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JP5036701B2 - オレフィンモノマーの接触三量化および四量化 - Google Patents

オレフィンモノマーの接触三量化および四量化 Download PDF

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Description

本発明は、オレフィンモノマーをオリゴマー化するための触媒系に関する。本発明は、オレフィンモノマーをオリゴマー化するための方法にも関する。
エチレンの1−ヘキセンおよび1−オクテンへの三量化および四量化などのオレフィンモノマーの効率的な接触三量化および四量化は、多様な商業的価値があるオレフィン三量体および四量体を製造するために非常に重要な領域である。具体的には、1−ヘキセンは、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)用の貴重なコモノマーであり、1−オクテンは、可塑剤用アルコール、脂肪酸、洗剤用アルコールおよび潤滑油用添加剤の製造における化学中間体、ならびにポリエチレンなどのポリマーの製造における貴重なコモノマーとして貴重である。1−ヘキセンおよび1−オクテンは、従来の遷移金属オリゴマー化法によって製造し得るが、三量化および四量化経路が好ましい。
エチレンを三量化して1−ヘキセンにする技術分野において、数種の異なる触媒系が開示されている。このような触媒は、多くがクロム系である。
US−A−5198563(Phillips)には、オレフィンを三量化するのに有用である単座アミン配位子を含むクロム系触媒が開示されている。
US−A−5968866(Phillips)には、配位非対称三座の、ホスファン、アルサンまたはスチビン配位子、およびアルミノキサンを含むクロム錯体を含む触媒を使用することによって1−ヘキセンに富むα−オレフィンを生成するエチレンオリゴマー化/三量化法が開示されている。
US5523507(Phillips)には、エチレンを三量化して1−ヘキセンにするのに使用するための、クロム源、2,5−ジメチルピロール配位子およびアルキルアルミニウム活性剤に基づく触媒が開示されている。
Chem.Commun.、8(2002)、858〜859頁(BP)には、エチレンを三量化するための触媒として、ArPN(Me)PAr型(Ar=o−メトキシ置換アリール基)の配位子のクロム錯体が開示されている。
WO02/04119(BP)には、クロム、モリブデンまたはタングステン源と、極性置換基を有するヒドロカルビルまたはヘテロヒドロカルビル基のうちの少なくとも1種に結合したリン、ヒ素またはアンチモン原子のうちの少なくとも1種を含む配位子と(こうした極性置換基のすべてがホスファン、アルサンまたはスチビン基である場合を除く)、場合により活性剤とを含むオレフィンを三量化するための触媒が開示されている。大部分の例において使用される配位子は、(2−メトキシフェニル)PN(Me)P(2−メトキシフェニル)である。
上記のBP文書において開示された触媒は、C画分内の1−ヘキセンに対する選択率が良好であるが、副生物形成(例えば、C10副生物)の水準が比較的高いことが認められる。
WO2005/039758には、三量化触媒組成物、および前記触媒組成物を用いるオレフィンモノマーを三量化するための方法が開示されている。
エチレンを四量化して1−オクテンにするための触媒系が近年開発された。このような触媒は、多くがクロム系である。
WO2004/056478およびWO2004/056479(Sasol)には、オレフィンを四量化するための触媒組成物および方法が開示されている。WO2004/056478において開示された触媒組成物は、遷移金属と一般式(R)A−B−C(R)(式中、AおよびCは、独立に、リン、ヒ素、アンチモン、酸素、ビスマス、イオウ、セレンおよび窒素を含む群から選択され、Bは、AとCの間の結合基であり、Rは、独立に、このR基の少なくとも1種が極性置換基によって置換されている任意のホモまたはヘテロヒドロカルビル基から選択され、nおよびmは、AおよびCのそれぞれの原子価および酸化状態によって決定される)を有するヘテロ原子配位子とを含む。WO2004/056479において開示された触媒組成物は、遷移金属と一般式(R)A−B−C(R)(式中、AおよびCは、独立に、リン、ヒ素、アンチモン、酸素、ビスマス、イオウ、セレンおよび窒素を含む群から選択され、Bは、AとCの間の結合基であり、Rは、独立に、任意のホモまたはヘテロヒドロカルビル基から選択され、nおよびmは、Aおよび/またはCのそれぞれの原子価および酸化状態によって決定される)を有するヘテロ原子配位子とを含む。
WO2004/056480(Sasol)には、エチレンの直列的な四量化および重合が開示されている。具体的には、WO2004/056480には、特異的な重合触媒および特異的な四量化触媒の存在下オレフィンを重合することによって分枝ポリオレフィンを生成し、四量化触媒が30%を超える選択率において1−オクテンを生成し、生成した1−オクテンが、ポリオレフィン鎖中に少なくとも部分的に組み込まれる方法が開示されている。
上記のSasol文書において開示された四量化触媒は、C画分内の1−オクテンに対する選択率が良好であるが、この場合も副生物形成の水準が比較的高いことが認められる。通常、該副生物は、C組成物からなる;しかし、C副生組成物の約70〜80重量%のみが1−ヘキセンであり、残りのC副生物は、メチルシクロペンタン、メチレンシクロペンタンなどの化合物を含む。非常に少しの商業用途または価値しかないこのような残りのC副生組成物が存在することは、経済的な見地および生成物の分離の見地の両方から非常に望ましくない。
さて、驚くべきことに、本発明の触媒系および方法が、1−ヘキセンおよび1−オクテンをエチレンから選択的に生成するための効率的な経路を提供し、一方で、副生物、特にC10副生物、固体(即ち、重質ワックスおよび/またはポリエチレン)および1−ヘキセン以外のC組成物/異性体の形成の水準を低減することが判明した。
本発明は、
a)クロム、モリブデンまたはタングステン源と;
b)一般式(I)を有する第1配位子と
(R)(R)P−X−P(R)(R) (I)
[式中、
Xは、アルキレン架橋基であり;
およびRは、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない芳香族基から選択され;
およびRは、独立に、場合により置換された芳香族基から選択され、RおよびRは、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する。];
c)一般式(II)を有する第2配位子と
(R1’)(R2’)P−X’−P(R3’)(R4’) (II)
[式中、
X’は、式−N(R5’)−の架橋基であり、R5’は、水素、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ヘテロヒドロカルビル基、置換ヘテロヒドロカルビル基、シリル基またはこれらの誘導体から選択され;
1’、R2’、R3’およびR4’は、独立に、このR1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つが極性置換基によって置換されている、ヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた、芳香族および置換芳香族基から選択され、あるいは、R1’、R2’、R3’およびR4’は、独立に、ヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた、芳香族および置換芳香族基から選択され、R1’、R2’、R3’およびR4’の1つ以上上の任意の置換基は、非極性である。]
を含む触媒前駆体組成物に関する。
他の実施形態では、本発明は、本発明の触媒前駆体組成物と、追加の成分;
d)共触媒と
を含む触媒系にも関する。
本発明は、三量化および四量化反応条件下で少なくとも1種のオレフィンモノマーを本発明の触媒系と接触させるステップを含む、オレフィンモノマーを三量化および四量化するための、具体的には、エチレンを三量化および四量化して1−ヘキセンおよび1−オクテンにするための方法にも関する。
本発明は、さらに、オレフィンモノマーを三量化および四量化するための、具体的には、エチレンを三量化および四量化して1−ヘキセンおよび1−オクテンにするための本発明の触媒系の使用にも関する。
本明細書で使用される「三量化」という用語は、オレフィンモノマーを接触三量化することによって前記オレフィンモノマー3つの反応から誘導される化合物に富む生成組成物を得ることを意味する。「三量化」という用語には、供給原料流のオレフィンモノマーすべてが同一である場合、および供給原料流が2種以上の異なるオレフィンモノマーを含む場合が含まれる。
具体的には、エチレンの三量化に関連して使用する場合、「三量化」という用語は、エチレンを三量化することによってCアルケン、特に1−ヘキセンを形成することを意味する。
エチレンを三量化して1−ヘキセンにすることに関連して使用する場合、「三量化選択率」という用語は、生成組成物中に形成されるC画分量を意味する。
