KR100239222B1 - Phase transfer catalyst and preparation of 5-membered cyclic carbonate compound using the catalyst - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는, 스티렌 55-89중량부와 디비닐벤젠 1-20중량부를 부분중합시키는 단계, 상기 (a)단계에서 얻은 부분중합체에 비닐벤젠클로라이드 10-40중량부를 첨가하여 중합시켜 폴리스티렌계 고분자 지지체를 형성하는 단계, 및 상기 지지체에 할로겐화 트리알킬벤질암모늄 (R3-벤질암모늄-X: 상기 알킬기 (R)는 탄소의 수가 2-8개인 알킬기이고, X는 Cl 또는 Br임)을 담지하는 단계를 포함하는 상이동촉매의 제조방법과, 이 방법에 의해 제조되는 상이동촉매를 사용하여, 50 내지 120℃의 상압에서 이산화탄소와 에폭사이드 유도체를 2~24시간 동안 빈응시켜 5원환 탄산염 화합물을 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 촉매의 회수 및 재사용이 용이하고 비교적 단시간내에 고수율로 5원환 탄산염을 제조할 수 있다.In the present invention, the polystyrene-based polymer support by polymerizing 55-89 parts by weight of styrene and 1-20 parts by weight of divinylbenzene, by adding 10-40 parts by weight of vinylbenzene chloride to the partial polymer obtained in step (a) Forming a support, and supporting the support with a halogenated trialkylbenzylammonium (R 3 -benzylammonium-X: the alkyl group (R) is an alkyl group having 2-8 carbons, X is Cl or Br) Using a process for producing a phase transfer catalyst comprising a, and the phase transfer catalyst prepared by this method, by reacting the carbon dioxide and epoxide derivatives for 2 to 24 hours at a normal pressure of 50 to 120 ℃ to prepare a five-membered ring carbonate compound A method is provided. According to the present invention, the recovery and reuse of the catalyst is easy and the five-membered ring carbonate can be produced in a high yield in a relatively short time.

Description

상이동촉매의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 촉매를 이용한 5원환 탄산염 화합물의 제조방법Method for preparing phase transfer catalyst and method for preparing 5-membered ring carbonate compound using catalyst prepared by this method

본 발명은 상이동촉매의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조되는 촉매를 이용하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리스티렌 고분자 지지체에 4급 암모늄염이 담지되어 있는 고분자 담체형 상이동촉매를 제조하는 방법 및 이 촉매를 이용하여 상압 조건하에 지구 온난화 기체로 알려진 이산화탄소를 에폭사이드와 반응시켜 5원환 탄산염을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a phase transfer catalyst and a method for preparing a 5-membered ring carbonate compound using a catalyst prepared by the method, and more particularly, to a polymer carrier type in which a quaternary ammonium salt is supported on a polystyrene polymer support. A method for producing a phase transfer catalyst and a method for producing a 5-membered ring carbonate by reacting carbon dioxide, known as a global warming gas, with an epoxide under normal pressure conditions using the catalyst.

이산화탄소를 유기합성의 원료로 사용하는 기술은 오래전부터 연구되어 왔으며, 특히 에폭사이드와 이산화탄소를 반응시켜 5원환 탄산염을 합성하는 기술은 기능성 고분자 재료의 단량체 제조면에서 많은 관심을 끌고 있다.The technique of using carbon dioxide as a raw material for organic synthesis has been studied for a long time, and the technique of synthesizing 5-membered ring carbonate by reacting epoxide and carbon dioxide has attracted much attention in terms of monomer production of functional polymer materials.

종래에는 5원환 탄산염을 높은 수율로 얻기 위해서 디올과 포스겐 (phosgene)을 사용하는 방법을 이용하였으나 포스겐의 유독성으로 인해 공정상 많은 어려움이 따른다. 그러므로 안전한 조건에서 5원환 탄산염을 고수율로 합성하는 방법이 절실히 요구된다.Conventionally, diol and phosgene are used to obtain 5-membered ring carbonate in high yield, but due to the toxicity of phosgene, there are many difficulties in the process. Therefore, there is an urgent need for a method for synthesizing five-membered ring carbonate in high yield under safe conditions.

