包括例如不饱和化合物和醛。
下面描述各种提纯方法并汇总于表8中。注意到未提纯(粗)C-10酸作为实施例36用于比较。
关于经提纯的酸测定的特征包括溴值和过氧化物值。溴值的测定主要用于测定C-10酸中存在的双键组分，而过氧化物值也是必须的以预测催化剂稳定性。制备溶液并对如下步骤I)和II)所述两个程序标准化。用于测定溴值和过氧化物值的分析程序也在下面提供。
I)溶液的制备
根据本领域中已知的程序制备如下溶液：
●硫代硫酸钠的0.1N溶液。
●在沸蒸馏水中的1%淀粉溶液。
●在蒸馏水中的10%KI溶液(在100ml水中的10gm KI)。
II)标准化：硫代硫酸盐溶液的规度
将0.05g K2Cr2O7溶于50ml蒸馏水中，向其中加入5ml浓HCl。在锥形烧瓶中，将铬酸钾溶液加入20ml10%KI溶液中，并用0.1N硫代硫酸钠溶液滴定直至暗红色变为浅灰色。然后将1-3滴淀粉指示剂加入烧瓶中并继续滴定直至颜色变成浅绿荧光色。记录三个这类读数。
溴值的测定程序
如上所述制备的溶液外，还制备包含约2.7gm KBrO3和17.5gm KBr在1000ml蒸馏水中的溴酸钾和溴化钾的混合溶液。
III)空白滴定
将50ml水和25ml溴酸钾/溴化钾混合物与5ml浓HCl混合。在暗室中20分钟以后，加入20ml10%KI。将混合物相对0.1N硫代硫酸钠溶液滴定直至暗红褐色变为浅红褐色。然后加入一滴淀粉指示剂，溶液变为暗蓝色。继续用硫代硫酸钠滴定直至溶液变为无色。这是滴定的终点。
IV)试样滴定
在250ml锥形烧瓶中，将0.1gm试样溶于10ml甲醇中。向该溶液中加入50ml水、25ml KBr/KBrO3混合物和5ml浓HCl。在暗室中20分钟以后，加入20ml10%KI。将溶液用硫代硫酸钠滴定直至暗红褐色变为浅红褐色。然后加入一滴淀粉指示剂，溶液变为暗蓝色。继续用硫代硫酸钠滴定直至溶液变为无色。这是滴定的终点。
过氧化物值的测定程序
III)空白滴定
在锥形烧瓶中，将20ml水、50ml MeOH和5ml浓HCl与20ml10%KI和2-3滴淀粉指示剂结合。将溶液用0.1N硫代硫酸钠溶液滴定直至浅黄色变成无色。这是滴定的终点。
IV)试样滴定
在250ml锥形烧瓶中，将4-5gm试样溶于50ml甲醇中并与20ml水、5ml浓HC1、20ml10%KI和2-3滴淀粉指示剂结合。将所得溶液用0.1N硫代硫酸钠溶液滴定直至浅黄色溶液变为无色。这是滴定的终点。
高锰酸盐时间
高锰酸盐时间为进料中还原高锰酸钾的可氧化杂质如不饱和化合物、醛等的指示。除非另外指出，高锰酸盐时间根据ASTM试验方法D1363-06在15℃下以30分钟的观察间隔测量。
(1)实施例37：闪蒸馏(即闪蒸)
在共沸蒸馏提纯方法中，将与二醇夹带剂混合的粗新癸酸供入第一蒸馏塔中。夹带剂与粗酸中的杂质形成非均相共沸混合物。将夹带剂和杂质的非均相共沸混合物从第一蒸馏塔的顶部取出。将杂质通过相分离而与夹带剂分离，并使夹带剂再循环至第一塔中。将部分提纯的新癸酸从第一蒸馏塔的底部取出并供入第二蒸馏塔中。将大多数残余杂质从第二塔的顶部取出。然后将几乎纯的新癸酸供入第三蒸馏塔中以修整。将纯度为99.5-99.99%的提纯新癸酸从第三塔的顶部取出。将重质杂质从第三塔的底部取出。注意到高锰酸盐试验是负数，表明没有保留容易氧化的基团。本文所述所有提纯方法都显示出该结果。
(2)实施例38：用水多级萃取(即水洗)