エチレンを三量化して1−ヘキセンにすることに関連して使用する場合、「1−ヘキセン選択率」という用語は、生成組成物のC画分量中に形成される1−ヘキセン量を意味する。エチレンの三量化における1−ヘキセンの総合収率は、「三量化選択率」を「1−ヘキセン選択率」に乗じた積である。
「四量化」という用語は、オレフィンモノマーを接触四量化することによって前記オレフィンモノマー4つの反応から誘導される化合物に富む生成組成物を得ることを意味する。「四量化」という用語には、供給原料流のオレフィンモノマーすべてが同一である場合、および供給原料流が2種以上の異なるオレフィンモノマーを含む場合が含まれる。
具体的には、エチレンの四量化に関連して使用する場合、「四量化」という用語は、エチレンを四量化することによってCアルケン、特に1−オクテンを形成することを意味する。
エチレンを四量化して1−オクテンにすることに関連して使用する場合、「四量化選択率」という用語は、生成組成物中に形成されるC画分量を意味する。
エチレンを四量化して1−オクテンにすることに関連して使用する場合、「1−オクテン選択率」という用語は、生成組成物のC画分量中に形成される1−オクテン量を意味する。エチレンの四量化における1−オクテンの総合収率は、「四量化選択率」を「1−オクテン選択率」に乗じた積である。
本発明の一実施形態では、触媒前駆体組成物系は、
a)クロム、モリブデンまたはタングステン源と、
b)第1配位子と
c)第2配位子と
を含む。
本発明の他の実施形態では、該触媒系は、
a)クロム、モリブデンまたはタングステンの源と、
b)第1配位子と
c)第2配位子と
d)共触媒と
を含む。
このような4つの触媒成分はそれぞれ、以下で詳細に説明する。
触媒系のためのクロム、モリブデンまたはタングステン源、即ち成分(a)として、クロム、モリブデンまたはタングステンの単純な無機および有機塩を挙げ得る。単純な無機および有機塩の例は、ハロゲン化物、アセチルアセトネート、カルボキシレート、酸化物、硝酸塩、硫酸塩などである。クロム、モリブデンまたはタングステンのさらなる供給源として、配位錯体および有機金属錯体、例えば、三塩化クロムトリステトラヒドロフラン錯体、(ベンゼン)トリカルボニルクロム、ヘキサカルボニルクロムなども挙げ得る。好ましくは、クロム、モリブデンまたはタングステン源、即ち成分(a)は、クロム、モリブデンまたはタングステンの有機塩である。
本発明の一実施形態では、クロム、モリブデンまたはタングステン源、即ち成分(a)は、クロム、モリブデンまたはタングステンの単純な無機または有機塩であり、好ましくは、WO02/04119において開示されたのと同様な溶媒中に可溶である有機塩である。
クロム、モリブデンまたはタングステン源として、単純な無機塩、単純な有機塩、配位錯体および有機金属錯体の任意の組合せ混合物も挙げ得る。
本明細書における好ましい実施形態では、成分(a)は、クロム源、具体的にはクロム(III)である。
本明細書において使用するのが好ましいクロム源は、クロムの単純な無機および有機塩、ならびにクロムの配位錯体または有機金属錯体である。本明細書において使用するのがより好ましいクロム源は、カルボン酸塩、好ましくは炭素原子1〜30個を含むアルカン酸塩、脂肪族−β−ジケトン塩およびβ−ケトエステル塩(例えば、2−エチルヘキサン酸クロム(III)、オクタン酸クロム(III)およびクロム(III)アセチルアセトネート)などのクロムの有機塩、ならびに三塩化クロム、三塩化クロムトリステトラヒドロフラン錯体、三臭化クロム、三フッ化クロムおよび三ヨウ化クロムなどのクロムのハロゲン化塩である。本明細書において使用するのが特に好ましいクロム源は、トリス(2,4−ペンタンジオネート)クロム、Cr(acac)とも呼ばれるアセチルアセトネートクロム(III)である。
本発明の触媒系の第1配位子、即ち成分(b)は、一般式(I):
(R)(R)P−X−P(R)(R) (I)
であり、
式中、
Xは、アルキレン架橋基であり、
およびRは、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない芳香族基から選択され、
およびRは、独立に、場合により置換された芳香族基から選択され、RおよびRは、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する。
一般式(I)では、Xは、架橋部中に炭素原子1〜10個、好ましくは2〜6個、より好ましくは2〜4個、特に2〜3個を含むアルキレン架橋基を表す。好ましい実施形態は架橋部中に炭素原子2個を有する。
「架橋部中に」とは、2つのリン原子の間の最短連結部であることを意味する。
適切な架橋基として、置換および非置換アルキレン基が挙げられる。アルキレン基は、架橋部中に、N(例えば、−N(Me)−)、S(例えば、−SO−)、SiやOなどの1つ以上のヘテロ原子を場合により含み得る。好ましくは、アルキレン基は、架橋部中に炭素原子のみを含む。
アルキレン基は、1つ以上の置換基によって置換されていてもよい。置換基は、架橋基の任意の部分に結合し得る。
アルキレン架橋基上の置換基は、炭素原子および/またはヘテロ原子を含み得る。適切な置換基として、直鎖でも分枝でも、飽和でも不飽和でも、芳香族でも非芳香族でもよいヒドロカルビル基が挙げられる。ヒドロカルビル置換基は、Si、S、NまたはOなどのヘテロ原子を場合により含んでもよい。適切な芳香族ヒドロカルビル置換基として、フェニルおよびC〜Cアルキルフェニル基などの、好ましくは環中に炭素原子を5〜10個有する単環式および多環式芳香族基が挙げられる。適切な非芳香族ヒドロカルビル置換基として、好ましくは炭素原子を1〜10個、より好ましくは炭素原子を1〜4個有する直鎖または分枝のアルキルまたはシクロアルキル基が挙げられる。
アルキレン架橋基の他の適切な置換基として、塩化物、臭化物、ヨウ化物などのハロゲン化物、チオール、−OH、A−O−、−S−A、−CO−A、−NH、−NHA、−NA、−CO−NA、−NO、=Oが挙げられ、AおよびAは、独立に、好ましくは炭素原子1〜10個、より好ましくは炭素原子1〜4個を有する非芳香族基、例えば、メチル、エチル、プロピルおよびイソプロピルである。
アルキレン架橋基が置換されている場合、好ましい置換基は、ヒドロカルビル基である。特に好ましいヒドロカルビル置換基は、C〜Cアルキル基、好ましくはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、最も好ましくはメチルである。
非置換アルキレン架橋基の例として、メチレン、エチレンおよびトリメチレン基が挙げられる。置換アルキレン架橋基の例として、2,2−ジメチル−トリメチレン、2,2−ジエチル−トリメチレン、2,2−ジメチル−テトラメチレン、2−メチル−トリメチレン、2−ヒドロキシメチル−トリメチレンおよび2,2−ジ−ヒドロキシメチル−トリメチレンが挙げられる。
本明細書において使用するのが特に好ましい有機架橋基は、非置換アルキレン架橋基である。特に好ましい有機架橋基は、エチレン、つまり、−CH−CH−である。
およびRは、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない芳香族基から選択される。
本明細書で使用される「ヒドロカルビル」という用語は、炭素および水素原子のみを含む基を指す。ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でも、直鎖アルキルでも分枝アルキルでも、非芳香族環でも芳香族環でもよい。本明細書において使用するのが好ましいヒドロカルビル基は、1〜20個の炭素原子を含む基である。
本明細書で使用される「置換ヒドロカルビル」という用語は、1つ以上の不活性なヘテロ原子を含む官能基を含むヒドロカルビル基を指す。「不活性なヘテロ原子を含む官能基」とは、該官能基が、三量化および四量化プロセスに対して実質的にはなんらの干渉もしないことを意味する。
本明細書で使用される「ヘテロヒドロカルビル」という用語は、1つ以上の炭素原子が、S、NまたはOなどのヘテロ原子によって置換されているヒドロカルビル基を指す。本明細書で使用される「置換ヘテロヒドロカルビル」という用語は、1つ以上の不活性なヘテロ原子を含む官能基を含むヘテロヒドロカルビル基を指す。
本明細書で使用される「芳香族」という用語は、環原子5〜14個を含み、N、OおよびSから選択される1〜3個のヘテロ原子を場合により含む、単環式または多環式の芳香族またはヘテロ芳香族環を指す。好ましくは、芳香族基は、シクロペンタジエニル、フェニル、ナフチルまたはアントラセニルなどの単環式または多環式の芳香族環である。さらにより好ましい芳香族基は、5〜10個の環原子を含む単環式または多環式の芳香族環である。特に好ましい芳香族基は、フェニルおよびシクロペンタジエニルなどの5〜6個の炭素原子を含む単環式芳香族環であり、特に好ましい芳香族基はフェニル基である。
本明細書で使用される「置換芳香族」という用語は、芳香族基が、1つ以上の置換基によって置換されていてもよいことを意味する。適切な置換基として、アルキレン架橋基との関連で上記した基が挙げられる。