미국 특허 제 2,773,881에는 알킬아민, 디알킬아민, 트리에틸아민 등의 아민류를 촉매로 사용하여 이산화탄소와 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로부터 에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트를 합성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 합성반응의 조건은 반응압력이 34 기압 이상으로 높고, 반응온도도 100℃~400℃로 비교적 높은 편이다.US Patent No. 2,773,881 discloses a process for synthesizing ethylene carbonate or propylene carbonate from carbon dioxide and ethylene oxide or propylene oxide using amines such as alkylamines, dialkylamines, triethylamines as catalysts. However, the conditions of the synthesis reaction is relatively high, the reaction pressure is higher than 34 atm and the reaction temperature is also 100 ℃ ~ 400 ℃.

또한 소가 등(K. Soga, Y, Tazuke, S. Hosoda and S. Ikeda, J. Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, 15, 219-229, 1977년)은 유기금속 화합물인 ZnEt2, AlCl3, Ti(OBu)4등을 촉매로 사용하여 40 기압, 120-180℃에서 프로필렌 옥사이드와 이산화탄소를 3일동안 반응시켜 분자량 1800-3600 정도의 프로필렌 카보네이트를 합성하였다고 보고하였다.Soga et al. (K. Soga, Y, Tazuke, S. Hosoda and S. Ikeda, J. Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, 15, 219-229, 1977) are also organometallic compounds ZnEt 2 , AlCl 3 , It was reported that propylene carbonate having a molecular weight of about 1800-3600 was synthesized by reacting propylene oxide and carbon dioxide for 3 days at 40 atm and 120-180 ° C. using Ti (OBu) 4 as a catalyst.

키하라 등(N. Kihara and T. Endo, J. Chemical Society: Chemical Communication, 937, 1994년)은 폴리글리시틸 메타크릴레이트를 기상의 이산화탄소와 120-160℃에서 반응시켜 폴리((2-옥소-1,3-디옥소란-4-일)메틸 메타크릴레이트) (폴리DOMA)를 합성하였다고 보고하였다. 또한 폴리글리시딜 메타크릴레이트와 상압의 이산화탄소를 알칼리 금속 할로게나이드인 NaI 와 트리페닐포스핀을 혼합한 것을 촉매로 사용하여 100℃에서 반응시켜 폴리DOMA를 얻었다는 보고도 있다(N. Kihara and T. Endo, Macromolecules, 25 4824, 1992년).Kihara et al. (N. Kihara and T. Endo, J. Chemical Society: Chemical Communication, 937, 1994) disclose that polyglycityl methacrylate is reacted with gaseous carbon dioxide at 120-160 ° C. It was reported that oxo-1,3-dioxolan-4-yl) methyl methacrylate) (polyDOMA) was synthesized. In addition, polyglycidyl methacrylate and atmospheric carbon dioxide were reacted at 100 ° C using a mixture of alkali metal halogenide NaI and triphenylphosphine as a catalyst to obtain polyDOMA (N. Kihara and T. Endo, Macromolecules, 25 4824, 1992).

또한, 니시쿠보 등(T, Nishikubo, A. Kameyama, J. Yamashita, M. Tomoi and W.Fukuta, J. Polymer Science, 31, 939-947, 1993년)은 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐벤젠클로라이드를 동시에 공중합시켜 제조한 폴리스티렌에 4급 염화암모늄염 혹은 4급 염화인염을 부착시켜 촉매로 사용하고, 톨루엔을 용매로 사용하여 상압, 80℃에서 이산화탄소와 페닐글리시딜 에테르를 24시간 동안 반응시킨 결과 페녹시메틸에틸렌 카보네이트를 30~95%의 수율로 얻었다. 그러나, 이 경우에도 촉매의 구조가 너무 조밀하여 확산저항을 유발함으로써 반응물이 촉매의 활성점에 접근하기가 어렵게 되므로 반응수율이 낮고 반응에 장시간이 소요되는 문제가 있다.In addition, Nishikubo et al. (T, Nishikubo, A. Kameyama, J. Yamashita, M. Tomoi and W. Fukuta, J. Polymer Science, 31, 939-947, 1993) also showed styrene, divinylbenzene, vinylbenzene chloride. Quaternary ammonium chloride or quaternary phosphate salt was attached to polystyrene prepared by copolymerization at the same time and used as a catalyst. Toluene was used as a solvent to react carbon dioxide and phenylglycidyl ether at atmospheric pressure at 80 ° C. for 24 hours. As a result, phenoxymethylethylene carbonate was obtained in a yield of 30 to 95%. However, even in this case, since the structure of the catalyst is too dense to cause diffusion resistance, it is difficult for the reactants to approach the active point of the catalyst, so the reaction yield is low and the reaction takes a long time.

