KR100434589B1 - Hydroformylation method of a catalyst for a hydroformylation reaction, a catalyst comprising the same, and a mixed olefin using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혼합 올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응 촉매에 사용되는 새로운 배위자 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트와, 이 배위자와 로듐을 포함하여 이루어진 하이드로포르밀레이션 반응용 촉매, 및 상기 촉매를 이용하여 저급 올레핀을 저중합하여 얻어진 혼합 올레핀을 하이드로포르밀레이션하여 탄소수가 하나 더 많은 알데히드를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a novel ligand, tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite, which is used in the hydroformylation reaction catalyst of mixed olefins, the ligand and rhodium It relates to a catalyst for hydroformylation reaction comprising a, and a method for producing an aldehyde having one more carbon by hydroformylating a mixed olefin obtained by low polymerization of a lower olefin using the catalyst.
본 발명의 배위자를 사용한 촉매는 우수한 활성, 선택성을 가짐을 물론 촉매 사용후 회수율이 높아 재활용 효율이 매우 높으므로, 본 발명의 촉매를 이용할 경우 하이드로포르밀레이션 반응을 효율적, 경제적으로 수행할 수 있다.Since the catalyst using the ligand of the present invention has excellent activity and selectivity as well as high recovery efficiency after using the catalyst, the recycling efficiency is very high, and thus, the hydroformylation reaction can be efficiently and economically performed when the catalyst of the present invention is used. .
Description
본 발명은 혼합 올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응 촉매에 사용되는 새로운 배위자, 이 배위자와 로듐을 포함하여 이루어진 하이드로포르밀레이션 반응용 촉매 및, 상기 촉매를 이용하여 저급 올레핀을 저중합하여 얻어진 혼합 올레핀을 하이드로포르밀레이션하여 탄소수가 하나 더 많은 알데히드를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a new ligand for the hydroformylation reaction catalyst of mixed olefins, a catalyst for hydroformylation reaction comprising the ligand and rhodium, and a mixed olefin obtained by low polymerizing a lower olefin using the catalyst. Formylation relates to a process for producing one more carbon aldehyde.
에틸렌, 프로필렌, 부텐 등의 저급 올레핀을 저중합하면 직쇄형 터미널 올레핀, 분지형 터미널 올레핀, 직쇄형 내부 올레핀, 분지형 내부 올레핀 등의 다양한 이성질체들이 섞여 있는 혼합물 상태의 올레핀을 제조할 수 있다. 이 혼합 올레핀을 합성가스와 함께 하이드로포르밀레이션 반응시키면 탄소수가 하나 더 많은 알데히드를 제조할 수 있고, 한 단계 더 나아가서 수소화 반응시켜서 알코올을 제조할 수 있다.Low polymerization of lower olefins, such as ethylene, propylene, butene, can produce olefins in a mixture of various isomers such as straight chain terminal olefins, branched terminal olefins, straight chain internal olefins, and branched internal olefins. Hydroformylation reaction of the mixed olefins with the synthesis gas can produce aldehydes having one more carbon atoms, and can be further hydrogenated to prepare alcohols.
올레핀을 촉매 존재 하에 수소 및 일산화탄소와 반응시켜서 알데히드를 제조하는 하이드로포르밀레이션 방법은 많이 알려져 있다. 촉매로는 8족 전이금속, 특히 로듐과 배위자로 구성된 착화합물이 사용되는데, 이때 배위자가 촉매반응에 미치는 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 배위자의 선택에 따라, 하이드로포르밀레이션 반응 활성과 선택도가 크게 달라지게 된다.Many hydroformylation methods are known for producing aldehydes by reacting olefins with hydrogen and carbon monoxide in the presence of a catalyst. As a catalyst, a complex compound composed of a Group 8 transition metal, in particular rhodium and a ligand, is known, and it is known that the influence of the ligand on the catalytic reaction is great. Depending on the choice of ligand, the hydroformylation reaction activity and selectivity will vary greatly.