好ましい実施形態では、RおよびRは、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない置換または非置換芳香族基から選択される。「オルト位」という用語は、芳香族のR、R、RおよびR基上の置換基に関連して用いる場合、該置換基がリン原子に結合した原子に対してオルト位にあることを意味する。さらにより好ましい実施形態では、RおよびRは、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない、場合により置換されたフェニル基から選択される。最も好ましい実施形態では、RおよびRは、独立に、いずれの極性置換基も含まない、場合により置換されたフェニル基から選択される。特に好ましい実施形態では、RおよびRは、非置換フェニル基である。
およびR基は、同じであることが好ましい。
およびRは、独立に、場合により置換された芳香族基から選択され、RおよびR基は、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する。疑問を避けるために、「RおよびR基は、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する」という句は、同じ配位子内で、Rが、このオルト位の一方または両方において極性置換基によって置換されており、Rが、このオルト位の一方または両方において極性置換基によって置換されていることを意味する。
およびRに関連して、「場合により置換された」という用語とは、オルト位の少なくとも1つにおける極性置換基の他に、RおよびR基は、1つ以上の置換基を含んでもよいことを意味する。適切な置換基として、アルキレン架橋基との関連で上記した基が挙げられる。
好ましくは、RおよびRは、独立に、5〜14個の環原子、好ましくは5〜10個の環原子を有する、場合により置換された芳香族基から選択され、RおよびRは、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する。
好ましい実施形態では、RおよびRは、独立に、場合により置換されたフェニル基から選択され、RおよびRは、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する。
好ましくは、RおよびRは、それぞれ、2つのオルト位の1つに極性置換基を有する。
極性は、永久電気双極子モーメントが存在することとしてIUPACによって定義されている。従って、本明細書で使用される「極性置換基」という用語は、永久電気双極子モーメントが組み込まれた置換基を意味する。
本明細書において使用するのが適切である極性置換基として、必ずしも限定されないが、場合により分枝したC〜C20アルコキシ基、即ち、RおよびR芳香族環、またはRおよびRに結合したヒドロカルビル基(該ヒドロカルビル基が、置換または非置換芳香族基から選択された場合、極性置換基は、架橋酸素原子を介してオルト位のいずれにも結合していないという条件で);場合により置換されたC〜C14アリールオキシ基、即ち、RおよびR芳香族環、またはRおよびRに結合した場合により置換された芳香族基(該芳香族基が、置換または非置換芳香族基から選択された場合、極性置換基は、架橋酸素原子を介してオルト位のいずれにも結合していないという条件で);場合により分枝したC〜C20アルコキシ(C〜C20)アルキル基、即ち、C〜C20アルコキシ基を有するC〜C20ヒドロカルビル基;ヒドロキシル;アミノ;(ジ−)C〜Cアルキルアミノ;ニトロ;C〜Cアルキルスルホニル;C〜Cアルキルチオ(C〜C)アルキル基;硫酸;ヘテロ環式基、特に、少なくとも1個のNおよび/またはO環原子を含むヘテロ環式基;ならびにトシル基が挙げられる。
適切な極性置換基の例として、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、フェノキシ、ペンタフルオロフェノキシ、トリメチルシロキシ、ジメチルアミノ、メチルスルホニル、トシル、メトキシメチル、メチルチオメチル、1,3−オキサゾリル、ヒドロキシル、アミノ、ニトロなどが挙げられる。
好ましくは、RおよびR上の極性置換基は、独立に、場合により分枝したC〜C20アルコキシ基、場合により置換されたC〜C14アリールオキシ基、および場合により分枝したC〜C20アルキル(C〜C20)アルコキシ基から選択される。より好ましくは、RおよびR上の極性置換基は、独立に、場合により分枝したC〜C20アルコキシ基、特に、例えば、メトキシ、エトキシまたはイソプロポキシなどの場合により分枝したC〜Cアルコキシ基から選択される。特に好ましいRおよびR上の極性置換基は、メトキシである。
およびR基が、同じであり、同じ数と種類の極性置換基(複数含)を有することが好ましい。Rが、この2つのオルト位のうちの1つに極性置換基を1つだけ有し、Rが、この2つのオルト位のうちの1つに極性置換基を1つだけ有することが特に好ましい。
式(I)による配位子は、当業者に周知の、または公表文献において開示された手順を用いて調製し得る。
こうした化合物の例は:
(2−メトキシフェニル)(フェニル)PCHCHP(2−メトキシフェニル)(フェニル)
(2−メトキシフェニル)(フェニル)PCHP(2−メトキシフェニル)(フェニル)
(2−メトキシフェニル)(フェニル)PCHCHCHP(2−メトキシフェニル)(フェニル)
(2−エトキシフェニル)(フェニル)PCHCHP(2−エトキシフェニル)(フェニル)
(2−エトキシフェニル)(フェニル)PCHP(2−エトキシフェニル)(フェニル)
(2−エトキシフェニル)(フェニル)PCHCHCHP(2−エトキシフェニル)(フェニル)
(2−イソプロポキシフェニル)(フェニル)PCHCHP(2−イソプロポキシフェニル)(フェニル)
(2−イソプロポキシフェニル)(フェニル)PCHP(2−イソプロポキシフェニル)(フェニル)
(2−イソプロポキシフェニル)(フェニル)PCHCHCHP(2−イソプロポキシフェニル)(フェニル)
である。
本明細書において使用するのが特に好ましい配位子は、(2−メトキシフェニル)(フェニル)PCHCHP(2−メトキシフェニル)(フェニル)である。
本発明の触媒系の第2配位子、即ち、成分(c)は、一般式(II);
(R1’)(R2’)P−X’−P(R3’)(R4’) (II)
であり、
式中、
X’は、式−N(R5’)−の架橋基であり、R5’は、水素、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ヘテロヒドロカルビル基、置換ヘテロヒドロカルビル基、シリル基またはこれらの誘導体から選択され;
1’、R2’、R3’およびR4’は、第1の実施形態では、独立に、このR1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つが極性置換基によって置換されているヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた、芳香族および置換芳香族基から選択され、あるいは、R1’、R2’、R3’およびR4’は、第2の実施形態では、独立に、ヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた芳香族および置換芳香族基から選択され、R1’、R2’、R3’およびR4’の1つ以上上の任意の置換基は、非極性である。
架橋基X’は、式−N(R5’)−であり、R5’は、好ましくは、水素、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ヘテロヒドロカルビル基、置換ヘテロヒドロカルビル基、シリル基またはこれらの誘導体である。通常、R5’は、水素;または、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アリールオキシ、置換アリールオキシ、アルケニル、置換アルケニル、シクロアルキル、置換シクロアルキル、アルコキシカルボニル、カルボニルオキシ、アルコキシ、アミノカルボニル、カルボニルアミノ、ジアルキルアミノ、シリル基もしくはこれらの誘導体からなる群;およびこれらのうちの任意の置換基もしくはハロゲンもしくはニトロ基によって置換されているアルキルもしくはアリール基から選択される。より好ましくは、R5’は、アルキル、置換アルキル(NやOなどのヘテロ原子1個を含むヘテロ環式置換アルキル、およびヘテロ原子またはヘテロ原子基によって置換されたアルキル基を含めた)、シクロアルキル、置換シクロアルキル、置換環式アリール、置換アリール、アリールオキシまたは置換アリールオキシ基である。適切なR5’基の例として、C〜C15アルキル基、置換C〜C15アルキル基、C〜C15シクロアルキル基、置換C〜C15シクロアルキル基、C〜C15芳香族基、置換C〜C15芳香族基、C〜C15アルコキシ基および置換C〜C15アルコキシ基が挙げられる。最も好ましいR5’基は、直鎖および分枝両方のアルキル基を含むC〜C15アルキル基であり、適切な例として、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、アルキル分枝ペンチル基、ヘキシル、アルキル分枝ヘキシル基、ヘプチル、アルキル分枝ヘプチル基、オクチルおよびアルキル分枝オクチル基が挙げられる。
適切な架橋基の例として、−N(メチル)−、−N(エチル)−、−N(プロピル)−、−N(イソプロピル)−、−N(ブチル)−、−N(t−ブチル)−、−N(ペンチル)−、−N(ヘキシル)−、−N(2−エチルヘキシル)−、−N(シクロヘキシル)−、−N(1−シクロヘキシルエチル)−、−N(2−メチルシクロヘキシル)−、−N(ベンジル)−、−N(フェニル)−、−N(2−オクチル)−、−N(p−メトキシフェニル)−、−N(p−t−ブチルフェニル)−、−N((CH−N−モルホリン)−、−N(Si(CH)−、−N(CHCHCHSi(OMe)))−、−N(デシル)−および−N(アリル)−が挙げられる。