水洗通过萃取取出醇类和低沸点杂质。图2阐述了一种萃取装置100，其包含一系列混合容器110、130、150，和相分离容器或倾析器120、140、160。显示出三个萃取和相分离步骤，但该步骤数目不意欲为限定性的。将粗新癸酸经由管线162供入第一混合装置110中并用水搅拌1小时。将混合物经由164供入第一倾析器120以相分离。废水经由管线176丢弃。水萃取程序重复约2-3次。如图2所示，将C-10酸经由管线166从第一倾析器120转移至第二混合器130中，随后经由管线168至第二倾析器140中，经由管线170至第三混合器150中。将C-10酸经由管线172转移至最终倾析器160中并作为提纯的C-10酸从管线174中收集。将倾析器160中分离的水或萃余液经由管线180在混合器130中与C-10酸混合，同时将倾析器140中分离的水经由管线178在混合器110与C-10酸混合。结果汇总于下表8中。注意到过氧化物值通过该方法降至0，但溴值仅轻微降低。
(3)实施例39：氢化，其后分馏
作为选择，应用氢化以将酸结构中的双键转化成单键，然后经受用乙酸酐分馏以除去低沸点杂质。在该方法中，存在的醇杂质通过将它们用乙酸酐酰化并将它们转化成酯而变得非活性，如以下方程式所示。
将氢化C-10酸装入10L分馏塔中。施加5毫巴的真空，同时将温度从60℃逐步提高至125℃。将挥发性组分从塔的顶部取出。对C-10酸的物理化学性能的影响从下表9中获悉。
(4)实施例40：氢化，其后闪蒸
在催化氢化方法中，使C-10酸在1%Pd/C催化剂的存在下反应以将结构中存在的任何双键转化成单键，如例如以下方程式所示：
在该方法中，将粗C-10酸引入5L高压釜中，随后向其中加入已知量的10%Pd/C催化剂。将混合物在约150℃下加热约8小时。随后将从高压釜中回收的C-10酸在3L旋转式蒸发器中在约125-127℃和约4毫巴的真空下闪蒸以除去低沸点杂质。催化氢化，其后闪蒸，实现C-10酸的物理化学性能的惊人改进，如下表8所示。注意到经提纯酸的溴值为0，表明双键组分转化成单键。
(5)实施例41：氢化，其后水洗
在该方法中，除去结构双键和醇。如图3所示，将粗C-10酸在包含含有碳上负载的多相钯催化剂的连续氢化器210的氢化装置200中氢化，其后萃取，如上文关于实施例38所讨论的。将粗C-10酸经由管线220，同时氢气经由管线230供入连续氢化器210中。将氢化新癸酸与残余氢气经由管线240从氢化器210中除去。残余氢气在250处排出，同时将氢化C-10酸经由管线260送入萃取装置100中。将C-10酸如实施例38所讨论和图2所述水洗。结果显示于下表8中。注意到溴值和过氧化物值都降至0。
(6)实施例42：氢化，其后闪蒸和水洗
在该方法中，除去结构双键、低沸点杂质和醇。将粗C-10酸如上所讨论地氢化。将中间纯度酸闪蒸，然后用水搅拌1小时。将混合物供入倾析器中以相分离。水萃取程序重复2-3次。结果显示于下表8中。注意到溴值和过氧化物值都降至0。随后的实验显示氢化催化剂Pd/C甚至在50次氢化周期以后保持活性。
经提纯的C-10酸对催化剂再循环的性能研究
试验使用未处理的C-10酸和通过各种方法提纯的C-10酸运行以了解提纯如何影响催化剂再循环。用于在反应性蒸馏(半连续装置)中制备新癸酸乙烯酯(NAVE-10)的催化剂配合物(二乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶)随乙烯酯产物回收，且催化剂在回收以后再循环10次。蒸馏的乙酸乙烯酯以6:1的VAM:C-10酸摩尔比提供。反应步骤在5L高压釜中在100℃下操作10小时。将反应混合物冷却，称重并取样用于GC分析。然后使用旋转式蒸发器回收乙烯酯。残余物再循环用于下一反应周期。将反应混合物用足够的C-10酸补充以保持每程相同的量，并将催化剂用每程10ppm补充，下面指出的除外。初始C-10酸进料为2.32摩尔；加入补充酸以保持供入各周期中的质量。催化剂浓度基于供入的羧酸的重量为1000ppm。结果显示于下表9中。