전술한 바와 같이 종래의 에폭사이드와 이산화탄소의 부가반응에는 주로 값비싼 유기금속 촉매를 이용하거나 상이동촉매로서 4급 암모늄염 촉매를 액체 상태로 사용하였기 때문에 반응 후 촉매의 분리와 회수가 어려워 공정상의 비용이 많이 든다. 또한, 니시쿠보 방법에 따라 제조된 촉매의 경우에도 반응물에 대한 확산저항이 심하여 수율이 저하되는 문제가 있었다.As described above, since the addition reaction of the conventional epoxide and carbon dioxide is mainly performed using expensive organometallic catalyst or quaternary ammonium salt catalyst as a phase transfer catalyst in the liquid state, it is difficult to separate and recover the catalyst after the reaction. This costs a lot. In addition, even in the case of the catalyst prepared according to the Nishikubo method, the diffusion resistance to the reactants was severe and there was a problem that the yield was lowered.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고분자 지지체에 담지되어 안정한 형태의 상이동촉매를 비교적 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention to solve the above problems is to provide a method for preparing a phase transfer catalyst of a stable form supported on a polymer support relatively easily.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 상이동촉매를 사용하여 상압의 저온에서 단시간내에 5원환 탄산염을 합성하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for synthesizing a 5-membered ring carbonate in a short time at a low temperature of atmospheric pressure using the phase transfer catalyst prepared by the above method.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 (a) 스티렌 55-89중량부와 디비닐벤젠 1-20중량부를 부분중합시키는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 얻은 부분중합체에 비닐벤젠클로라이드 10-40중량부를 첨가하여 중합시켜 폴리스티렌계 고분자 지지체를 형성하는 단계, 및 (c) 상기 지지체에 할로겐화 트리알킬벤질암모늄 (R3-벤질암모늄-X: 상기 알킬기 (R)는 탄소의 수가 2-8개인 알킬기이고, X는 Cl 또는 Br임)을 담지하는 단계를 포함하는 상이동촉매의 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above object, in the present invention, (a) partially polymerizing 55-89 parts by weight of styrene and 1-20 parts by weight of divinylbenzene, and (b) vinylbenzene chloride 10- to the partial polymer obtained in step (a). Adding 40 parts by weight to polymerize to form a polystyrene-based polymer support, and (c) halogenated trialkylbenzylammonium (R 3 -benzylammonium-X: the alkyl group (R) has 2 to 8 carbon atoms in the support). Alkyl group, X is Cl or Br) is provided a method for producing a phase transfer catalyst comprising the step of supporting.

본 발명의 다른 목적은, 상기 방법에 의해 제조된 상이동촉매를 사용하여 50-120℃의 상압에서 이산화탄소와 에폭사이드 유도체를 2~24시간 동안 반응시켜 5원환 탄산염 화합물을 제조하는 방법에 의해 달성된다.Another object of the present invention is achieved by a method of preparing a 5-membered ring carbonate compound by reacting carbon dioxide and an epoxide derivative for 2 to 24 hours at a normal pressure of 50-120 ° C. using a phase transfer catalyst prepared by the above method. do.

상기 반응에서 용매로는, 5원환 탄산염 합성반응에 일반적으로 이용되는 용매가 그대로 이용될 수 있으며, 바람직하기로는 비양성자성 용매이며, 그 예로는, 디메틸포름아미드(DMF)와 디메틸설폭사이드(DMSO)가 있다.In the reaction, as the solvent, a solvent generally used in a 5-membered ring carbonate synthesis reaction may be used as it is, preferably an aprotic solvent, and examples thereof include dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO). There is).

