KR100288122B1 - Alkylation of Hydroxylated Aromatic Compounds - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산성도와 동공의 크기가 적절히 선택/조절된 다공성 고체산 촉매상에서 올레핀이나 알콜을 이용하여 50 ∼ 200℃ 및 1 ∼ 20 기압의 조건하에서 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화를 수행하여 기존의 균일 촉매계에 의한 액상 알킬화 반응이 갖는 단점을 극복하고, 높은 선택도와 전환율로 하이드록시화 방향족 화합물을 알킬화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alkylation method of a hydroxylated aromatic compound, and more particularly, 50 to 200 ℃ and 1 to 20 atm using olefins or alcohols on a porous solid acid catalyst in which the acidity and the size of the pupil are properly selected / controlled. The present invention relates to a method of alkylating a hydroxylated aromatic compound under the conditions of the above to overcome the disadvantages of the liquid phase alkylation reaction by the conventional homogeneous catalyst system, and to alkylate the hydroxylated aromatic compound with high selectivity and conversion.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법Alkylation of Hydroxylated Aromatic Compounds

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

[발명의 목적][Purpose of invention]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][Technical field to which the invention belongs and the prior art in that field]

본 발명은 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산성도와 동공의 크기가 적절히 선택/조절된 다공성 고체산 촉매상에서 올레핀이나 알콜을 이용하여 50 ∼ 200℃ 및 1 ∼ 20 기압의 조건하에서 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화를 수행하여 기존의 균일 촉매계에 의한 액상 알킬화 반응이 갖는 단점을 극복하고, 높은 선택도와 전환율로 하이드록시화 방향족 화합물을 알킬화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alkylation method of a hydroxylated aromatic compound, and more particularly, 50 to 200 ℃ and 1 to 20 atm using olefins or alcohols on a porous solid acid catalyst in which the acidity and the size of the pupil are properly selected / controlled. The present invention relates to a method of alkylating a hydroxylated aromatic compound under the conditions of the above to overcome the disadvantages of the liquid phase alkylation reaction by the conventional homogeneous catalyst system, and to alkylate the hydroxylated aromatic compound with high selectivity and conversion.

하이드록시 방향족 알킬화 유도체는 산화방지제, 합성수지, 중합금지제, 필름 현상액, 표면활성제, 향료, 농약이나 의약품의 중간체로서 다양한 정밀화학 제품으로 활용되어지고 있다.Hydroxy aromatic alkylated derivatives are utilized in various fine chemical products as intermediates of antioxidants, synthetic resins, polymerization inhibitors, film developers, surface active agents, perfumes, pesticides and pharmaceuticals.

따라서, 종래에도 하이드록시화 방향족 화합물을 알킬화하는 방법에 관한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 일반적인 제조방법에 의해서는 하이드록시화 방향족 화합물의 단일 알킬화 유도체만을 선택적으로 얻기란 매우 어렵우며, 통상적으로 둘-, 셋- 혹은 그 이상으로 치환된 유도체가 혼합물로서 함께 얻어진다. 하이드록시화 방향족 화합물에 도입되는 알킬기의 치환위치는 주로 촉매의 종류 및 사용량, 그리고 반응온도에 의존하는 것으로 되어 있다. 즉, 하이드록시화 방향족 화합물을 낮은 온도와 소량의 촉매상에서 알킬화하면 주로 알킬아릴에테르(alkyl aryl ether)가 생성되는 반면에, 이보다 더 높은 온도와 더 센 산성도 및 더 많은 촉매상에서는 알킬화 페놀이 주 생성물로 생성된다. 예컨대, 프로펜 또는 이소부텐에 의한 페놀의 알킬화 반응에 의해 o-/p-알킬페놀을 얻기 위해서는 황산, 불산, BF3 등의 촉매상에서 50 ∼ 350℃ 온도범위에서 반응시켜야 한다. 또한 페놀과 이소부텐의 알킬화 반응을 알루미노실리케이드 촉매상에서 120 ∼ 150℃ 온도조건으로 수행하게 되면, o-유도체를 주 생성물로 얻을 수 있다.Therefore, various researches on the method of alkylating a hydroxylated aromatic compound have been advanced conventionally. It is very difficult to selectively obtain only a single alkylated derivative of a hydroxylated aromatic compound by a general preparation method, and usually two, three or more substituted derivatives are obtained together as a mixture. The position of substitution of the alkyl group introduced into the hydroxylated aromatic compound depends mainly on the type and amount of the catalyst and the reaction temperature. In other words, alkylation of hydroxylated aromatic compounds on low temperatures and small amounts of catalyst produces predominantly alkyl aryl ethers, whereas at higher temperatures, stronger acidity and more catalysts alkylated phenols are the main product. Is generated. For example, in order to obtain o- / p-alkylphenols by alkylation of phenol with propene or isobutene, the reaction should be carried out at a temperature ranging from 50 to 350 ° C. over a catalyst such as sulfuric acid, hydrofluoric acid, and BF 3. In addition, when the alkylation reaction of phenol and isobutene is carried out at 120 to 150 ° C. on an aluminosilicate catalyst, an o-derivative can be obtained as a main product.