第2配位子のR1’、R2’、R3’およびR4’基は、独立に、ヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた芳香族および置換芳香族基から選択される。適切なR1’、R2’、R3’およびR4’基は、独立に、場合により置換された、ベンジル、フェニル、トリル、キシリル、メシチル、ビフェニル、ナフチル、アントラセニル、フェノキシ、トリルオキシ、チオフェニル、ピリジル、チオフェノキシ、フェロセニルおよびテトラヒドロフラニル基を含む群から選択してよい。好ましくは、R1’、R2’、R3’およびR4’は、独立に、場合により置換された、フェニル、トリル、ビフェニル、ナフチルおよびチオフェニル基を含む群から選択される。
基R1’、R2’、R3’およびR4’のいずれもが、独立に、1つもしくは複数の相互、または架橋基X’と結合することによって環式構造を形成してもよい。
1’、R2’、R3’およびR4’のうちの少なくとも1つが極性置換基によって置換された第2配位子の第1実施形態では、R1’、R2’、R3’およびR4’のうちの最高4つまでが、リン原子に結合した原子に隣接する原子上に置換基を有してもよい。
極性置換基によって置換されているR1’、R2’、R3’およびR4’のうちの少なくとも1つに加えて、R1’、R2’、R3’およびR4’のそれぞれが、ヘテロ芳香族を含めた芳香族であるが、R1’、R2’、R3’およびR4’のすべてが、リン原子に結合した原子に隣接する原子上において任意の置換基によって置換されているとは限らないことが好ましい;好ましくは、R1’、R2’、R3’およびR4’のうちの2つ以下が、リン原子に結合した原子に隣接する原子上において置換基を有していてもよい。
好ましくは、R1’、R2’、R3’およびR4’上の任意の極性置換基は、リン原子に結合した原子に隣接する原子上に存在しなくてもよい。
1’、R2’、R3’およびR4’は少なくとも1つは、リン原子に結合した原子から2番目またはさらに離れた原子上で極性置換基によって置換されていてもよい。
1’、R2’、R3’およびR4’の1つ以上上の任意の置換基は、電子供与性でもよい。
適切な極性置換基として、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、C〜C20アルコキシ、フェノキシ、ペンタフルオロフェノキシ、トリメチルシロキシ、ジメチルアミノ、メチルスルホニル、トシル、メトキシメチル、メチルチオメチル、1,3−オキサゾリル、メトメトキシ、ヒドロキシル、アミノ、ホスフィノ、アルシノ、スチビノ、硫酸、ニトロなどが挙げられる。
1’、R2’、R3’およびR4’が、独立に、ヘテロ芳香族基を含む場合により置換された芳香族基から選択され、R1’、R2’、R3’およびR4’の1つ以上上の任意の置換基は、非極性である第2配位子の第2実施形態では。加えて、R1’、R2’、R3’およびR4’のすべてが、リン原子に結合した原子に隣接する原子上に非極性置換基を含んでいるとは限らない。
1’、R2’、R3’およびR4’の1つ以上上の任意の置換基は、電子供与性でなくてもよい。
IUPACは、非極性を永久電気双極子モーメントが存在しないこととして定義する。
適切な非極性置換基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、シクロペンチル、2−メチルシクロヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンタジエニル、フェニル、ビ−フェニル、ナフチル、トリル、キシリル、メシチル、エテニル、プロペニル、およびベンジル基などでよい。
第2配位子の第2実施形態の一実施形態では、R1’、R2’、R3’およびR4’は、非置換のヘテロ芳香族を含めた芳香族基である。
本発明の他の実施形態では、第2配位子のリン原子の一方または両方は、独立に、S、Se、NまたはOによって酸化されていてもよい。
配位子は、複数の(R1’)(R2’)P−X’−P(R3’)(R4’)単位を含んでもよい。こうした配位子の非限定的な例として、個々の単位が、R1’、R2’、R3’もしくはR4’基の1つ以上を介してか、または架橋基X’を介してかいずれかでカップリングしている配位子が挙げられる。
配位子は、当業者に周知の手順および公開文献において開示された手順を用いて調製し得る。
1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つが極性置換基によって置換されている配位子の例として、(3−メトキシフェニル)PN(メチル)P(3−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(メチル)P(4−メトキシフェニル)、(3−メトキシフェニル)PN(イソプロピル)P(3−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(イソプロピル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(2−エチルヘキシル)P(4−メトキシフェニル)、(3−メトキシフェニル)(フェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(4−メトキシフェニル)(フェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(3−メトキシフェニル)(フェニル)PN(メチル)P(3−メトキシフェニル)(フェニル)、(4−メトキシフェニル)(フェニル)PN(メチル)P(4−メトキシフェニル)(フェニル)、(3−メトキシフェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(1−シクロヘキシルエチル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(2−メチルシクロヘキシル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(デシル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(ペンチル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(ベンジル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(フェニル)P(4−メトキシフェニル)、(4−フルオロフェニル)PN(メチル)P(4−フルオロフェニル)、(2−フルオロフェニル)PN(メチル)P(2−フルオロフェニル)、(4−ジメチルアミノ−フェニル)PN(メチル)P(4−ジメチルアミノ−フェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(アリル)P(4−メトキシフェニル)、(フェニル)PN(イソプロピル)P(2−メトキシフェニル)、(4−(4−メトキシフェニル)−フェニル)PN(イソプロピル)P(4−(4−メトキシフェニル)−フェニル)、(4−メトキシフェニル)(フェニル)PN(イソプロピル)P(フェニル)、1,2−ジ−(N(P(4−メトキシフェニル))−ベンゼン、1,4−ジ−(N(P(4−メトキシフェニル))−ベンゼン、N(CHCHN(P(4−メトキシフェニル)および1,4−ジ−(P(4−メトキシフェニル)N(メチル)P(4−メトキシフェニル))−ベンゼンが挙げられる。上記のリストの好ましい配位子としては、(3−メトキシフェニル)PN(メチル)P(3−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(メチル)P(4−メトキシフェニル)、(3−メトキシフェニル)PN(イソプロピル)P(3−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(イソプロピル)P(4−メトキシフェニル)、(3−メトキシフェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(ペンチル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(ベンジル)P(4−メトキシフェニル)、(4−メトキシフェニル)PN(フェニル)P(4−メトキシフェニル)、および(フェニル)PN(イソプロピル)P(2−メトキシフェニル)が挙げられる。