이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 상이동촉매는 고분자 지지체에 촉매성분으로서 4급 암모늄염이 담지되어 있는 형태를 취하고 있는데, 이 촉매는 상온에서 안정한 상태로 존재한다. 촉매의 지지체로 사용되는 폴리스티렌계계 고분자는 스티렌과 디비닐벤젠을 부분중합시킨 후 비닐벤젠클로라이드를 첨가하여 중합하여 얻어지는 것으로서, 이때 각각의 성분의 함량은 출발물질 기준으로 스티렌이 55-89중량%, 디비닐벤젠이 1-20중량%, 비닐벤젠클로라이드가 10-40중량%인 것이 바람직한데, 이에 따라 최종적으로 얻어지는 폴리스티렌계 고분자가 열경화성을 지니게 되고, 물질전달특성 및 기계적 물성면에서 상당히 개선된다. 디비닐벤젠의 함량이 1중량% 미만인 경우에는, 기계적인 강도가 낮아지게 되고 20중량%를 초과하는 경우에는 반응물이 촉매 활성영역으로 접근하기가 어렵게 된다. 또한 비닐벤젠클로라이드의 함량이 10중량% 미만인 경우에는 촉매성분으로 작용하는 4급 암모늄염의 담지량이 감소하게 되고, 40중량%를 초과하는 경우에는 반응물이 담체내부로 침투하기가 어렵게 된다. 따라서, 각각의 성분의 함량을 상기와 같은 범위로 유지하는 것이 중요하다.The phase transfer catalyst according to the present invention has a form in which a quaternary ammonium salt is supported as a catalyst component on a polymer support, and the catalyst is present in a stable state at room temperature. The polystyrene-based polymer used as a support for the catalyst is obtained by partially polymerizing styrene and divinylbenzene and then polymerizing by adding vinylbenzene chloride, wherein the content of each component is 55-89 wt% based on the starting material, It is preferable that the divinylbenzene is 1-20% by weight and the vinylbenzene chloride is 10-40% by weight, and thus the polystyrene-based polymer finally obtained has thermosetting properties and is significantly improved in terms of material transfer properties and mechanical properties. When the content of divinylbenzene is less than 1% by weight, the mechanical strength is lowered, and when the content of divinylbenzene is more than 20% by weight, it is difficult for the reactants to access the catalytic active region. In addition, when the content of vinylbenzene chloride is less than 10% by weight, the supporting amount of the quaternary ammonium salt serving as a catalyst component is reduced, and when it exceeds 40% by weight, it is difficult for the reactants to penetrate into the carrier. Therefore, it is important to keep the content of each component in the above range.

본 발명의 촉매는 상기 주성분들을 포함하는 조성물을 물에 용해하고 20 내지 50℃에서 부분중합시킨 후 비닐벤젠클로라이드를 첨가하고 중합반응시켜 그라프트된 형태의 폴리스티렌계 고분자를 제조한다. 여기에 4급 암모늄염을 담지시키는데, 그 방법은 다음과 같다. 먼저, 3급 아민을 디메틸포름아미드에 용해하여 고분자 지지체와 함께 70-80℃의 질소분위기하에서 반응시키면 4차화가 일어난다. 이와 같은 방법에 의해 폴리스티렌게 지지체에 4급 암모늄염이 담지된 상태의 상이동촉매가 최종적으로 얻어지게 된다.The catalyst of the present invention is prepared by dissolving the composition containing the main components in water, partially polymerized at 20 to 50 ° C., and then adding vinylbenzene chloride and polymerizing to prepare a polystyrene-based polymer in a grafted form. It carries a quaternary ammonium salt. The method is as follows. First, quaternization occurs when tertiary amine is dissolved in dimethylformamide and reacted with a polymer support under a nitrogen atmosphere of 70-80 ° C. By this method, the phase transfer catalyst in the state where the quaternary ammonium salt is supported on the polystyrene crab support is finally obtained.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 단, 본 발명의 범위가 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the scope of the present invention is not limited only to these Examples.