카테콜, 하이드로퀴논 등과 같은 디하이드록시화 방향족 화합물의 경우는 페놀에 비하여 더 센 친전자 치환반응성을 보일 것이며, 하나의 벤젠고리에 두 개의 하이드록시기가 동시에 존재하므로 입체적 장애효과도 더 클 것으로 기대된다.Dihydroxylated aromatic compounds, such as catechol and hydroquinone, will exhibit stronger electrophilic substitution reactivity than phenol, and are expected to have greater steric hindrance due to the presence of two hydroxy groups in one benzene ring. do.

또한, 도입시키려는 알킬기의 크기와 성질 등도 생성물의 종류 및 분포를 결정짓는 중요한 변인이라 볼 수 있다.In addition, the size and nature of the alkyl group to be introduced can be seen as an important variable that determines the type and distribution of the product.

디하이드록시 방향족 화합물의 알킬화 반응의 일례로서, 미국특허 제4,323,714호에서는 하이드로퀴논을 NafionTM 수지(Du Pont사 제품) 촉매와 2-헵타논 용매하에서 이소부틸렌이나 t-부탄올을 이용하여 75℃에서 2시간 동안 반응시켜 27%(하이드로퀴논 기준), 66%(이소부틸렌 기준)의 전환율과 모노-t-부틸하이드로퀴논에 대한 선택도 33%와 디-t-부틸하이드로퀴논에 대한 선택도 41%를 얻었다. 반면에, 크실렌을 용매로 하여 105 ∼ 110℃에서 0.25 시간 동안 수행하여 65% 전환율(하이드로퀴논 기준), 100%의 전환율(이소부틸렌 기준)과 모노-t-부틸하이드로 퀴논에 대한 선택도 39%와 디-t-부틸하이드로퀴논에 대한 선택도 58%를 얻었다.As an example of alkylation of dihydroxy aromatic compounds, US Pat. No. 4,323,714 discloses hydroquinone at 75 ° C. using isobutylene or t-butanol under a NafionTM resin (Du Pont) catalyst and a 2-heptanone solvent. Reaction was carried out for 2 hours to 27% (based on hydroquinone), 66% (based on isobutylene), 33% selectivity for mono-t-butylhydroquinone and 41 for di-t-butylhydroquinone Got%. On the other hand, xylene as a solvent was carried out at 105 to 110 ° C. for 0.25 hours to obtain 65% conversion (based on hydroquinone), 100% conversion (based on isobutylene) and mono-t-butylhydroquinone 39 Obtained 58% selectivity to% and di-t-butylhydroquinone.

이 연구결과는 선택도와 전환율이 작기 때문에 개선의 여지가 많다.The results of this study have much room for improvement because of their low selectivity and conversion rate.

또한, 일본특허공개 소49-109325호에서는 카테콜과 t-부탄올을 루이스산(FeCl3-HCl, ZnCl2-HCl) 촉매를 이용하여 110 ∼ 120℃에서 3시간 반응시킨 결과, 약 31%의 전환율을 갖는 p-t-부틸카테콜을 제조하였으나, 선택도가 낮을 뿐 아니라, 과량의 폐산이 부산물로 생성되어 환경친화적이지 못하다.In addition, Japanese Patent Publication No. 49-109325 discloses that catechol and t-butanol were reacted for 3 hours at 110 to 120 ° C. using Lewis acid (FeCl 3 -HCl, ZnCl 2 -HCl) catalysts. Although pt-butylcatechol having a conversion rate was prepared, not only was the selectivity low, but excessive waste acid was generated as a by-product, which is not environmentally friendly.