如上表9所示，水洗或水洗然后氢化，保持与其它提纯方法相比令人惊讶的好羧酸转化率值。
鉴于杂质对催化剂寿命的影响，认为提纯的C-10酸对成功的NAVE-10制备是必要的。纯C-10酸的性能显示于下表10中。
表10：用于本发明中的优选新癸酸性能
实施例43-57：催化剂浓度、温度和试剂比对羧酸转化率的影响
在分批模式中研究催化剂(二乙酸钯(II)-2,2'-联吡啶)对2-EHA转化成V-2-EH或BA转化成VB的影响。在每种情况下，将500gm2-EHA供入反应器中。乙酸乙烯酯以4:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比提供。下表显示催化剂浓度的影响。
表11.作为催化剂浓度的函数的2-EHA转化率
表12.作为催化剂浓度的函数的BA转化率
对于C-10酸，研究催化剂浓度、反应温度和试剂摩尔比的影响。在5L反应器中使新癸酸与乙酸乙烯酯在钯-配合物催化剂的存在下以分批模式反应。搅拌速度为1000rpm。在代表性实施例中，使400gm C-10酸与乙酸乙烯酯以3摩尔乙酸乙烯酯:1摩尔新癸酸的摩尔比反应。反应在90℃下在249mg钯催化剂的存在下进行至kg新癸酸。在11小时小时以后，形成1.10摩尔新癸酸乙烯酯，代表47.26%的转化率。产物形成速率为1.00gm mol/gm钯/小时，且反应器的生产率为0.20kg产物/升反应器容积。典型结果在下表13-15中提供。从这些试验中，确定约6的酸:乙酸乙烯酯摩尔比实现最佳的酸转化率，且约750ppm为最佳的负载值。
表13.作为催化剂浓度的函数的C-10酸转化率
温度：100℃；酸:VAM摩尔比1:6。
如表13所示，大于250ppm的钯浓度优选实现令人满意的新癸酸乙烯酯形成。另外的分析显示在250-750ppm的浓度下，没有实现平衡转化率。因此，大于750ppm的浓度是优选的。
表14：作为温度的函数的C-10酸转化率
催化剂负载：1000ppm；酸:VAM摩尔比1:6
如表14所示，当温度提高时，新癸酸乙烯酯的形成速率提高。
表15：作为VAM:C-10酸摩尔比的函数的C-10酸转化率
催化剂负载：1000ppm；温度：100℃
实施例58-66：其它羧酸的中试规模研究
实施例58：进行实施例1的程序，使甲基丙烯酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需甲基丙烯酸至甲基丙烯酸乙烯酯的转化率。
实施例59：进行实施例1或2的程序，使丙酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需丙酸至丙酸乙烯酯的转化率。
实施例60：进行实施例1或2的程序，使丁酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需丁酸至丁酸乙烯酯的转化率。
实施例61：进行实施例1或2的程序，使戊酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需戊酸至戊酸乙烯酯的转化率。
