[发明专利]烷烃转化成有机硒和有机碲

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年8月6日提交的序列号为61/862,732的美国 临时申请的优先权，其公开内容通过引用全文并入本文。

政府资助的声明

本发明受到美国能源部的政府资助，批准号为GQ10044-133945。 政府享有本发明的某些权利。

背景

烷烃是一类丰富但化学上顽固的化合物，其具有转化成官能化化 学产品的廉价底物的潜力，条件是可开发出经济的方法以将烷烃转化 成包含官能团的物质，例如醇、胺、酰基化物、烯烃、卤代烃、有机 硫化合物和有机硒化合物。

在美国和全世界，天然气(NG)正变成日益丰富的资源。尽管使用 NG来加热，然而理想的是将该资源升级成化学品和液体燃料。这将 扩大或潜在地取代石油成为化学品和燃料的原料。天然气在边远区域 也是丰富可得的，然而其运输至应用中心是经济上不可行的。在这些 情况下，希望提供廉价的方法以将天然气转化成更易运输的形式，例 如液体。然而，基于将天然气转化成合成气(CO/H₂)，随后将合成气转 化成化学品和液体燃料的现有高温、间接方法的能量和资金过于密集， 以至于在经济上无法与来源于石油的产品竞争。目前用于将天然气转 化成燃料和化学品的方法需要高温(>800℃)来产生合成气或烯烃。下 图1(A)显示了这些烷烃反应中的一些。这些方法是极其资金和能量密 集型的，且仅在极大规模下才经济。通常认为将NG中的气体(主要是 甲烷、乙烷和丙烷)转化成液体产品如醇的直接、较低温度(<300℃)、 选择性方法可以以比现有高温、间接合成气方法低得多的成本用来生 产化学品和液体燃料。

用于将天然气的主要组分(甲烷、乙烷、丙烷)直接且低成本地转 化成液体燃料和化学品如含氧化合物的技术提供了一种提高这些天然 气资源的价值的途径。该技术的潜在市场很大；例如乙二醇的全球市 场价值超过200亿美元/年，其中美国超过40亿美元/年。其它含氧化 合物如甲醇、乙醇(其还可廉价地转化成乙烯和聚乙烯)、异丙醇、丙 二醇等的市场也极大。液体燃料市场是巨大的；2％的美国计划运输燃 料市场渗透(等于美国的年计划增长率)代表了约50个14,500桶/天工 厂的产量。

可利用其它烃源，其中也可希望实施一个或多个本文所述的官能 化反应。例如，粗或精炼的石油产品、焦油砂提取物和馏出物、煤炭 和煤炭液化产品以及其它含烷烃状结构部分材料可为本文所述反应的 底物，从而用于生产有价值的工业化学品。

概述

本发明涉及本发明组合物和体系在实施由烷烃或杂烷烃生产有机 硒和有机碲化合物的经济可行方法中的用途。用作本发明方法中的底 物的烷烃包括低分子量天然气烷烃如甲烷、乙烷和丙烷。有机硒和有 机碲中间体也可通过本文的方法由较高分子量烷烃如石油和煤炭衍生 的产物制备。有机硒和有机碲产物也可由杂烷烃(即具有包含杂原子如 氮、氧和卤素的化学基团作为取代基，或者引入烷烃结构中的烷烃) 制得。底物烷烃的反应产物(本文称为烷基硒(有机硒)或烷基碲(有机碲) 中间体)可用于随后制备各种烷烃或杂烷烃的化学衍生物。

例如，分离的烷基硒或烷基碲化合物可经历例如与过氧化氢等的 氧化，从而获得烷醇(甲醇类)，或者经历例如与肼的氧化，从而获得 胺。也可使用已知的化学方式通过烷基硒或烷基碲化合物与合适试剂 的反应而将该烷基硒或烷基碲化合物转化成有机锡中间体(锡烷)、膦、 有机硫化合物、卤代烃和其它官能化烷烃。烷基硒或烷基碲化合物也 可经历羰基化反应，从而由相应的烷烃获得酰基化合物，例如醛、羧 酸、酰胺、酯等。烷基硒或烷基碲产物可进一步经历消去反应，从而 由烷烃底物制备烯烃产物。

烷基硒或烷基碲化合物可原位反应，或者可分离以用于随后的化 学转变。由本文所述方法制得的烷烃反应产物的中间体的分离能力允 许实施否则的话与烷烃官能化反应不相容的化学反应。

丰富的烃即天然气，可用作烷烃源，且因此可用作由该来源生产 有机化学品、润滑剂和燃料的有成本效益的原料。其它烃源如石油和 石油馏出物、焦油砂和页岩油材料、煤炭和经处理的煤炭产品、生物 质资源等也可用作实施本文所述且请求保护的本发明方法的底物。杂 烷烃如甲醇类、卤代烃和其它包含具有至少一个氢原子的sp³杂化碳 原子的有机化合物也可为本发明反应的底物。