기체상태에서 메탄올을 이용하여 카테콜의 메틸화 유도체를 제조하는 방법으로는 γ-Al2O3계열의 촉매가 많이 사용되고 있으며[L. Kiwi-minsker et al Stud. Surf. Sci. & Catal. 101, 171(1996); S. Perchet et al Chem. Eng. Technol. 17, 108(1994)], γ-Al2O3에 7.5%의 마그네슘을 첨가시켜 촉매의 산성도를 조절함으로써 3-메틸카테콜에 대한 선택도를 26%에서 65%로 증가하였으나, 이 반응은 실제 메틸기가 첨가되는 위치를 선택적으로 조절하기 어려워 여러 가지 부산물이 함께 생성되는 단점을 가지고 있다.As a method for preparing methylated derivatives of catechol using methanol in a gaseous state, γ-Al 2 O 3 series catalysts are widely used [L. Kiwi-minsker et al Stud. Surf. Sci. & Catal. 101, 171 (1996); In S. Perchet et al Chem. Eng. Technol. 17, 108 (1994)], increased the selectivity for 3-methylcatechol from 26% to 65% by controlling the acidity of the catalyst by adding 7.5% magnesium to γ-Al 2 O 3 . In fact, it is difficult to selectively control the position at which the methyl group is added, which has a disadvantage of generating various by-products together.

이와 같이 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 유도체 제조기술은 실제로 촉매의 성질과 반응물의 종류, 반응조건 등에 따라서 다양한 이성체가 부산물로 함께 생성되므로 원하는 알킬화 유도체를 선택적으로 제조하기는 쉽지 않다.As described above, in the technology of preparing alkylated derivatives of hydroxylated aromatic compounds, various isomers are generated together as by-products depending on the nature of the catalyst, the kind of the reactants, the reaction conditions, and the like.

또한, 종래 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법에서 일반적으로 적용되어온 황산, 불산 등의 균일계 촉매는 원하는 생성물에 대한 선택도와 전환율이 낮으며, 부산물로서 과량의 폐산 및 폐수가 생성되므로 이를 극복할 수 있는 새로운 촉매의 개발이 불가피한 상황에 있다.In addition, homogeneous catalysts such as sulfuric acid and hydrofluoric acid, which have been generally applied in the alkylation method of a hydroxylated aromatic compound, have low selectivity and conversion for a desired product, and as a by-product, excess waste acid and waste water are generated, which can be overcome. The development of new catalysts is inevitable.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제][Technical problem to be achieved]

이에 본 발명에서는 상기 종래의 기술에 비교하여 선택성과 전환율이 우수한 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 유도체 제조방법을 개발하고자 노력하였고, 그 결과 수 많은 공지의 다공성 촉매 중에서도 특정의 산성도와 동공의 크기 및 구조를 갖는 고체산 촉매를 이용하여 적절한 알킬화 시약과 반응시켜 선택도와 전환율이 우수한 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화방법을 개발하였다.Accordingly, the present invention has been made to develop a method for preparing alkylated derivatives of hydroxylated aromatic compounds having excellent selectivity and conversion compared with the conventional techniques, and as a result, among various known porous catalysts, specific acidity and pupil size and structure By using a solid acid catalyst having a reaction with an appropriate alkylating reagent has been developed a method for alkylation of hydroxylated aromatic compounds having excellent selectivity and conversion.

따라서, 본 발명은 선택도와 전환율이 우수한 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for alkylating hydroxylated aromatic compounds having excellent selectivity and conversion.

[발명의 구성 및 작용][Configuration and Function of Invention]

본 발명은 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법에 있어, 상기 알킬화 반응은 실리카/알루미나(SiO2/Al2O3)의 몰비가 1 ∼ 100이고, 동공크기가 2 ∼ 20Å인 다공성 고체산 촉매하에서 수행하는 것을 그 특징으로 한다.The present invention provides a method for alkylating a hydroxylated aromatic compound, wherein the alkylation reaction is carried out under a porous solid acid catalyst having a molar ratio of silica / alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 1 to 100 and a pore size of 2 to 20 GPa. It is characterized by performing.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명에 따른 제조방법에서 사용되는 다공성 고체산 촉매는 불균일계 촉매로서 생성물에 대한 선택도와 전환율이 우수하며, 폐산과 폐수의 생성을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 생성물의 선택도가 매우 우수하므로 반응물과 생성물을 분리할 필요가 없어 제조공정을 단순화시킬 수 있으므로 경제적이며 환경친화적인 관점에서도 바람직하다. 또한, 이러한 다공성 고체산 촉매 존재하에서의 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 반응은 온화한 조건에서 수행하며, 그 결과로 알킬화된 하이드록시화 방향족 화합물을 고선택적, 고수율로 제조가 가능하다.The porous solid acid catalyst used in the production method according to the present invention is a heterogeneous catalyst, which has excellent selectivity and conversion for the product, minimizes the generation of waste acid and wastewater, and also has a very good selectivity of the product, thereby reacting the reactants. It is preferable from an economical and environmentally friendly point of view because it does not need to separate the product and the product, thereby simplifying the manufacturing process. In addition, the alkylation reaction of the hydroxylated aromatic compound in the presence of such a porous solid acid catalyst is carried out under mild conditions, and as a result, the alkylated hydroxylated aromatic compound can be produced in high selectivity and high yield.