实施例62：进行实施例1的程序，使庚酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需庚酸至庚酸乙烯酯的转化率。
实施例63-64：进行实施例1或2的程序，使新癸酸，具有平均10个碳原子的新链烷酸的混合物，与乙酸乙烯酯以约2摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约500至约1000ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约99-102℃下直至实现所需新癸酸至相应乙烯酯，新癸酸乙烯酯(在本文中也称为新酸乙烯酯-10或NAVE-10)的转化率。定期从反应混合物中取出试样并借助高效液相色谱(HPLC)分析。
乙酸乙烯酯和乙酸的初始回收在约60℃下以约5毫巴的真空完成。然后将温度逐步提高至约95℃。使新癸酸乙烯酯蒸馏并分开地收集。NAVE-10在90℃下开始蒸馏。馏出物主要含有NAVE-10和少量乙酸和乙酸乙烯酯，并在本文中指定为粗NAVE-10。残余物主要含有新癸酸、少量新癸酸乙烯酯和催化剂。结果提供于表16中，产物分析提供于下表17中。
表16.乙烯酯制备反应性能
注释：催化剂在再循环以后为活性的。
另一反应在热虹吸反应器中进行。将反应器中以约2摩尔VAM每摩尔C-10酸的摩尔比供入VAM和C-10酸和浓度基于C-10酸的量为1000ppm Pd的催化剂。反应系统以如上所述相同的方式操作。反应器温度达到约98℃并操作约10小时。在该阶段结束时，分析反应器内容物并发现含有57.52%新癸酸乙烯酯、22.66%乙酸乙烯酯、16.42%新癸酸和3.40%乙酸，实现77.79%的NAVE-10形成。NAVE-10产物的特征显示于下表17中。
表17.来自中试装置程的乙烯酯产物的分析
实施例65：进行实施例1或2的程序，使丙烯酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需丙烯酸至丙烯酸乙烯酯的转化率。
实施例66：进行实施例1或2的程序，使硬脂酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需硬脂酸至硬脂酸乙烯酯的转化率。
实施例67：进行实施例1的程序，使棕榈酸与乙酸乙烯酯以约1.5至约3摩尔乙酸乙烯酯每摩尔羧酸的摩尔比在浓度基于羧酸的质量为约100至约200ppm的钯催化剂的存在下反应。将反应混合物保持在约100℃下直至实现所需棕榈酸至棕榈酸乙烯酯的转化率。
因此，根据本发明提供一种由其相应羧酸选择性形成乙烯酯的半连续方法。在该形成方法中，将羧酸(如苯甲酸或2-乙基己酸)，和乙酸乙烯酯供入反应器中并在反应混合物中在均相乙烯基转移催化剂的存在下反应以形成乙烯酯产物如苯甲酸乙烯酯或2-乙基己酸乙烯酯和乙酸。优选将乙酸和乙酸乙烯酯连续地从反应混合物中除去并将至少一部分乙酸乙烯酯与乙酸分离并再循环至反应混合物中。可定期地将反应混合物作为粗乙烯酯产物混合物取出并可将提纯的乙烯酯产物与残余羧酸、残余乙酸乙烯酯、残余乙酸和均相乙烯基转移催化剂分离。
本发明方法的特征通常在于羧酸以至少80摩尔%的选择性转化成乙烯酯产物，和含有小于15重量%乙酸的粗产物混合物。这些特征可通过选择催化剂以及通过控制反应条件、至反应混合物中的进料、乙酸从反应混合物中的脱除和乙酸乙烯酯与反应混合物的分离和再循环而实现。反应混合物中通常保持1:1-4:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比。