1’、R2’、R3’およびR4’が、独立に、ヘテロ芳香族基および置換へテロ芳香族基を含む芳香族基および置換芳香族基から選択され、R1’、R2’、R3’およびR4’の1つ以上上の任意の置換基が、非極性である配位子の例として、(フェニル)PN(メチル)P(フェニル)、(フェニル)PN(ペンチル)P(フェニル)、(フェニル)PN(フェニル)P(フェニル)、(フェニル)PN(p−メトキシフェニル)P(フェニル)、(フェニル)PN(p−t−ブチルフェニル)P(フェニル)、(フェニル)PN((CH−N−モルホリン)P(フェニル)、(フェニル)PN(Si(CH)P(フェニル)、((フェニル)P(=Se)N(イソプロピル)P(フェニル)、(o−エチルフェニル)(フェニル)PN(イソプロピル)P(フェニル)、(o−メチルフェニル)PN(イソプロピル)P(o−メチルフェニル)(フェニル)、(フェニル)PN(ベンジル)P(フェニル)、(フェニル)PN(1−シクロヘキシルエチル)P(フェニル)、(フェニル)PN[CHCHCHSi(OMe)]P(フェニル)、(フェニル)PN(シクロヘキシル)P(フェニル)、(フェニル)PN(2−メチルシクロヘキシル)P(フェニル)、(フェニル)PN(アリル)P(フェニル)、(2−ナフチル)PN(メチル)P(2−ナフチル)、(p−ビフェニル)PN(メチル)P(p−ビフェニル)、(p−メチルフェニル)PN(メチル)P(p−メチルフェニル)、(2−チオフェニル)PN(メチル)P(2−チオフェニル)、(m−メチルフェニル)PN(メチル)P(m−メチルフェニル)、(フェニル)PN(イソプロピル)P(フェニル)、(フェニル)P(=S)N(イソプロピル)P(フェニル)、1,2−ジ−(N(P(フェニル))−ベンゼン、1,4−ジ−(N(P(フェニル))−ベンゼン、N(CHCHN(P(フェニル)および1,4−ジ−(P(フェニル)N(メチル)P(フェニル))−ベンゼンが挙げられる。
本発明の触媒前駆体組成物および触媒系は、独立に、上記の1つを超える第1配位子、および上記の1つを超える第2配位子を含んでよい。
第1配位子および第2配位子は、触媒系において100:1〜1:100の範囲のモル比で存在し得る。好ましい実施形態では、第1配位子と第2配位子のモル比は、約10:1〜約1:10の範囲、より好ましくは約5:1〜約1:5の範囲である。
本発明の触媒前駆体組成物または触媒系における第1配位子と第2配位子の比を変えることによって、本発明の方法において生成する三量体と四量体の比を変えることができる。一般的な原理として、触媒系において第2配位子に対する第1配位子の量を増加させることによって、反応生成組成物中の三量体の濃度は、反応生成組成物中の四量体の濃度に比較して増加し、その逆も同様である。
従って、本発明の触媒系は、オレフィンモノマーを三量化および四量化するための調節可能な方法において使用し得る。本明細書で使用される「調節可能な」という用語は、本発明の成分の量を変えることによって本発明の方法によって生成する生成組成物中の三量体および四量体の量を変え得ることを意味する。これは、オレフィンモノマーを三量化および四量化するための調節可能な連続または半連続方法に有用であり得、生成組成物は、オレフィンモノマーの供給または三量化および四量化生成物流を中断する必要なく、反応器内に供給する第1および第2配位子の比を変化させることによって、変化させ得る(例えば、三量体を高い割合で生成させることから、四量体を高い割合で生成させることまで、または逆も同様)。具体的には、これは、エチレンを三量化および四量化するための調節可能な連続または半連続方法に有用であり得、生成組成物は、オレフィンモノマーの供給または三量化および四量化生成物流を中断する必要なく、反応器内に供給する第1および第2配位子の比を変化させることによって、変化させ得る(例えば、1−ヘキセンを高い割合で生成させることから、1−オクテンを高い割合で生成させることまで、または逆も同様)。
クロム、モリブデンまたはタングステン、つまり成分(a)の量、ならびに配位子成分全量、即ち、第1および第2配位子、つまり成分(b)および(c)を合わせた量は、本発明の触媒前駆体組成物または触媒系中で10000:1〜1:10000、好ましくは100:1〜1:100、より好ましくは10:1〜1:10の範囲のモル比において存在し得る。最も好ましくは、クロム、モリブデンまたはタングステン、つまり成分(a)、ならびに配位子成分、つまり成分(b)および(c)を合わせた量は、3:1〜1:3の範囲のモル比において存在する。一般に、成分(a)の量、ならびに成分(b)および(c)を合わせた量は、概略等しい、即ち、1.5:1〜1:1.5の範囲のモル比である。
共触媒、成分(d)は原理的に、クロム、モリブデンまたはタングステン源、即ち成分(a)、ならびに第1および第2配位子、即ち成分(b)および(c)(即ち、触媒前駆体組成物)と一緒に活性な触媒系を発生させる任意の、化合物または化合物の混合物でよい。
共触媒として使用するのに適した化合物として、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物、臭化メチルリチウムおよび臭化メチルマグネシウムなどの有機塩、ならびに四フッ化ホウ酸エーテレート、四フッ化ホウ酸銀、六フッ化アンチモン酸ナトリウムなどの無機酸および塩が挙げられる。
特に好ましい共触媒は、有機アルミニウム化合物である。本明細書で使用するのに適した有機アルミニウム化合物は、R基が、独立に、C〜C30アルキル(好ましくはC〜C12アルキル)、酸素含有部分またはハロゲン化物から選択される、式AlR を有する化合物、およびLiAlHなどの化合物である。適切な有機アルミニウム化合物の非限定的な例として、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリエチルアルミニウム(TEA)、トリ−イソブチルアルミニウム(TIBA)、トリ−n−オクチルアルミニウム、二塩化メチルアルミニウム、二塩化エチルアルミニウム、塩化ジメチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウムおよびアルミノキサン(アルモキサンとも呼ばれる)が挙げられる。有機アルミニウム化合物の混合物も本明細書で使用するのに適している。
本明細書における好ましい実施形態では、共触媒は、アルミノキサン共触媒である。このようなアルミノキサン共触媒は、任意のアルミノキサン化合物またはアルミノキサン化合物の混合物を含んでよい。アルミノキサンは、上記した化合物などのアルキルアルミニウム化合物に水を制御しながら添加することによって調製し得るか、または市販されている。本文脈では、本明細書内で使用される「アルミノキサン」という用語には、市販のアルミノキサンが含まれ、該アルミノキサンは、水を添加することによって対応するトリアルキルアルミニウムから誘導され、アルミニウムを通常約5重量%、場合により約10重量%含み得ることに留意されたい。
他の適切な共触媒として、WO02/04119、WO2004/056478およびWO2004/056479において開示された共触媒が挙げられる。
本発明の触媒系の共触媒の量は、通常、クロム、モリブデンまたはタングステンの原子当りのアルミニウムまたはホウ素の原子の比が、0.1〜20000、好ましくは1〜2000、より好ましくは1〜1000、最も好ましくは1〜500の範囲になるのに十分な量である。
触媒前駆体組成物の3成分、(a)、(b)および(c)、ならびに触媒系の第4成分、(d)は、同時に一緒に、または任意の順序で順次加えることによって活性触媒を供給し得る。触媒前駆体組成物の3成分、(a)、(b)および(c)、ならびに触媒系の第4成分、(d)は、任意の適切な溶媒の存在において接触してもよい。適切な溶媒は、当業者には周知である。適切な溶媒として、飽和脂肪族、不飽和脂肪族、芳香族、ハロゲン化炭化水素およびイオン性液体などの、共触媒成分と反応しない任意の不活性溶媒を挙げることができる。通常の溶媒として、限定されないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘプタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、1−ヘキセン、1−オクテンなどが挙げられる。適切な溶媒の他の例は、炭化水素溶媒、およびジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼンなどの極性溶媒などの、WO02/04119において開示された溶媒である。MAOを共触媒成分(d)として使用する場合、溶媒は、塩素化溶媒でないことが好ましい。
本発明の一実施形態では、触媒系は、共触媒成分(d)を本発明の触媒前駆体組成物に加えることによって形成する。
本発明の触媒系は、オレフィンモノマーの存在においてか(即ち、「in−situ」)、または存在なしにおいてかいずれかで調製し得る。触媒前駆体組成物の3成分、(a)、(b)および(c)、ならびに触媒系の第4成分、(d)は、オレフィンモノマーの存在なしで十分合わせてもよいし、あるいは、オレフィンモノマーは、触媒系の成分に接触する前、触媒系の成分と同時、または触媒の成分に接触するプロセスにおける任意の時点において含ませてもよい。
本発明の触媒系を形成するための他の方法として、成分(a)および(b)および場合により成分(d)の第1溶液を成分(a)および(c)および場合により成分(d)の第2溶液と合わせ、必要ならば、成分(a)、(b)、(c)および(d)の追加の量をこの合わせた溶液にさらに加えることによって所望の触媒系を形成することが挙げられる。上記の第1および第2溶液を任意の追加の成分と合わせることは、in−situでもオレフィンモノマーなしでもいずれで行ってもよい。
触媒前駆体組成物の3成分、(a)、(b)および(c)、ならびに触媒系の第4成分(d)は、−100〜200℃、好ましくは0〜150℃、より好ましくは20〜100℃の範囲の温度で合わせてよい。