본 발명이 특징적으로 사용하는 다공성 고체산 촉매에는 ZSM-5, β-제올라이트, L, USY, 모데나이트, γ-알루미나 또는 이들을 이온교환방법 등을 통하여 화학적으로 개질시킨 개질촉매가 포함된다. 상기한 다공성 고체산 촉매는 형상이 서로 다른 이성체를 효과적으로 제조, 분리할 목적으로 석유화학 및 정밀화학 분야에서 사용된 적은 있으나, 본 발명에서 처럼 특정한 실리카/알루미나의 몰비 또는 동공의 크기를 조절하여 탄소원자 3개 이상을 갖는 알킬기를 하이드록시하 방향족 화합물의 벤젠고리의 특정위치에 고 선택적으로 도입하기 위한 알킬화 반응촉매로 사용된 적은 없다.Porous solid acid catalysts of the present invention include ZSM-5, β-zeolite, L, USY, mordenite, γ-alumina, or a reforming catalyst chemically modified by an ion exchange method. The above-mentioned porous solid acid catalyst has been used in the petrochemical and fine chemical fields for the purpose of effectively preparing and separating isomers having different shapes, but as in the present invention, the specific ratio of silica / alumina or the size of the pores is controlled to control carbon. It has never been used as an alkylation reaction catalyst for the high selective introduction of alkyl groups having at least three atoms into specific positions of the benzene ring of aromatic compounds under hydroxy.

본 발명에서는 상기한 다공성 고체산 촉매에 있어, 실리카/알루미나(SiO2/Al2O3)의 몰비가 1 ∼ 100이고, 동공크기가 2 ∼ 20Å인 다공성 고체산 촉매를 사용하는 것으로 한정한다. 본 발명이 선택적으로 사용하는 다공성 고체산 촉매의 실리카/알루미나(SiO2/Al2O3)의 몰비가 1 미만이면 특정 구조를 갖는 제올라이트가 형성되기 어렵고, 100을 초과하면 산성도와 산점 자리수가 적어서 촉매활성도가 매우 낮은 문제가 있다. 또한, 동공의 크기가 2Å 미만이면 반응물이 제올라이트의 동공에 확산해 들어갈 수 없어서 촉매활성이 저조할 뿐만 아니라, 선택도가 격감되며, 20Å를 초과하면 동공의 크기가 반응물보다 월등히 크기 때문에 여러 종류의 이성체가 형성되어 선택도와 수득률이 저조한 문제가 있다.In the present invention, the porous solid acid catalyst described above is limited to using a porous solid acid catalyst having a molar ratio of silica to alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 1 to 100 and a pore size of 2 to 20 kPa. When the molar ratio of silica / alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of the porous solid acid catalyst selectively used by the present invention is less than 1, zeolites having a specific structure are difficult to form, and when the molar ratio exceeds 100, the acidity and the number of acid sites are small. There is a problem of very low catalytic activity. In addition, if the pore size is less than 2 μs, the reactant cannot diffuse into the zeolite pores, resulting in poor catalytic activity and a decrease in selectivity. If the pore size exceeds 20 μs, the size of the pores is much larger than the reactants. Isomers are formed, resulting in poor selectivity and yield.

상기한 바와 같은 다공성 고체산 촉매를 알킬화 반응에 적용함에 있어서는 300 ∼ 500℃ 및 산소 분위기에서 전처리를 수행하여 활성화 시킨 다음 적용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 다공성 고체산 촉매의 사용량에는 특별한 제한이 없으나, 생성물 1 kg에 대하여 0.1 g 이하로 사용하는 것이 보다 바람직하다.In applying the porous solid acid catalyst as described above to the alkylation reaction, it is more preferable to activate the mixture by performing a pretreatment at 300 to 500 ° C. and an oxygen atmosphere. In addition, the amount of the porous solid acid catalyst used is not particularly limited, but it is more preferably used in an amount of 0.1 g or less with respect to 1 kg of the product.