<실시예 1><Example 1>

스티렌 73 중량%와 디비닐벤젠 12 중량%를 혼합하여 35℃에서 4시간동안 반응시켜 부분중합시킨 다음, 비닐벤젠클로라이드 15 중량%를 첨가하여 중합반응시킴으로써 제조된 폴리스티렌계 고분자 지지체에 트리부틸아민을 이용하여 트리부틸벤젠암모늄 클로라이드가 담지된 상이동촉매를 제조하였다. 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 60mmol을 100mL 의 디메틸포름아미드(DMF)에 녹인 용액과 상기 상이동촉매 (촉매에 담지된 4급 암모늄염을 기준으로 0.8mmol)을 300mL 파이렉스 반응기에 주입하였다. 서서히 가열하여 반응기의 온도가 100℃에 이르면 용액위의 공기를 이산화탄소로 배기하여 이산화탄소만 반응기에 존재하도록 하고 3 mL/min 정도의 아주 적은 유량으로 이산화탄소를 계속 공급한다. 교반속도를 500rpm으로 하고 교반과 동시에 반응을 시작하여 6 시간 동안 반응을 수행한 후 반응기를 냉각하여 생성물을 분리하였다. 생성된 5원환 탄산염으로서 (2-옥소-1,3-디옥소란--일)메틸 메타크릴레이트(DOMA)의 수율은 반응기에 넣어준 GMA 몰수를 기준으로 67.7% 이었다.Tributylamine was added to a polystyrene-based polymer support prepared by mixing 73% by weight of styrene and 12% by weight of divinylbenzene for 4 hours at 35 ° C for partial polymerization, and then polymerizing by adding 15% by weight of vinylbenzene chloride. Phase transfer catalyst carrying tributylbenzeneammonium chloride was prepared. A solution of 60 mmol of glycidyl methacrylate (GMA) in 100 mL of dimethylformamide (DMF) and the phase transfer catalyst (0.8 mmol based on the quaternary ammonium salt supported on the catalyst) were injected into a 300 mL Pyrex reactor. When heated slowly, the temperature of the reactor reaches 100 ℃ and the air on the solution is evacuated to carbon dioxide so that only carbon dioxide is present in the reactor and carbon dioxide is continuously supplied at a very small flow rate of about 3 mL / min. Stirring speed was set to 500rpm and the reaction was started simultaneously with stirring to carry out the reaction for 6 hours, and the reactor was cooled to separate the product. The yield of (2-oxo-1,3-dioxolan-yl) methyl methacrylate (DOMA) as the 5-membered ring carbonate produced was 67.7% based on the number of moles of GMA put into the reactor.

<실시예 2-3><Example 2-3>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 고분자 지지체에 담지된 4급암모늄염의 할로겐 원자가 브롬 및 요오드로 각각 교체된 촉매를 사용하여 DOMA를 제조한 후, 그 때의 수율을 표1에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, but DOMA was prepared using a catalyst in which the halogen atoms of the quaternary ammonium salt supported on the polymer support were replaced with bromine and iodine, respectively, and the yields at that time are shown in Table 1. .

[표 1]TABLE 1

4급 암모늄염의 할로겐 원자의 종류에 따른 DOMA의 수율Yield of DOMA according to the kind of halogen atom of quaternary ammonium salt

실시예Example 할로겐 원자Halogen atom 수율(%)yield(%) 1One ClCl 81.781.7 22 BrBr 69.369.3 33 II 55.455.4

표1에서 알수 있는 바와 같이 촉매의 4급 암모늄염이 염화물인 경우 DOMA의 수율이 가장 높은 것으로 나타났으며, 요오드화물인 경우에는 수율이 떨어지므로 바람직하지 않다.As can be seen from Table 1, when the quaternary ammonium salt of the catalyst is chloride, the yield of DOMA was shown to be the highest, and in the case of iodide, the yield is not preferable.

<실시예 4-8><Example 4-8>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 촉매 제조시 디비닐벤젠의 함량을 1 내지 20중량%로 변화시키고, 이에 대응하여 스티렌의 함량을 65 내지 84중량%로 변화시키면서 반응시켜 고분자 지지체를 제조하고 이렇게 하여 제조된 고분자 지지체에 4급 암모늄염을 담지시켜 얻은 촉매를 사용하여 DOMA를 제조한 후, 그 수율을 측정하여 표2에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, but when the catalyst was prepared, the content of divinylbenzene was changed to 1 to 20% by weight, and correspondingly, the reaction was carried out while the content of styrene was changed to 65 to 84% by weight. After preparing the DOMA using a catalyst prepared by supporting a quaternary ammonium salt on the prepared polymer support, the yield is measured and shown in Table 2.