올레핀을 로듐 촉매 존재하에 수소 및 일산화탄소와 반응시켜서 알데히드를 제조하는 하이드로포르밀레이션 공정에서 촉매의 회수 및 재활용 효율성이 공정의 경제성을 결정하는 핵심조건이다. 미반응 올레핀, 알데히드, 알콜 및 로듐 촉매가 포함되어 있는 하이드로포르밀레이션 반응 생성물에서 로듐 촉매를 분리하기 위하여 일반적으로 증류를 수행한다. 증류에 의해 로듐 촉매를 분리할 때 증류생성물중으로 촉매가 휘발되어 촉매의 손실이 발생하게 되는데, 이렇게 손실되는 촉매의 양을 최소화 하여야 한다. 따라서 촉매의 활성 및 선택도 뿐만 아니라 촉매의 안정성이 매우 중요한 변수이며, 이러한 성질을 개선하기 위한 효과적인 배위자를 개발하는 것이 이 기술의 중요한 연구분야이다.In hydroformylation processes in which olefins are reacted with hydrogen and carbon monoxide in the presence of a rhodium catalyst to produce aldehydes, the efficiency of catalyst recovery and recycling is a key condition in determining the economics of the process. Distillation is generally carried out to separate the rhodium catalyst from hydroformylation reaction products containing unreacted olefins, aldehydes, alcohols and rhodium catalysts. When the rhodium catalyst is separated by distillation, the catalyst is volatilized into the distillation product to cause the loss of the catalyst. Therefore, the amount of the lost catalyst should be minimized. Therefore, not only the activity and selectivity of the catalyst but also the stability of the catalyst are very important variables, and the development of effective ligands to improve these properties is an important research field of this technology.
올레핀을 로듐 촉매 존재 하에 수소 및 일산화탄소와 반응시켜서 알데히드를 제조하는 하이드로포르밀레이션 공정에서 배위자로는 인계화합물이 많이 사용되는데 그중에서 포스핀계가 먼저 사용되었다. 포스핀계를 배위자로 사용한 로듐촉매는 프로필렌 등의 터미널 올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응에서는 활성이 높고 촉매의 안정성도 양호하나, 내부 올레핀에 대해서는 하이드로포르밀레이션 반응 활성이 매우 낮다. 따라서 직쇄형 터미널 올레핀, 분지형 터미널 올레핀, 직쇄형 내부 올레핀, 분지형 내부 올레핀 등의 다양한 이성질체들이 섞여 있는 혼합물 상태의 올레핀에 대한 하이드로포르밀레이션 반응에는 채용할 수 없다.In the hydroformylation process in which olefins are reacted with hydrogen and carbon monoxide in the presence of a rhodium catalyst to produce aldehydes, phosphorus compounds are frequently used as ligands. Among them, phosphine-based compounds are used first. The rhodium catalyst using phosphine as a ligand has high activity and good catalyst stability in hydroformylation of terminal olefins such as propylene, but very low hydroformylation activity for internal olefins. Therefore, it cannot be employed in the hydroformylation reaction for a mixture of olefins in which various isomers such as linear terminal olefins, branched terminal olefins, linear internal olefins and branched internal olefins are mixed.
다른 인계 배위자를 사용한 로듐계 촉매로는 포스파이트계를 채택한 촉매가 알려져 있다. 예를 들어, 일본특허공개 제57-123234호와 미국특허 제5,306,839호에서는 트리스(2-3차-부틸페닐)포스파이트 또는 트리스(3,6-디-3차-부틸-2-나프틸)포스파이트 등의 트리오르가노 포스파이트를 배위자로 사용하였다. 국제특허공개 WO85/03702호에서는 1,1'-비페닐-2,2'-디일-(2,6-디-3차-부틸-4-메틸페닐)포스파이트 등의 디오르가노포스파이트를 배위자로 사용하였다. 유럽특허공개 제518241 A2호에는 비스포스파이트 화합물을 배위자로 사용하였으며, 유럽특허 제697391호 A1호에는 디오르가노포스파이트, 비스포스파이트, 트리오르가노포스파이트, 그리고 폴리 포스파이트 등을 배위자로 사용하였다.As a rhodium-based catalyst using another phosphorus ligand, a catalyst employing a phosphite system is known. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 57-123234 and 5,306,839 disclose tris (2-tert-butylphenyl) phosphite or tris (3,6-di-tert-butyl-2-naphthyl) Triorgano phosphites such as phosphite were used as ligands. International Patent Publication No. WO85 / 03702 discloses diorganophosphites such as 1,1'-biphenyl-2,2'-diyl- (2,6-di-tert-butyl-4-methylphenyl) phosphite as ligands. Used. European Patent Publication No. 518241 A2 uses bisphosphite compounds as ligands, and European Patent No. 697391 A1 uses diorganophosphites, bisphosphites, triorganophosphites, and polyphosphites as ligands. It was.
상기에 언급한 다양한 종류의 인계화합물이 배위자로 제안되어 있으나 촉매의 안정성에 있어서 아직까지 만족할 만한 수준이 아니며, 촉매의 활성과 안정성을 장기적으로 유지해야 하는 상업적인 공정에 적용하기 위해서는 아직 문제점을 갖고 있다.Although various kinds of phosphorus compounds mentioned above have been proposed as ligands, they are still not satisfactory in the stability of catalysts, and there are still problems in applying them to commercial processes that require long-term activity and stability of catalysts. .