한편, 본 발명에 따른 제조방법에 적용될 수 있는 하이드록시화 방향족 화합물은 방향족고리에 하이드록시기가 하나 또는 둘 이상 치환되어 있는 방향족 화합물이라면 모두 적용 가능하다. 모노하이드록시화 방향족 화합물의 예로는 페놀, 1-하이드록시나프탈렌, 2-하이드록시나프탈렌, 2-하이드록시안트라센, 3-하이드록시펜안쓰렌 등이 포함된다. 디하이드록시화 방향족 화합물의 예로는 1,2-디하이드록시벤젠(일명, '카테콜'), 1,4-디하이드록시벤젠(일명, '하이드로퀴논'), 1,2-디하이드록시나프탈렌, 1,4-디하이드록시나프탈렌, 1,5-디하이드록시나프탈렌, 등이 포함된다.On the other hand, the hydroxylated aromatic compound which can be applied to the production method according to the present invention is applicable to any aromatic compound in which one or more hydroxy groups are substituted in the aromatic ring. Examples of monohydroxylated aromatic compounds include phenol, 1-hydroxynaphthalene, 2-hydroxynaphthalene, 2-hydroxyanthracene, 3-hydroxyphenanthrene and the like. Examples of dihydroxylated aromatic compounds include 1,2-dihydroxybenzene (aka 'catechol'), 1,4-dihydroxybenzene (aka 'hydroquinone'), 1,2-dihydroxy Naphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, and the like.

또한, 본 발명에 따른 알킬화 반응에 적용될 수 있는 알킬화 시약은 탄소원자수 3 ∼ 6의 올레핀 화합물이나 알콜류이다. 올레핀 화합물의 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부틸렌, 2-부틸렌, 이소부틸렌, 1-펜텐, 2-펜텐, 2-메틸펜텐-2, 3-메틸펜텐-2, 1-헥센, 2-헥센, 3-헥센 등이 포함된다. 알콜류로는 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, n-부틸알콜, t-부틸알콜, n-펜틸알콜, sec-펜틸알콜 등이 포함된다. 상기한 알킬화 시약은 하이드록시화 방향족 화합물에 대하여 0.5 ∼ 4 몰비로 사용될 수 있다.In addition, the alkylation reagent which can be applied to the alkylation reaction according to the present invention is an olefin compound having 3 to 6 carbon atoms or an alcohol. Examples of the olefin compound include ethylene, propylene, 1-butylene, 2-butylene, isobutylene, 1-pentene, 2-pentene, 2-methylpentene-2, 3-methylpentene-2, 1-hexene, 2 -Hexene, 3-hexene and the like. Alcohols include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, t-butyl alcohol, n-pentyl alcohol, sec-pentyl alcohol and the like. The alkylating reagents described above may be used in 0.5 to 4 molar ratios with respect to the hydroxylated aromatic compounds.

또한, 본 발명의 알킬화 반응은 50 ∼ 200℃ 온도 및 1 ∼ 20 기압의 조건하에서 수행하도록 한다.In addition, the alkylation reaction of the present invention is to be carried out under the conditions of 50 to 200 ℃ temperature and 1 to 20 atm.

또한, 본 발명에 따른 알킬화 반응은 회분식(batch type) 혹은 고정층 연속식(fixed-bed continuous type) 등으로 수행할 수 있다.In addition, the alkylation reaction according to the present invention may be carried out in a batch type (fixed-bed continuous type) or the like.

회분식 공정으로 수행할 경우, 적당량의 과립형 다공성 고체산 촉매를 반응기에 충진한다. 그리고, 하이드록시화 방향족 화합물이 적당한 용매 예를 들면 2-헵타논, 크실렌 등에 용해되어 있는 용액을 반응기에 주입하고, 알킬화 시약을 넣어 함께 저어 주면서 원하는 반응온도, 시간, 압력하에서 알킬화 반응을 수행한다. 높은 압력에서 수행될 반응이라면 질소, 알곤, 헬륨 등과 같은 비활성기체를 반응기에 넣어 원하는 압력을 유지할 수도 있다. 반응이 완결되면 반응기를 실온으로 냉각하고 때에 따라서 압력을 상압으로 낮춘 후, 반응 혼합물로부터 촉매를 분리하고, 용액을 분별증류하거나 재결정하여 알킬화된 생성물과 미반응 하이드록시화 방향족 화합물이나, 부산물을 분리한다.When carried out in a batch process, an appropriate amount of granular porous solid acid catalyst is charged to the reactor. Then, a solution in which a hydroxylated aromatic compound is dissolved in a suitable solvent, such as 2-heptanone, xylene, or the like is injected into the reactor, and the alkylation reaction is performed under a desired reaction temperature, time, and pressure while stirring with an alkylating reagent. . If the reaction is to be carried out at a high pressure may be inert gas such as nitrogen, argon, helium and the like to maintain the desired pressure. Upon completion of the reaction, the reactor is cooled to room temperature and the pressure is sometimes lowered to atmospheric pressure, the catalyst is separated from the reaction mixture, the solution is fractionated or recrystallized to separate the alkylated product from the unreacted hydroxylated aromatic compound or by-product. do.