本発明の触媒系は、担持材料上に担持させなくても、担持させてもよい。適切な担持材料の例は、WO02/04119、WO2004/056478およびWO2004/056479において知り得る。
本発明の三量化および四量化方法において使用するのに適したオレフィンモノマーは、三量体および四量体に転換できる任意のオレフィンモノマーでよい。適切なオレフィンモノマーとして、必ずしも限定されないが、エチレン、プロピレン、場合により分枝したC〜C20αオレフィン、場合により分枝したC〜C20内部オレフィン、場合により分枝したC〜C20ビニリデンオレフィン、場合により分枝したC〜C20環式オレフィン、および場合により分枝したC〜C20ジエン、加えて場合により分枝したC〜C20官能化オレフィンが挙げられる。適切なオレフィンモノマーの例として、必ずしも限定されないが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセンおよび1−アイコセンなどの直鎖αオレフィン;4−メチルペント−1−エンおよび1−エチル−1−ヘキセンなどの分枝αオレフィン;2−ブテンなどの直鎖および分枝内部オレフィン;スチレン;シクロヘキセン;ノルボルネンなどが挙げられる。
オレフィンモノマーの混合物も、本発明の方法において使用し得る。
本発明の三量化および四量化方法において使用するのに好ましいオレフィンモノマーは、プロピレンおよびエチレンである。特に好ましいのはエチレンである。
本発明の触媒系および方法は、エチレンを同時に三量化および四量化して1−ヘキセンおよび1−オクテンにするのに特に有用である。
本発明の三量化および四量化方法は、当業者に周知の、または、例えば、WO02/04119、WO2004/056478およびWO2004/056479において開示された条件などの公開文献において開示されたプロセス条件の範囲下で行い得る。
三量化および四量化の同時反応は、溶液相、スラリー相、ガス相またはバルク相において行い得る。
同時の三量化および四量化を溶液またはスラリー相において行う場合、三量化および四量化の条件下で実質的に不活性である希釈剤または溶媒を用い得る。適切な希釈剤または溶媒は、脂肪族および芳香族炭化水素であり、WO02/04119、WO2004/056478およびWO2004/056479において開示されたものなどの、三量化および四量化の条件下で実質的に不活性であるハロゲン化炭化水素およびオレフィンを用い得る。
本発明の三量化および四量化方法は、当業者によく知られた多数の反応器のうちの任意の1種において行い得る。通常、本発明の三量化および四量化方法は、バッチ、セミバッチまたは連続方式において実施する。
本発明の三量化および四量化方法は、当業者によく知られた反応条件の広い範囲下で実施し得る。通常、温度は、−100℃〜200℃、好ましくは0℃〜150℃、より好ましくは20℃〜100℃の範囲である。本発明の方法を行い得る圧力範囲は重要でなく、反応器の制限に応じて変えることができ、通常、反応圧力は、大気圧未満から約500bargの範囲である。好ましくは、圧力は、0〜100barg、より好ましくは1〜50bargの範囲である。
本発明の一実施形態では、オレフィンモノマーを三量化および四量化するための方法が存在し、該方法は、三量化および四量化反応条件下で少なくとも1種のオレフィンモノマーを本発明の触媒系と接触させるステップを含み、連続または半連続法であり、触媒成分の比、特に第1配位子と第2配位子の比は、プロセス中に変えられる。本実施形態の好ましい形態は、エチレンを三量化および四量化するための方法であり、該方法は、三量化および四量化反応条件下でエチレンを本発明の触媒系と接触させるステップを含み、連続または半連続法であり、触媒成分の比、特に第1配位子と第2配位子の比は、プロセス中に変えられる。
生成物、反応物および触媒の分離は、蒸留、ろ過、遠心分離、液体/液体分離、抽出などの、当業者に周知の任意の技法によって行い得る。
反応器、溶媒、分離技法などに関するさらなる詳細を含めた、適切な反応条件に関するさらなる詳細は、WO02/04119において知ることができる。
オレフィンモノマーを接触三量化および四量化するための本発明の触媒系および方法を使用することによって、独立の三量化および四量化法の生成組成物を合わせたものに比較して副生物の形成が低減した、オレフィンモノマーの三量体および四量体を生成する単純化した方法が提供される。具体的には、エチレンを接触三量化および四量化して1−ヘキセンおよび1−オクテンにするための本発明の触媒系および方法を使用することによって、反応において形成される他のすべての生成物に比較して1−ヘキセンおよび1−オクテンに対する選択率が非常に大きい方法が提供される。
本発明の方法における1−ヘキセンおよび1−オクテンの総合収率は、第1配位子、即ち成分(b)と第2配位子、即ち成分(c)の比で決まる。
本発明の方法の三量化および四量化の選択率(即ち、生成組成物全体におけるオレフィンモノマーの三量体および四量体の量)は、生成組成物全体の少なくとも70重量%、好ましくは少なくとも80重量%、より好ましくは少なくとも90重量%である。本発明の触媒系を用いてエチレンを三量化および四量化する際の三量化および四量化の選択率(即ち、生成組成物全体におけるCおよびC画分の量)は、生成組成物全体の少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも85重量%、より好ましくは少なくとも90重量%である。
本発明の触媒系を用いてエチレンを三量化および四量化することによって生成する1−ヘキセンの量は、通常、生成組成物全体の15重量%〜85重量%、好ましくは20重量%〜80重量%、より好ましくは25重量%〜75重量%の範囲である。本発明の触媒系を用いてエチレンを三量化および四量化することによって生成する1−オクテンの量は、通常、生成組成物全体の15重量%〜85重量%、好ましくは20重量%〜80重量%、より好ましくは25重量%〜75重量%の範囲である。
本発明の触媒系を用いてのエチレンの三量化および四量化における1−ヘキセンの選択率(即ち、生成組成物のC画分中に存在する1−ヘキセンの量)は、生成組成物のC画分の好ましくは、少なくとも75重量%、より好ましくは、少なくとも80重量%、さらにより好ましくは、少なくとも85重量%、最も好ましくは、少なくとも90重量%である。
本発明の触媒系を用いてのエチレンの三量化および四量化における1−オクテンの選択率(即ち、生成組成物のC画分中に存在する1−オクテンの量)は、生成組成物のC画分の、好ましくは、少なくとも75重量%、より好ましくは、少なくとも80重量%、さらにより好ましくは、少なくとも85重量%、最も好ましくは、少なくとも90重量%である。
実際上、1−ヘキセンの選択率と1−オクテンの選択率を合わせると、通常、生成組成物全体の少なくとも88重量%である。
本発明の他の実施形態では、本発明の触媒系を用いてのエチレンの三量化および四量化のオレフィン生成組成物では、通常、1−ヘキセンと1−オクテンを合わせた全含有量は、生成組成物全体の88〜98重量%、好ましくは90〜98重量%、より好ましくは92〜98重量%の範囲であり、1−ヘキセン含有量は、生成組成物全体の少なくとも15重量%、より好ましくは少なくとも20重量%、最も好ましくは少なくとも25重量%であり、1−オクテン含有量は、生成組成物全体の少なくとも15重量%、より好ましくは少なくとも20重量%、最も好ましくは少なくとも25重量%である。
本発明のさらなる実施形態では、本発明の触媒系を用いてのエチレンの三量化および四量化のオレフィン生成組成物では、1−ヘキセンおよび1−オクテン以外の化合物の全含有量は、生成組成物全体の多くとも12重量%、好ましくは多くとも10重量%、より好ましくは多くとも8重量%であり、1−ヘキセン含有量は、生成組成物全体の少なくとも15重量%、より好ましくは少なくとも20重量%、最も好ましくは少なくとも25重量%であり、1−オクテン含有量は、生成組成物全体の少なくとも15重量%、より好ましくは少なくとも20重量%、最も好ましくは少なくとも25重量%である。通常、本発明の触媒系を用いてのエチレンの三量化および四量化のオレフィン生成組成物では、1−ヘキセンおよび1−オクテン以外の化合物の全含有量は、生成組成物全体の2〜12重量%、好ましくは2〜10重量%、より好ましくは2〜8重量%の範囲であり、1−ヘキセン含有量は、生成組成物全体の少なくとも25重量%であり、1−オクテン含有量は、生成組成物全体の少なくとも25重量%である。通常、生成組成物はまた、1−ヘキセン以外のC化合物を少なくとも0.25重量%、1−オクテン以外のC化合物を少なくとも0.25重量%、C10化合物を少なくとも0.5重量%、および炭素原子12個以上を含む炭化水素化合物を少なくとも0.5重量%含む。
本発明の触媒系および方法を以下の非限定的な実施例によって例示する。
一般手順および特性解析
調製において使用した化学物質はすべて、Aldrichから購入し、別段の記載がない限り、あらためて精製をしないで使用した。
触媒系に関する操作はすべて、窒素雰囲気下で行った。用いた溶媒はすべて、標準手順を用いて乾燥した。無水トルエン(純度99.8%)は、4オングストロームモレキュラーシーブで乾燥した(最終の水分含量は約3ppm)。無水ヘプタン(純度99.8%)は、4オングストロームモレキュラーシーブを通して乾燥した(最終の水分含量は約1ppm)。