优选本方法的特征在于至少0.05kg乙烯基产物/gm催化剂金属/小时的每小时催化生产率。更优选，该方法的特征在于至少0.1kg乙烯基产物/gm催化剂金属/小时的每小时催化生产率。仍更优选，该方法的特征在于约0.1至约0.4kg乙烯基产物/gm催化剂金属/小时的每小时催化生产率。在一个实施方案中，粗产物混合物中存在小于10重量%乙酸且反应混合物中通常保持1:1-4:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比。在另一实施方案中，粗产物混合物中的乙酸浓度在1:1-4:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比下为小于5重量%。在又一实施方案中，粗产物混合物中的乙酸浓度在反应混合物中约1.5:1至约3:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比下为小于15重量%。在又一实施方案中，粗产物混合物中的乙酸浓度在反应混合物中大于2:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比下为小于15重量%。
本方法通常包括粗乙烯酯产物积聚在反应混合物中并定期从其中回收产物。优选反应时间为约15分钟或约1至约40小时；更优选约2至约20小时；仍更优选约3至约15小时。
通常，该方法包括将残余羧酸与粗乙烯酯产物混合物分离并使残余羧酸再循环至反应混合物中。通常方法进一步包括将均相乙烯基转移催化剂与粗乙烯酯产物混合物分离并使催化剂再循环至反应混合物中。优选分离的乙酸乙烯酯以小于8kg乙酸乙烯酯每kg所制备的乙烯酯的速率再循环。更优选乙酸乙烯酯以小于7kg每kg乙烯基产物的速率再循环。仍更优选乙酸乙烯酯以小于6kg每kg乙烯基产物的速率再循环。
抑制剂通常选自氢醌(HQ)、甲氧基氢醌(MeHQ)、丁基化羟基甲苯(BHT)、叔丁基邻苯二酚(TBC)、二苯胺、吩噻嗪和受阻酚。羧酸通常选自2-乙基己酸、苯甲酸、甲基丙烯酸、新癸酸、丙酸、丁酸、戊酸、庚酸、丙烯酸、硬脂酸和棕榈酸。
在一个实施方案中，大于70重量%的提供的羧酸转化成乙烯酯。所述羧酸转化率同样可以指如本文所定义的酯转化率。本方法的特征通常在于在本发明的一个方面中基于提供的羧酸大于90摩尔%，通常大于95摩尔%的选择性。优选，该方法的特征在于大于99摩尔%的选择性。根据本发明，反应在反应性蒸馏条件下进行，其中将乙酸乙烯酯和副产物乙酸作为馏出物从反应混合物中除去。反应温度通常保持在约80℃至约120℃。优选温度为约90至约110℃。更优选温度为约90至约105℃。
通常将未反应的乙酸乙烯酯和乙酸以约5:1至约25:1的乙酸乙烯酯:乙酸摩尔比，在一些情况下以约6:1至约10:1的乙酸乙烯酯:乙酸摩尔比连续地从反应混合物中取出。
优选均相乙烯基转移催化剂包含铂系金属。
特别有用的商业实施方案为通过反应性蒸馏由其相应羧酸选择性形成乙烯酯的半连续方法。使羧酸和乙酸乙烯酯在反应混合物中在乙酸钯-二齿配体催化剂配合物的存在下反应以形成乙烯酯产物和乙酸，同时将乙酸和乙酸乙烯酯从反应混合物中连续地取出。将至少一部分取出的乙酸乙烯酯与取出的乙酸分离并再循环至反应混合物中。定期地将反应混合物作为粗乙烯酯产物混合物取出，其包含残余羧酸、残余乙酸乙烯酯、残余乙酸和乙酸钯-二齿配体催化剂配合物。将残余反应物(包括羧酸和乙酸乙烯酯)；残余乙酸副产物；和催化剂配合物与粗乙烯酯产物混合物分离以形成提纯的乙烯酯产物。