고정층 연속식 공정을 수행할 경우, 적당량의 과립형 다공성 고체산 촉매를 반응기에 충진하고 반응물인 하이드록시화 방향족 화합물과 알킬화 시약을 연속적으로 공급하여 원하는 반응온도, 압력으로 맞추어진 촉매층을 연속적으로 통과하게 한다. 적당한 반응온도와 압력에 맞추어진 반응기를 통과한 화합물은 분리/정제하고 반응하지 않은 하이드록시화 방향족 화합물은 재순환시킬 수 있도록 한다.When performing a fixed bed continuous process, an appropriate amount of granular porous solid acid catalyst is charged into the reactor, and the reactant hydroxylated aromatic compound and the alkylating reagent are continuously supplied to continuously pass the catalyst layer adjusted to the desired reaction temperature and pressure. Let's do it. Compounds that have passed through the reactor at the appropriate reaction temperature and pressure can be separated / purified and recycled unreacted hydroxylated aromatic compounds.

본 발명에 따른 알킬화 방법에 의해 합성되어지는 하이드록시 방향족 알킬화 유도체로는 메틸페놀(일명, '크레졸'), 디메틸페놀(일명, '쟈이레놀'), 에틸페놀, 디에틸페놀, 프로필페놀, 디프로필페놀, 이소프로필페놀, 디이소프로필페놀, n-부틸페놀, n-디부틸페놀, t-부틸페놀, 펜틸페놀, 디펜틸페놀, 메틸카테콜, 디메틸카테콜, 에틸카테콜, 디에틸카테콜, 프로필카테콜, 디프로필카테콜, 이소프로필카테콜, 디이소프로필카테콜, n-부틸카테콜, n-디부틸카테콜, t-부틸카테콜, 펜틸카테콜, 디펜틸카테콜, 메틸하이드로퀴논, 디메틸하이드로퀴논, 에틸하이드로퀴논, 디에틸하이드로퀴논, 이소프로필하이드로퀴논, 디이소프로필하이드로퀴논, n-부틸하이드로퀴논, n-디부틸하이드로퀴논, t-부틸하이드로퀴논, 펜틸하이드로퀴논, 디펜틸하이드로퀴논, 메틸하이드록시나프탈렌, 디메틸하이드록시나프탈렌, 에틸하이드록시나프탈렌, 디에틸하이드록시나프탈렌, 프로필하이드록시나프탈렌, 디프로필하이드록시나프탈렌, 이소프로필하이드록시나프탈렌, 디이소프로필하이드록시나프탈렌, n-부틸하이드록시나프탈렌, 디-n-부틸하이드록시나프탈렌, t-부틸하이드록시나프탈렌, 디-t-부틸하이드록시나프탈렌, 펜틸하이드록시나프탈렌, 디펜틸하이드록시나프탈렌 등이 있다. 상기한 하이드록시 방향족 알킬화 유도체에서의 알킬기 도입위치는 o- 또는 m-위치에 보다는 p-위치에 대한 선택도가 우수한 것으로 결과되는 바, 이로써 본 발명은 하이드록시화 방향족화합물에 알킬기가 벤젠고리의 특정위치에 치환된 유도체를 고선택적으로 제조하는데 유용하다.The hydroxy aromatic alkylated derivatives synthesized by the alkylation process according to the present invention include methylphenol (aka 'cresol'), dimethylphenol (aka 'jaylenol'), ethylphenol, diethylphenol, propylphenol, Dipropylphenol, isopropylphenol, diisopropylphenol, n-butylphenol, n-dibutylphenol, t-butylphenol, pentylphenol, dipentylphenol, methylcatechol, dimethylcatechol, ethylcatechol, diethyl Catechol, propylcatechol, dipropylcatechol, isopropylcatechol, diisopropylcatechol, n-butylcatechol, n-dibutylcatechol, t-butylcatechol, pentylcatechol, dipentylcatechol , Methylhydroquinone, dimethylhydroquinone, ethylhydroquinone, diethylhydroquinone, isopropylhydroquinone, diisopropylhydroquinone, n-butylhydroquinone, n-dibutylhydroquinone, t-butylhydroquinone, pentylhydro Quinone, dipentylhydroquinone, methyl high Doxynaphthalene, dimethyl hydroxy naphthalene, ethyl hydroxy naphthalene, diethyl hydroxy naphthalene, propyl hydroxy naphthalene, dipropyl hydroxy naphthalene, isopropyl hydroxy naphthalene, diisopropyl hydroxy naphthalene, n-butylhydroxy naphthalene , Di-n-butylhydroxynaphthalene, t-butylhydroxynaphthalene, di-t-butylhydroxynaphthalene, pentylhydroxynaphthalene, dipentylhydroxynaphthalene and the like. The alkyl group introduction position in the hydroxy aromatic alkylated derivatives described above results in better selectivity to the p-position than to the o- or m-position. Thus, in the present invention, the alkyl group of the hydroxylated aromatic compound It is useful for highly selective preparation of derivatives substituted at specific positions.