エチレン(純度99.5%)は、4オングストロームモレキュラーシーブおよびBTS触媒(BASF)を含むカラムで精製することによって水および酸素の含量を<1ppmに下げた。
得られたオリゴマーは、ガスクロマトグラフィー(GC)によって特性解析し、HP5890シリーズIIの装置および以下のクロマトグラフィー条件を用いてオリゴマーの分散を評価した。
カラム:HP−1(架橋メチルシロキサン)、フィルム厚さ=0.25μm、内径=0.25mm、長さ60m(Hewlett Packard製);注入温度:325℃;検出温度:325℃;初期温度:10分間40℃;温度プログラム速度:10.0℃/分;最終温度:41.5分間325℃;内部標準:n−ヘキシルベンゼン。C〜C30オレフィンの収率をGC分析から得た。
「三量化選択率」、「四量化選択率」、「1−ヘキセン選択率」および「1−オクテン選択率」はすべて、GC分析によって求めた。
主として重質ワックスおよびポリエチレンからなる「固体」の量は、反応器壁および付属物から分離し、秤量した後、ガラスフィルター(P3)上でトルエンによって洗浄し、真空乾燥することによって求めた。
「全生成物」の量は、GC分析に由来する主としてオレフィン性の生成物の量と固体の量の和である。
NMRデータは、Varian300MHzまたは400MHz装置を用いて室温で取得した。
触媒系
本発明の触媒系は、配位子Aおよび/またはBおよびクロム源を含む触媒前駆体組成物から調製した。これらの成分について以下で説明する。
クロム源
トリス(アセチルアセトネート)クロムとも呼ばれる、トリス−(2,4−ペンタンジオネート)クロムを、エチレンの同時三量化および四量化反応におけるクロム源として用いた。
配位子A(第1配位子)
以下の方法に従って、(2−メトキシフェニル)(フェニル)PCHCHP(2−メトキシフェニル)(フェニル)配位子を調製する。
窒素雰囲気下で、o−ブロモアニソール(0.54mol)のペンタン(150ml)溶液に、n−ブチルリチウム溶液(337ml、0.54mol)を定常撹拌しながらゆっくりと加える。該混合物を終夜撹拌した後、撹拌を停止し、懸濁液を沈降させる。液体をデカンテーションし、o−アニシルリチウムの固体残渣をペンタンで洗浄し、高真空下で乾燥する。
o−アニシルリチウム0.20molをジエチルエーテル(400ml)に溶解し、−20℃まで冷却する。定常撹拌下で、この溶液にフェニルホスフィン酸エチル0.1molをゆっくりと加える。次いで、溶液を25℃になるまで放置し、次いで、溶液を2時間還流する。次いで、溶液を冷却した後、0.1M塩酸(150ml)を加える。次いで、生成物をジクロロメタン50mlで3回抽出する。次いで、合わせた有機層を合わせ、硫酸マグネシウムを用いて乾燥する。次いで、溶媒を除去することによって油状物を取得し、次いで、過剰のアニソールを真空下で加温(70℃)することによって除去する。生成した白色固体((2−メトキシフェニル)(フェニル)ホスフィンオキサイド)をジエチルエーテルで洗浄することによってアニソールの最後の痕跡を除去した後、クロロホルム/ジエチルエーテルから結晶化させる。
(2−メトキシフェニル)(フェニル)ホスフィンオキサイド40mmolをテトラヒドロフラン(600ml)に加え、これにn−ブチルリチウム溶液(25ml、40mmol)を0℃で加える。次いで、形成されたリチウム塩の均一な橙色溶液を室温で1時間撹拌し、次いで、0℃に冷却する。この溶液に1,2−エタンジイルビス−トシレート(20mmol)を加える。次いで、溶液の温度を室温まで高める。溶液を加熱し、終夜還流すると、スラリーが形成される。次いで、混合物を冷却し、水(150ml)を加えて反応を停止した。次いで、生成物をジクロロメタン(3×100ml)中に抽出した後、硫酸マグネシウムで乾燥する。溶液を濃縮することによって1,2−エタンジイル(2−メトキシフェニル)(フェニル)ホスフィンオキサイド生成物が白色固体として得られる。
1,2−エタンジイル(2−メトキシフェニル)(フェニル)ホスフィンオキサイド生成物の2mmolテトラヒドロフラン(250ml)溶液に、水素化アルミニウム(AlH.1/3(CO、20mmol)を滴下する。次いで、溶液を完全に(一般に終夜)還流した後、メタノール(10ml)を加えて反応を停止してから、アルミニウム塩の沈殿をろ過する。次いで、ろ液を濃縮する。メタノールを添加することによって、結晶性の(2−メトキシフェニル)(フェニル)PCHCHP(2−メトキシフェニル)(フェニル)生成物が得られる。
配位子B(第2配位子)
以下の方法によって、(フェニル)PN(イソプロピル)P(フェニル)配位子を調製した。トリエチルアミン15mlを、窒素雰囲気下0℃で乾燥ジクロロメタン80mlに(フェニル)PCl6.3gを溶かした溶液に加えた。生成した混合物に、イソプロピルアミン0.844gを加え、室温で終夜撹拌した。溶媒を得られた溶液から真空で除去し、乾燥トルエン50mlを加えた。次いで、混合物をシリカの小さい層でろ過した。トルエンを真空下でろ液から除去し、(フェニル)PN(イソプロピル)P(フェニル)生成物を白色固体として単離した。エタノールから結晶化させることによって、(フェニル)PN(イソプロピル)P(フェニル)が白色結晶として得られる。
共触媒
以下の実験において使用する共触媒は、約25%のメチル基をイソブチル基によって置換した変性メチルアルミノキサン(MMAO);AKZONOBEL Chemicals B.V.,Amersfoort,The Netherlandsから入手可能なMMAO−3Aのへプタン溶液([Al]=6.42重量%);Crompton GmbH,Bergkamen,Germanyから供給されているメチルアルミノキサン(MAO)のトルエン溶液([Al]=5.20重量%)から選択した。
実施例1−5
バッチオートクレーブにおける同時三量化および四量化のための触媒系の調製
Braun MB 200−G乾燥箱中で、トリス(アセチルアセトネート)クロム(通常30μmol)および表1に示した配位子成分の量を、乾燥トルエン(通常、4g)を加えたガラス瓶に入れて触媒前駆体溶液を得た。最後に、瓶をセプタムキャップで封じた。このような溶液またはこのような溶液の一部をエチレンの同時三量化および四量化反応において使用した。
1.0リットルのバッチオートクレーブにおけるエチレンの同時三量化および四量化反応
同時三量化および四量化の実験を、加熱/冷却浴(例えば、Julabo、ATS−2型)およびタービン/ガス撹拌器およびバッフル板を備え、ジャケット冷却器を備えた1.0リットル鋼製オートクレーブにおいて行った。
トルエン250mlおよびMAO溶液0.6gを導入した後、70℃で0.4〜0.5MPaの窒素圧下30分間撹拌することによって反応器を掃引した。オートクレーブ底部の栓を介して反応器内容物を排出した。反応器を約0.4kPaまで真空にし、トルエンまたはヘプタン約250mlを装入し、40℃まで加熱し、エチレンによって15bargまで加圧した。
撹拌しながら、MAO溶液(通常、3.12g、6mmolのAlを取り入れることによってAl/Cr原子比を200にする)をトルエンの補助で(注入した全容積は約25ml:トルエンで8mlまで希釈したMAO溶液を注入し、注入器系をトルエン8mlで2回すすいだ)反応器に加え、800rpmの撹拌を30分間継続した。
トルエンを補助とする注入系(注入した全容積は約25ml:トルエンで8mlまで希釈した触媒溶液を注入し、注入器系をトルエン8mlで2回すすいだ)を用いて、上記したのと同様に調製したCr触媒系(Cr取込み量は通常30μmol)を撹拌した反応器内に導入した。反応器の最初の仕込み量は大部分がトルエンの300mlであった。
触媒系を添加すると、誘導期間約5分後に発熱が起り(一般に約5〜10℃)、一般に1分以内に最高に達し、温度40℃、圧力15bargになった。
エチレンの所望の体積が消費されると、室温まで急速に(約5分で)冷却することによって同時の三量化および四量化を停止した後に、エチレンを換気し、生成混合物をデカンテーションして、オートクレーブ底部の栓を用いて収集瓶内に入れた。混合物を空気に曝露すると、触媒は急速に失活した。
粗生成物に対する内部標準としてn−ヘキシルベンゼン(0.5〜3.5g)を添加した後、ガスクロマトグラフィーによってC〜C30オレフィンの量、ならびにC、CおよびC10オレフィンの純度を判定した。実験データを表1に報告する。
エチレン圧力30barg下の実験の場合、同様な装備をした0.5リットル鋼製オートクレーブを使用し、トルエン150ml、MAO溶液およびCr触媒系を仕込んだ(1.0リットルオートクレーブに対する上記の手順と同様に)。Cr触媒系、MAO溶液、溶媒およびエチレン消費量の量を、通常、対応する1.0リットル実験にいて用いた量の半分にすることによって、Al/Cr原子比(約200)および最終のαオレフィン濃度を実際上可能な限り同じに維持した。
実験データを以下の表1に示す。
Figure 0005036701
Figure 0005036701