[표 2]TABLE 2

촉매의 고분자 지지체 중의 디비닐벤젠 함량에 따른 DOMA 수율DOMA Yield According to Divinylbenzene Content in Polymer Support of Catalyst

실 시 예Example 디비닐벤젠 함량 (중량%)Divinylbenzene Content (wt%) 스티렌 함량 (중량%)Styrene Content (wt%) 수율 (%)Yield (%) 1One 1212 7373 81.781.7 44 1One 8484 68.968.9 55 22 8181 74.274.2 66 66 7777 78.878.8 77 1616 6969 71.671.6 88 2020 6565 65.365.3

표2에서 알 수 있는 바와 같이 실시된 모든 실시예에서 수율이 대체로 만족스러운 것이었으나, 특히 디비닐벤젠 함량이 6 내지 12중량% 정도일 때 가장 높은 수율로 DOMA를 얻을 수 있었다.As can be seen from Table 2, the yield was generally satisfactory in all the examples, but especially when the divinylbenzene content was about 6 to 12% by weight, DOMA was obtained at the highest yield.

<실시예 9-11><Example 9-11>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 촉매 제조시 비닐벤젠클로라이드의 함량을 10 내지 40중량%로 변화시키면서 고분자 지지체를 제조하고 이렇게 하여 제조된 고분자 지지체에 4급 암모늄염을 담지시켜 얻은 촉매를 사용하여 DOMA를 제조한 후, 그 수율을 측정하여 표3에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the polymer support was prepared while changing the content of vinylbenzene chloride to 10 to 40% by weight, and the quaternary ammonium salt was supported on the prepared polymer support. After using to prepare DOMA, the yield is measured and shown in Table 3.

[표 3]TABLE 3

촉매의 고분자 지지체 중의 비닐벤젠클로라이드 함량에 따른 DOMA 수율DOMA Yield According to Vinylbenzene Chloride Content in Polymer Supports of Catalysts

실 시 예Example 비닐벤젠클로라이드 함량 (중량%)Vinylbenzene chloride content (% by weight) 수율 (%)Yield (%) 99 1010 69.669.6 1One 2020 81.781.7 1010 3030 82.182.1 1111 4040 74.474.4

표3에서 알수 있듯이 비닐벤젠클로라이드의 함량이 30중량%인 촉매를 사용하는 경우 DOMA 수율이 최대값을 보이고 있다.As can be seen from Table 3, the maximum yield of DOMA is shown when a catalyst having a vinylbenzene chloride content of 30% by weight is used.

<실시예 12-13><Example 12-13>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 용매를 변화시키면서 5원환 탄산염 합성반응을 실시하여 DOMA를 제조하고 그 수율을 측정하여 하기 표4에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, but a 5-membered ring carbonate synthesis reaction was carried out while changing a solvent to prepare DOMA, and the yield thereof was shown in Table 4 below.

[표 4]TABLE 4

용매의 종류에 따른 DOMA 수율DOMA yield depending on the type of solvent

실 시 예Example 용매의 종류Type of solvent 수율 (%)Yield (%) 1212 톨루엔toluene 22.422.4 1313 DMSODMSO 65.465.4 1One DMFDMF 81.781.7

표4로부터, 용매로서 비극성 용매인 톨루엔을 사용하는 경우에 비해 비양성자성 용매인 DMSO 또는 DMF를 사용하는 경우에 높은 수율로 DOMA를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.From Table 4, it can be seen that DOMA can be obtained in a high yield when using DMSO or DMF as an aprotic solvent as compared with using toluene as a solvent.

<실시예 14-16><Example 14-16>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 고분자 지지체에 담지된 4급 암모늄염의 알킬기의 탄소수를 2 내지 8로 변화시켜 제조된 촉매를 사용하여 DOMA를 합성한 후, 그 수율을 측정하여 하기 표5에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, after synthesis of DOMA using a catalyst prepared by changing the carbon number of the alkyl group of the quaternary ammonium salt supported on the polymer support to 2 to 8, and then measuring the yield of the following table 5 is shown.