이와 같은 본 발명의 제조방법은 다음의 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such a manufacturing method of the present invention will be described in more detail through the following examples, but the present invention is not limited thereto.

즉, 다음의 실시예에서는 몇몇 하이드록시 방향족 화합물의 알킬화 방법을 제시하고 있지만, 본 발명의 권리범위에 포함되는 다른 화합물의 알킬화 반응 역시 통상의 당업자라면 용이하게 응용이 가능한 것이다.That is, the following examples show some alkylation methods of hydroxy aromatic compounds, but alkylation reactions of other compounds included in the scope of the present invention are also readily applicable to those skilled in the art.

[실시예 1]Example 1

촉매 0.5 g을 400℃에서 활성화시켜 상온으로 냉각시킨 후 고정층 반응기에 충진시키고 반응기를 반응온도로 유지한 뒤 하이드록시화 방향족화합물이 녹아있는 2-헵타논 용액을 촉매층으로 시간당 0.018 몰의 일정속도로 주입하면서 동시에 같은 몰수의 이소부틸렌도 함께 주입함으로써 반응을 수행하였다. 생성물은 일정 반응온도에서 2시간 동안 포집한 뒤 SE-30 컬럼이 장착된 GC/MS를 이용하여 분석하였다.0.5 g of the catalyst was activated at 400 ° C., cooled to room temperature, charged to a fixed bed reactor, the reactor was maintained at the reaction temperature, and a 2-heptanone solution containing a hydroxylated aromatic compound was used as a catalyst layer at a constant rate of 0.018 mol per hour. The reaction was carried out by simultaneously injecting isobutylene with the same mole of number thereof. The product was collected for 2 hours at a constant reaction temperature and analyzed using GC / MS equipped with SE-30 column.

[실시예 2]Example 2

촉매 0.3 g을 450℃에서 활성화시켜 상온으로 냉각시킨 후, 반응기에 충진시키고 동시에 질소를 흘려 수분이나 공기의 접촉을 막았다. 반응기를 170℃까지 가열한 뒤 하이드록시화 방향족 화합물 0.05 몰을 t-부탄올 15ml에 녹인 용액을 일정한 속도로 촉매 층을 통과 시킴으로써 반응을 수행하였다. 생성물은 SE-30 컬럼이 장착된 GC/MS를 이용하여 분석하였다.0.3 g of the catalyst was activated at 450 ° C., cooled to room temperature, charged to the reactor, and simultaneously flowed with nitrogen to prevent contact with moisture or air. After the reactor was heated to 170 ° C, the reaction was performed by passing a solution of 0.05 mol of the hydroxylated aromatic compound in 15 ml of t-butanol through a catalyst bed at a constant rate. The product was analyzed using GC / MS equipped with a SE-30 column.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

상기 표 1 및 표 2의 결과에 의하면, 본 발명에 따라 제올라이트 동공이 3차원 구조를 갖는 H-β나 H-ZSM-5는 이소부틸렌으로 카테콜이나 페놀을 알킬화시켰을 때 67 ∼ 83%의 전환율과 55 ∼ 68%의 p-이성체 선택도를 보인다. 반면에, 제올라이트 동공이 1차 혹은 2차원 구조를 갖는 H-L, H-M 제올라이트는 유사한 반응 조건에서 22 ∼ 30%의 전환율과 10 ∼ 25%의 p-이성체 선택도를 보인다.According to the results of Tables 1 and 2, H-β or H-ZSM-5 having a three-dimensional structure of zeolite pupils was 67-83% when alkylated catechol or phenol with isobutylene. Conversion and p-isomer selectivity of 55-68%. On the other hand, H-L and H-M zeolites with zeolite pupils having primary or two-dimensional structures show conversions of 22-30% and p-isomer selectivity of 10-25% under similar reaction conditions.

한편 t-부탄올로 카테콜이나 페놀을 알킬화시켰을 때에는 H-β나 H-ZSM-5의 경우에는 이소부틸렌을 알킬화시약으로 사용하였을 때 보다 더 우수한 촉매 활성도를 보이는 바, 80 ∼ 91%의 전환율과 88 ∼ 95%의 p-이성체 선택도를 보인다.On the other hand, alkylation of catechol or phenol with t-butanol showed better catalytic activity in the case of H-β or H-ZSM-5 than when isobutylene was used as the alkylating reagent. And p-isomer selectivity of 88-95%.