方法的特征在于至少80摩尔%的乙烯基产物选择性和粗产物混合物中存在的小于15重量%的乙酸浓度。这些特征通过催化剂选择和控制反应条件、至反应混合物中的进料、乙酸从反应混合物中的取出和乙酸乙烯酯的分离和再循环到反应混合物而实现。
根据本发明，反应混合物中通常保持1:1-10:1或1:1-4:1的乙酸乙烯酯:羧酸摩尔比。提供的催化剂浓度通常为约50或150至约2325或约3000份钯每百万份提供的羧酸。优选催化剂浓度为约500至约1500份钯每百万份羧酸。
通常，该方法包括粗乙烯酯产物积聚在反应混合物中并定期从其中回收产物。
通常，方法的特征在于初始转化数大于约3kg乙烯酯/g包含在所用乙酸钯-二齿配体催化剂配合物中的钯。在一个实施方案中，初始转化数为大于约15kg乙烯酯/g钯。在另一实施方案中，初始转化数为大于20kg乙烯酯/g钯。
催化剂配合物的特征在于约1:1至约1:1.5或约1:2的乙酸钯:二齿配体摩尔比。二齿配体选自2,2'-联吡啶、1,10-菲咯啉、N,N,N',N'-四甲基乙二胺和P,P,P',P'-四苯基-l,2-二膦基乙烷。
在本发明一个方面中，可将羧酸在反应以前提纯。提纯的羧酸通常通过小于20毫摩尔Br2/g的溴值、小于200ppm的过氧化物值或至少30分钟的高锰酸盐时间证明。
一个实施方案提供由新癸酸选择性形成乙烯酯的半连续方法。将粗新癸酸提纯，然后与乙酸乙烯酯在均相乙烯基转移催化剂的存在下反应以形成新癸酸乙烯酯产物和乙酸。优选将乙酸和乙酸乙烯酯连续地从反应混合物中取出，将至少一部分乙酸乙烯酯与乙酸分离并再循环至反应混合物中。可定期将反应混合物取出并可将新癸酸乙烯酯产物与残余新癸酸、残余乙酸乙烯酯、残余乙酸和均相乙烯基转移催化剂分离。方法的特征通常在于新癸酸以至少80摩尔%的选择性转化成乙烯酯产物和含有小于15重量%乙酸的粗产物混合物。
更具体而言，一个实施方案提供一种提纯羧酸的方法。在该实施方案中，使用选自如下的方法提纯粗羧酸：闪蒸；分馏；萃取；氢化；及其组合。提纯方法的特征在于含有小于1重量%杂质的经提纯的羧酸，所述杂质选自具有醇官能团的化合物；具有酯官能团的化合物；具有烯烃官能团的化合物；具有过氧化物官能团的化合物；硫；和其它电正性金属。
提纯方法可包括至少氢化。氢化可用碳上负载的钯催化剂或其它合适的催化剂进行，所述催化剂对于数个氢化周期，例如对于至少约25个周期和至多约50个氢化周期或对于至少50个氢化周期保持活性；在任何情况下，催化剂优选对大于约30个氢化周期保持活性。条件可包括约50-150℃温度的温度和约5-25kg/cm2压力的温度。
作为选择，提纯方法可包括至少用水的多级萃取。在萃取步骤中，将羧酸用水搅拌约1/2至约6小时，例如约2小时。随后通过相分离回收羧酸，为此使羧酸-水混合物沉降约10分钟至约2小时。
尽管详细描述了本发明，但本发明精神和范围内的改进会容易地为本领域技术人员获悉。鉴于前述讨论，本领域中的相关知识和参考文献，包括与背景和详述有关的上述未决申请，通过引用将其公开内容全部并入本文中，进一步描述被认为是不必要的。另外，应当理解本发明的方面和各实施方案的部分可整体或部分地组合或互换。此外，本领域技术人员理解前述描述仅为举例，且不意欲限制本发明。
机译： 用乙酸乙烯酯对羧酸进行半连续转乙烯基的方法
机译： 用乙酸乙烯酯对羧酸进行半连续转乙烯基的方法
机译： 乙烯基乙酸乙烯酯和马来酸二烷基酯水分散体的半连续处理方法