[표 5]TABLE 5

촉매의 4급 암모늄염의 알킬기의 탄소수에 따른 DOMA 수율DOMA Yield According to Carbon Number of Alkyl Group of Quaternary Ammonium Salts of Catalysts

실 시 예Example 알킬기의 탄소수Carbon number of alkyl group 수율 (%)Yield (%) 1414 22 68.768.7 1One 44 81.781.7 1515 66 78.578.5 1616 88 72.972.9

알킬기의 탄소수가 4개인 트리부틸벤젠암모늄 클로라이드가 담지되어 있는 촉매를 사용하는 경우에 DOMA의 수율이 최대인 것으로 나타났다.The yield of DOMA was found to be the highest when using a catalyst having tributylbenzeneammonium chloride having 4 carbon atoms in the alkyl group.

<실시예 17-18><Example 17-18>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 부분중합시간을 4 내지 16시간으로 변화시키면서 제조한 촉매를 사용하여 DOMA를 제조하고 그 수율을 측정하여 하기 표6에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, but DOMA was prepared using the catalyst prepared while changing the partial polymerization time to 4 to 16 hours, and the yield thereof was shown in Table 6 below.

[표 6]TABLE 6

촉매 제조과정 중의 부분중합시간에 따른 DOMA 수율DOMA yield according to partial polymerization time during catalyst preparation

실 시 예Example 부분중합시간 (시간)Partial polymerization time (hours) 수율 (%)Yield (%) 1One 44 81.781.7 1717 88 76.476.4 1818 1616 69.269.2

스티렌과 디비닐벤젠의 부분중합시간을 4시간으로 한 경우에 얻어지는 촉매를 사용한 경우에 수율이 가장 높았다.The yield was the highest when the catalyst obtained when the partial polymerization time of styrene and divinylbenzene was made into 4 hours was used.

<실시예 19-24><Example 19-24>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 사용된 촉매를 분리하여 건조시킨 후 여러번 재사용하면서 5원환 탄산염 합성반응을 실시하여 DOMA를 제조하고 그 수율을 측정하여 하기 표7에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, the catalyst was separated, dried, and reused several times to carry out 5-membered ring carbonate synthesis to prepare DOMA, and the yield thereof was shown in Table 7 below.

[표 7]TABLE 7

촉매의 사용횟수에 따른 DOMA 수율DOMA yield according to the number of uses of the catalyst

실시예Example 연속 사용횟수Number of consecutive uses 수율 (%)Yield (%) 1919 22 82.182.1 2020 44 81.481.4 2121 66 81.781.7 2222 88 81.581.5 2323 1010 80.980.9 2424 1212 46.646.6

표7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 촉매는 10회까지는 회수하여 재사용하여도 거의 초기와 같은 DOMA 수율을 나타내고 있어 장기간 연속사용이 가능함을 알수 있다. 12회 재사용한 경우에는 촉매의 일부가 지지체에서 탈리되어 수율이 감소하였다. 따라서, 적절한 재사용 횟수는 10회 이하로 하는 것이 바람직하다.As shown in Table 7, the catalyst of the present invention shows the same DOMA yield as the initial stage even after being recovered and reused up to 10 times. In the case of 12 reuses, part of the catalyst was stripped off the support and the yield decreased. Therefore, it is preferable to set the appropriate reuse frequency to 10 times or less.

<비교예 1-3><Comparative Example 1-3>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 실리카 또는 알루미나와 같은 무기금속 산화물에 테트라부틸암모늄 클로라이드를 담지시켜 얻은 촉매를 사용하여 DOMA를 합성한 후, 그 수율을 측정하여 하기 표7에 나타내었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, but after the synthesis of DOMA using a catalyst obtained by supporting tetrabutylammonium chloride on an inorganic metal oxide such as silica or alumina, the yield was measured and shown in Table 7 below. .

[표 8]TABLE 8

담체의 종류에 따른 DOMA 수율DOMA yield according to the type of carrier

비 교 예Comparative Example 담 체Body 수율 (%)Yield (%) 1One SiO2 SiO 2 42.342.3 22 α-Al2O3 α-Al 2 O 3 00 33 γ-Al2O3 γ-Al 2 O 3 25.825.8

표8로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미나 또는 실리카를 담체로서 사용하는 경우에는 본 발명의 고분자 지지체를 담체로 사용하는 경우에 비해 DOMA의 수율이 훨씬 떨어진다.As can be seen from Table 8, when alumina or silica is used as a carrier, the yield of DOMA is much lower than when the polymer support of the present invention is used as a carrier.