이에 반하여, 양성자 대신 염기성인 나트륨이온 등을 이온교환시킴으로써 산점의 수가 감소된 촉매(예, NaH-ZSM-5) 또는 균일한 크기의 동공을 갖지 않는 γ-알루미나 등은 p-이성체 선택도는 크게 감소하지 않아 68 ∼ 87%의 선택도를 나타내고는 있으나 전환율이 월등히 낮아 12 ∼ 33%를 보인다. t-부탄올을 알킬화 시약으로 사용했을 경우, t-부탄올이 고체산 표면에서 안정한 3차 카보니움 양이온이 형성되어 비교적 쉽게 입체적 장애를 최소화시킬 수 있는 p-이성체가 높은 수율로 얻어지지만, 이소부틸렌을 알킬화 시약으로 사용했을 경우 비교적 반응성이 좋은 이소부틸렌은 여러 종류의 이성체를 형성할 뿐만 아니라 이소부틸렌 이합체가 알킬화된 부산물로 얻어지므로, t-부탄올을 알킬화시약으로 사용했을 때보다 p-이성체 선택도가 다소 감소하는 경향을 보이는 것으로 해석된다.In contrast, catalysts with reduced number of acid sites (eg, NaH-ZSM-5) or γ-alumina that do not have uniformly sized pores by ion exchange of basic sodium ions or the like instead of protons have a large p-isomer selectivity. Although it does not decrease, it shows the selectivity of 68 to 87%, but the conversion rate is much lower, showing 12 to 33%. When t-butanol is used as the alkylating reagent, isobutyl is obtained in high yield, although t-butanol forms stable tertiary carbonium cations on the surface of the solid acid, thereby relatively easily minimizing steric hindrance. When lene is used as an alkylating reagent, isobutylene, which is relatively reactive, not only forms various kinds of isomers but also isobutylene dimers are obtained as alkylated by-products, so that t-butanol is used as p- It is interpreted that the isomer selectivity tends to decrease slightly.

특히 주목할 만한 것은 하이드록시화 방향족 화합물을 t-부탄올에 의해 알킬화하여 p-t-부틸카테콜을 합성함에 있어 전환율 91%와 선택도 95%를 나타내는 바, 현재까지 위와 같이 향상된 알킬화 유도체 제조기술은 보고된 바 없다.Especially noteworthy is that in the synthesis of pt-butylcatechol by alkylation of the hydroxylated aromatic compound with t-butanol, the conversion rate is 91% and the selectivity is 95%. No bar

Claims (5)

하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법에 있어, 상기 알킬화 반응은 실리카/알루미나(SiO2/Al2O3)의 몰비가 1 ∼ 100이고, 동공크기가 2 ∼ 20Å이며 동공이 3차원 구조를 갖는 H-β 및 H-ZSM-5 중에서 선택된 다공성 고체산 촉매하에서 50 ∼ 200℃ 온도 및 상압 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법.In the alkylation method of a hydroxylated aromatic compound, the alkylation reaction has a molar ratio of silica / alumina (SiO 2 / Al 2 O 3 ) of 1 to 100, a pore size of 2 to 20 kPa, and a pupil having a three-dimensional structure. Process for alkylation of a hydroxylated aromatic compound, characterized in that carried out at 50 to 200 ℃ temperature and atmospheric pressure under a porous solid acid catalyst selected from -β and H-ZSM-5. 제1항에 있어서, 상기 하이드록시화 방향족 화합물은 모노하이드록시화 방향족 화합물 또는 디하이드록시화 방향족 화합물인 것을 특징으로 하는 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법.The alkylation method of a hydroxylated aromatic compound according to claim 1, wherein the hydroxylated aromatic compound is a monohydroxylated aromatic compound or a dihydroxylated aromatic compound. 제2항에 있어서, 상기 모노하이드록시화 방향족 화합물이 페놀이고, 디하이드록시화 방향족 화합물이 카테콜인 것을 특징으로 하는 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법.3. The alkylation method of a hydroxylated aromatic compound according to claim 2, wherein the monohydroxylated aromatic compound is phenol and the dihydroxylated aromatic compound is catechol. 제1항에 있어서, 상기 알킬화 반응의 알킬화 시약이 탄소원자수 3 ∼ 6의 올레핀 화합물이나 알콜인 것을 특징으로 하는 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법.The alkylation method of the hydroxylated aromatic compound according to claim 1, wherein the alkylation reagent of the alkylation reaction is an olefin compound having 3 to 6 carbon atoms or an alcohol. 제4항에 있어서, 상기 알킬화 시약이 이소부틸렌 또는 t-부탄올인 것을 특징으로 하는 하이드록시화 방향족 화합물의 알킬화 방법.5. The method of claim 4, wherein said alkylating reagent is isobutylene or t-butanol.
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