따라서, 본 발명에서는 하이드로포르밀레이션 반응용 로듐 촉매에 우수한 활성, 선택성 및 안정성을 부여할 수 있는 새로운 배위자를 제공하고자 하며, 또한 상기 새로운 배위자와 로듐을 포함하여 이루어진 촉매 및 동 촉매를 이용하여 혼합 올레핀을 하이드로포르밀레이션 반응시키는 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention seeks to provide a new ligand capable of imparting excellent activity, selectivity and stability to the rhodium catalyst for hydroformylation reaction, and is also mixed using the catalyst containing the new ligand and rhodium and the same catalyst. It is to provide a method of hydroformylation reaction of an olefin.
이를 위하여 본 발명에 의하면, 하이드로포르밀레이션 반응용 로듐 촉매의배위자로서, 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트가 제공된다.To this end, according to the present invention, tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite is provided as a ligand of the rhodium catalyst for hydroformylation reaction.
또한, 본 발명에 의하면, 로듐 및 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트 배위자를 포함하여 이루어지는 하이드로포르밀레이션 반응용 촉매가 제공된다.According to the present invention, there is also provided a catalyst for hydroformylation reaction comprising rhodium and tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite ligand. do.
나아가, 본 발명은 상기 촉매를 사용하여, 저급 올레핀을 저중합하여 얻어진 혼합 올레핀을 하이드로포르밀레이션 반응시켜서 탄소수가 하나 더 많은 알데히드를 제조하는 방법을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a method for producing aldehyde having more carbon by hydroformylation of a mixed olefin obtained by low polymerization of a lower olefin using the catalyst.
본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 로듐 촉매 배위자인 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트는 종래 합성수지 첨가제로서 산화방지용 목적으로 사용되었으나, 본 발명자들은 이를 혼합 올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응용 로듐 촉매의 배위자로 사용하면 촉매의 활성과 선택성을 우수하게 유지하면서 또한 촉매의 안정성도 확보할 수 있음을 최초로 확인하였다. 따라서, 본 발명의 배위자를 사용한 촉매는 우수한 활성, 선택성을 가짐을 물론 촉매 사용후 회수율이 높아 재활용 효율이 매우 높다는 이점이 있다.Tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite, which is a rhodium catalyst ligand of the present invention, has been conventionally used for the purpose of antioxidant as a synthetic resin additive, but the present inventors When used as a ligand of the rhodium catalyst for the hydroformylation reaction of mixed olefins, it was first confirmed that the catalyst can be stably maintained while maintaining excellent activity and selectivity of the catalyst. Therefore, the catalyst using the ligand of the present invention has the advantage of having excellent activity and selectivity, as well as a high recovery efficiency after the use of the catalyst, and a very high recycling efficiency.
본 발명의 배위자를 사용한 하이드로포르밀레이션 반응용 촉매는 로듐 촉매 및 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트를 포함하여 이루어진다. 이러한 본 발명의 촉매는 로듐 전구체인 Rh2(O2CCH3)4, Rh(CO)2(C5H7O2),Rh6(CO)16또는 Rh4(CO)12등에 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트를 가하여 얻을 수 있다. 배위자인 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트는 로듐 금속에 대하여 몰 비로 1배 내지 100배 정도, 바람직하게는 5 배 내지 50배 범위가 되도록 사용하는 것이 적당하다. 본 발명에 의한 촉매는 반응액 중에서 즉시 제조하여 사용하는 것이 바람직하다.The catalyst for hydroformylation reaction using the ligand of the present invention comprises a rhodium catalyst and tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite. The catalyst of the present invention is a tetrakis- rhodium precursor Rh 2 (O 2 CCH 3 ) 4 , Rh (CO) 2 (C 5 H 7 O 2 ), Rh 6 (CO) 16 or Rh 4 (CO) 12 and the like. It can be obtained by adding (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite. The ligand tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite is about 1 to 100 times in molar ratio relative to rhodium metal, preferably 5 to 50 times. It is suitable to use it to double the range. The catalyst according to the present invention is preferably used immediately in the reaction solution.