<비교예 4><Comparative Example 4>

실시예 1과 동일한 조건으로 반응을 수행하되, 스티렌, 디비닐벤젠 및 비닐벤젠클로라이드를 동시에 혼합하여 중합시켜 얻은 촉매를 사용하여 DOMA를 합성하였다. 이때, 수율은 65.2% 였는데, 이는 본 발명의 실시예 1, 즉 스티렌과 디비닐벤젠을 부분중합하고 이어서 비닐벤젠클로라이드를 혼합하여 중합하는 방법에 의해 제조된 촉매를 사용하여 DOMA를 합성하는 경우의 수율인 81.7%에 비해 상당히 낮은 것이었다.The reaction was carried out under the same conditions as in Example 1, but DOMA was synthesized using a catalyst obtained by simultaneously polymerizing styrene, divinylbenzene, and vinylbenzene chloride. In this case, the yield was 65.2%, which is the case of synthesizing DOMA using a catalyst prepared by Example 1 of the present invention, that is, a method of partially polymerizing styrene and divinylbenzene and then mixing and polymerizing vinylbenzene chloride. It was significantly lower than the yield of 81.7%.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 방법에 따라 제조되는 촉매를 이용한 5원환 탄산염 합성법에 의하면, 촉매 회수의 어려움이 없고 촉매를 회수하여 재사용할 수 있으며, 상압에서 비교적 단시간내에 고수율로 5원환 탄산염을 합성할 수 있다.As described above, according to the five-membered ring carbonate synthesis method using the catalyst prepared according to the method of the present invention, there is no difficulty in recovering the catalyst, and the catalyst can be recovered and reused. can do.

Claims (5)

(a) 스티렌 55-89중량부와 디비닐벤젠 1-20중량부를 부분중합시키는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 얻은 부분중합체에 비닐벤젠클로라이드 10-40중량부를 첨가하여 중합시켜 폴리스티렌계 고분자 지지체를 형성하는 단계, 및 (c) 상기 지지체에 할로겐화 트리알킬벤질암모늄 (R3-벤질암모늄-X: 상기 알킬기 (R)는 탄소의 수가 2-8개인 알킬기이고, X는 Cl 또는 Br임)을 담지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상이동촉매의 제조방법.(a) partially polymerizing 55-89 parts by weight of styrene and 1-20 parts by weight of divinylbenzene; and (b) adding 10-40 parts by weight of vinylbenzene chloride to the partial polymer obtained in step (a) to polymerize. Forming a polymeric support, and (c) halogenated trialkylbenzylammonium (R 3 -benzylammonium-X: the alkyl group (R) is an alkyl group having 2-8 carbons, and X is Cl or Br) Method for producing a phase transfer catalyst, characterized in that it comprises a step of supporting). 제1항의 방법에 의해 제조되는 상이동촉매를 사용하여, 50 내지 120℃의 상압에서 이산화탄소와 에폭사이드 유도체를 2~24시간 동안 빈응시키는 것을 특징으로 하는 5원환 탄산염 화합물의 제조방법.Using a phase transfer catalyst prepared by the method of claim 1, the carbon dioxide and the epoxide derivative at a normal pressure of 50 to 120 ℃ for a 2 to 24 hours, the method of producing a five-membered ring carbonate compound. 제2항에 있어서, 상기 반응의 반응용매로서는 비양성자성 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 2, wherein an aprotic solvent is used as a reaction solvent of the reaction. 제3항에 있어서, 상기 비양성자성 용매가 디메틸포름아미드 (DMF) 또는 디메틸설폭사이드 (DMSO)인 것을 특징으로 하는 방법.4. The process of claim 3 wherein said aprotic solvent is dimethylformamide (DMF) or dimethylsulfoxide (DMSO). 제2항에 있어서, 상기 에폭사이드 유도체가 글리시딜 메타크릴레이트이고, 상기 5원환 탄산염이 (2-옥소-1,3-디옥소란-4-일)메틸 메타크릴레이트 (DOMA)인 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the epoxide derivative is glycidyl methacrylate and the 5-membered ring carbonate is (2-oxo-1,3-dioxolan-4-yl) methyl methacrylate (DOMA). How to feature.
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