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、主として高純度の1−ヘキセンおよび1−オクテンを含む生成混合物が得られることが、表1の結果から明らかである(実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用して生成したC画分の1−ヘキセン含有量は、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た1−ヘキセン含有量より大きいことも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、副生物(即ち、1−ヘキセン以外のC、1−オクテン以外のC、C10、C12〜C14および固体)の量が、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た生成混合物より少ない生成混合物が得られることも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、主として高純度の1−ヘキセンおよび1−オクテンを含む生成混合物が得られることが、表1の結果から明らかである(実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用して生成したC画分の1−ヘキセン含有量は、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た1−ヘキセン含有量より大きいことも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、副生物(即ち、1−ヘキセン以外のC、1−オクテン以外のC、C10、C12〜C14および固体)の量が、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た生成混合物より少ない生成混合物が得られることも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
Figure 0005036701
Figure 0005036701
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、主として高純度の1−ヘキセンおよび1−オクテンを含む生成混合物が得られることが、表1の結果から明らかである(実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用して生成したC画分の1−ヘキセン含有量は、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た1−ヘキセン含有量より大きいことも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、副生物(即ち、1−ヘキセン以外のC、1−オクテン以外のC、C10、C12〜C14および固体)の量が、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た生成混合物より少ない生成混合物が得られることも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、主として高純度の1−ヘキセンおよび1−オクテンを含む生成混合物が得られることが、表1の結果から明らかである(実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用して生成したC画分の1−ヘキセン含有量は、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た1−ヘキセン含有量より大きいことも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。
配位子AおよびBの混合物を含む本発明によるCr[III]触媒系を使用すると、副生物(即ち、1−ヘキセン以外のC、1−オクテン以外のC、C10、C12〜C14および固体)の量が、配位子Bのみから誘導された触媒を用いて得た生成混合物より少ない生成混合物が得られることも明らかである(実施例4および5と比較した実施例1〜3)。

Claims (15)

  1. a)クロム、モリブデンまたはタングステン源と;
    b)一般式(I)を有する第1配位子と
    (R)(R)P−X−P(R)(R) (I)
    [式中、
    Xは、アルキレン架橋基であり;
    およびRは、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない芳香族基から選択され;
    およびRは、独立に、場合により置換された芳香族基から選択され、RおよびRは、それぞれ、オルト位の少なくとも1つに極性置換基を有する。];および
    c)一般式(II)を有する第2配位子と
    (R1’)(R2’)P−X’−P(R3’)(R4’) (II)
    [式中、
    X’は、式−N(R5’)−の架橋基であり、R5’は、水素、ヒドロカルビル基、置換ヒドロカルビル基、ヘテロヒドロカルビル基、置換ヘテロヒドロカルビル基、シリル基またはこれらの誘導体から選択され;および
    1’、R2’、R3’およびR4’は、独立に、このR1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つが極性置換基によって置換されている、ヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた、芳香族および置換芳香族基から選択され、あるいは、R1’、R2’、R3’およびR4’は、独立に、ヘテロ芳香族および置換ヘテロ芳香族基を含めた、芳香族および置換芳香族基から選択され、1つ以上のR1’、R2’、R3’およびR4’の上の任意の置換基は非極性である。]
    を含む、オレフィンモノマーをオリゴマー化するための触媒前駆体組成物。
  2. 成分、d)共触媒をさらに含む、請求項1の触媒前駆体組成物を含んだ、オレフィンモノマーをオリゴマー化するための触媒系。
  3. Xが、架橋部中に炭素原子2から6個を含むアルキレン基である、請求項1または2に記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  4. Xが−CHCH−である、請求項1から3のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  5. およびRが、独立に、オルト位のいずれにも極性置換基を含まない場合により置換されたフェニル基から選択される、請求項1から4のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  6. およびRが、独立に、場合により置換されたフェニル基から選択され、ここで、極性置換基が場合により分枝したC〜C20アルコキシ基である、請求項1から5のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  7. およびRが2−メトキシフェニル基である、請求項1から6のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  8. 5’が、C〜C15アルキル基、置換C〜C15アルキル基、C〜C15シクロアルキル基、置換C〜C15シクロアルキル基、C〜C15芳香族基、置換C〜C15芳香族基、C〜C15アルコキシ基および置換C〜C15アルコキシ基から選択される、請求項1から7のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  9. 1’、R2’、R3’およびR4’の少なくとも1つが、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、C〜C20アルコキシ、フェノキシ、ペンタフルオロフェノキシ、トリメチルシロキシ、ジメチルアミノ、メチルスルホニル、トシル、メトキシメチル、メチルチオメチル、1,3−オキサゾリル、メトメトキシ、ヒドロキシル、アミノ、ホスフィノ、アルシノ、スチビノ、スルファート、ニトロなどから選択される極性置換基によって置換されている、請求項1から8のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  10. 1’、R2’、R3’およびR4’が、ヘテロ芳香族基を含めた非置換芳香族基である、請求項1から8のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  11. 共触媒、成分(d)が、メチルアルミノキサンまたは修飾メチルアルミノキサンから選択される、請求項2から10のいずれかに記載の触媒系。
  12. クロム、モリブデンまたはタングステン源、(a)が、クロム源である、請求項1から11のいずれかに記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  13. クロム源が、トリス(2,4−ペンタンジオネート)クロム、Cr(acac)である、請求項12に記載の触媒前駆体組成物または触媒系。
  14. 三量化および四量化反応条件下で少なくとも1種のオレフィンモノマーを請求項2から13のいずれか一項に記載の触媒系と接触させるステップを含む、オレフィンモノマーを三量化および四量化するための方法。
  15. オレフィンモノマーを三量化および四量化するための請求項2から13のいずれか一項に記載の触媒系の使用。
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