본 발명의 촉매는 저급 올레핀을 저중합하여 얻은 혼합 올레핀을 하이드로포르밀레이션 반응시켜 탄소수가 하나 더 많은 알데히드를 제조하는 반응에 유용하게 사용될 수 있다. 촉매의 양은 특별하게 제한되는 것은 아니나, 촉매의 활성이나 경제적 측면에 따라 선택된다. 일반적으로 반응에 투입되는 혼합 올레핀에 대하여 로듐 금속으로 1∼2000ppm 정도가 사용되고, 바람직하게는 5∼200ppm이 적당하다.The catalyst of the present invention can be usefully used in a reaction for producing aldehyde having more carbon by hydroformylation of a mixed olefin obtained by low polymerization of a lower olefin. The amount of the catalyst is not particularly limited but is selected according to the activity or economic aspect of the catalyst. Generally about 1-2000 ppm is used as a rhodium metal with respect to the mixed olefin put into reaction, Preferably 5-200 ppm is suitable.
본 발명의 촉매를 이용한 혼합 올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응 공정은 통상적인 하이드로포르밀레이션 공정과 유사하다.The hydroformylation process of mixed olefins using the catalyst of the present invention is similar to conventional hydroformylation processes.
혼합 올레핀으로는, 에틸렌, 프로필렌, 부텐류를 니켈, 크롬, 바나듐, 인 등이 담지된 촉매를 사용하여 반응압력 1∼100기압, 반응온도 40∼100℃의 조건에서 저중합하여 얻어진 C6∼ C12올레핀을 사용할 수 있다.As the mixed olefin, C 6 to C obtained by low-polymerizing ethylene, propylene and butenes under conditions of a reaction pressure of 1 to 100 atm and a reaction temperature of 40 to 100 ° C. using a catalyst carrying nickel, chromium, vanadium, phosphorus, and the like 12 olefins can be used.
반응 용매의 사용이 필수적인 것은 아니나 반응에 관여하지 않는 용매를 사용할 수 있다. 적당한 용매로는 방향족 화합물, 케톤류, 에테르류, 에스테르류, 알콜 등이 있다.Although the use of the reaction solvent is not essential, a solvent that does not participate in the reaction can be used. Suitable solvents include aromatic compounds, ketones, ethers, esters, alcohols and the like.
원료로서 수소와 일산화탄소는 반응압력이 일정하게 유지되도록 반응에 참여한 양만큼 공급한다. 수소와 일산화탄소의 몰 비는 일반적으로 10:1 부터 1:10 까지이며, 바람직하게는 2:1 부터 1:2 범위가 좋다.As raw materials, hydrogen and carbon monoxide are supplied in amounts that participate in the reaction so that the reaction pressure is kept constant. The molar ratio of hydrogen and carbon monoxide is generally from 10: 1 to 1:10, preferably in the range from 2: 1 to 1: 2.
반응온도는 50℃ 부터 200℃ 범위에서, 바람직하게는 100℃ 에서 170℃ 범위가 좋으며, 반응압력은 상압에서 300기압까지, 바람직하게는 50기압에서 200기압 범위가 적당하다.The reaction temperature is preferably in the range of 50 ° C to 200 ° C, preferably in the range of 100 ° C to 170 ° C, and the reaction pressure is suitably in the range from normal pressure to 300 atmospheres, preferably in the range of 50 atmospheres to 200 atmospheres.
본 발명에서 촉매 배위자로 사용한 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트는 혼합 올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응 후에도 안정한 상태로 존재하기 때문에, 본 발명의 배위자를 포함한 촉매와 반응생성물을 기존에 알려진 방법에 의해 분리한 후에 촉매의 전부 또는 일부를 하이드로포르밀레이션 반응기에 투입하여 재 사용할 수 있다.Since the tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite used as the catalyst ligand in the present invention remains stable even after the hydroformylation reaction of the mixed olefins, After separating the catalyst and the reaction product including the ligand of the present invention by a known method, all or part of the catalyst may be added to the hydroformylation reactor for reuse.
본 발명의 촉매는 선택성이 높아 원하는 생성물을 높은 수율로 얻을 수 있으며, 안정성이 뛰어나 회수율 및 재활용 효율이 매우 높다.The catalyst of the present invention has high selectivity to obtain a desired product in high yield, excellent stability and very high recovery and recycling efficiency.
이하 본 발명을 실시예 및 비교예에 의하여 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 제공하는 것 일뿐, 본 발명이 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described by way of examples and comparative examples. The following examples are merely provided to facilitate understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
실시예Example
(1) 혼합 올레핀 제조(1) Preparation of Mixed Olefin
납사 분해공장에서 얻어지는 C4유분 중에서 부타디엔과 이소부텐을 제거하고 남은 C4잔사유를 알루미나에 담지된 니켈 촉매 10ml를 충진한 연속식 고정층 반응기에서 반응압력 50 기압, 반응온도 70℃, 공간속도 1.0 hr-1의 반응조건하에서 이량화 반응을 시켰다. 반응 생성물을 증류를 통하여 미반응 C4유분, 이량체, 삼량체 이상 등으로 분리하였으며, C4유분 이량체의 혼합물인 혼합 옥텐을 얻었다. 이 혼합 옥텐에는 이성질체가 20여종 이상 포함되어 있는데 활성탄에 담지된 팔라듐 촉매로 수소화시켜서 포화 탄화수소인 옥탄류로 전환시킨 다음 가스크로마토그라프로 분석한 결과 그 조성은 디메틸헥센류 11.0 중량%, 메틸헵텐류 68.3 중량%, 노르말 옥텐류 20,7 중량% 이었다.Removing the C 4 butadiene and isobutene from the oil obtained in the naphtha cracking plant and the remaining C 4 residue of the reaction in the nickel catalyst 10ml continuous fixed bed reactor packed with the supported on alumina pressure of 50 atm, the reaction temperature 70 ℃, space velocity 1.0 The dimerization reaction was carried out under the reaction conditions of hr −1 . The reaction product was separated by distillation into unreacted C 4 fractions, dimers, trimers and the like, and a mixed octene which was a mixture of C 4 fractions dimers was obtained. This mixed octene contains more than 20 kinds of isomers. The mixture is hydrogenated with a palladium catalyst supported on activated carbon, converted to octane, a saturated hydrocarbon, and analyzed by gas chromatography. 68.3 weight%, normal octenes 20,7 weight%.
(2) 혼합 옥텐의 하이드로포르밀레이션 반응(2) Hydroformylation Reaction of Mixed Octene
반응기는 200기압까지 사용가능한 300㎖ 용량의 고압반응기를 사용하였다. 수소/일산화탄소가 1:1로 섞인 혼합 기체를 가스압축기를 사용하여 400기압까지 사용가능한 1ℓ용량의 탱크에 압축저장하고, 고압용 압력조절기를 사용, 반응압력을 일정하게 유지하였다. 수소/일산화탄소 혼합 기체를 기체 압축기를 작동시켜 압력 용기에 300기압이 되도록 압축시켜 반응실험을 준비하였다.The reactor used a 300 ml high pressure reactor capable of using up to 200 atmospheres. The mixed gas of hydrogen / carbon monoxide mixed 1: 1 was compressed and stored in a 1 L tank capable of using up to 400 atm using a gas compressor, and the reaction pressure was kept constant using a high pressure pressure regulator. The reaction experiment was prepared by compressing the hydrogen / carbon monoxide mixed gas to 300 atm in a pressure vessel by operating a gas compressor.
Rh2(O2CCH3)4200mg을 메틸알콜 100ml에 녹여서 로듐촉매 용액을 준비하였다. 질소 분위기의 글로브 박스에서 상기 (1)단계의 방법으로 제조한 혼합옥텐 100ml를 반응기에 투입한 후, 로듐 촉매 용액을 혼합 옥텐 대비 13.8ppm 이 되도록 반응기에 투입하였다. 배위자로써 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트 0.18g을 반응기내에 투입하고, 반응기를 봉한 다음 반응장치에 부착하였다.200 mg of Rh 2 (O 2 CCH 3 ) 4 was dissolved in 100 ml of methyl alcohol to prepare a rhodium catalyst solution. In a nitrogen glove box, 100 ml of mixed octene prepared by the method of step (1) was added to the reactor, and then a rhodium catalyst solution was added to the reactor so as to be 13.8 ppm relative to mixed octene. As a ligand, 0.18 g of tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite was introduced into the reactor, the reactor was sealed, and then attached to the reactor.
수소/일산화탄소 혼합 기체를 30기압까지 반응기에 충진한 다음 퍼지하였다. 이 과정을 3회 반복한 다음, 수소/일산화탄소를 반응기에 투입하여 반응 압력을 160 기압까지 올려서 유지하고 온도를 140℃까지 올려 반응을 시작하였다. 이때 교반기의 회전속도는 330rpm 이었다. 반응이 진행되는 동안 혼합기체는 소비되는 양만큼 반응기로 투입이 되도록 하여 반응기의 압력이 160기압으로 유지되도록 하였다. 반응시작 후 2시간이 경과한 다음 교반을 정지시키고, 온도를 상온으로 내렸다. 혼합가스를 배출한 후 생성물을 회수하여 가스크로마토그라프(Capillary column 장착 : HP-5)를 사용하여 생성물을 분석하고, 다음식에 의해 전환율, 선택도 및 수율을 계산하였으며 결과는 표 1과 같다.The hydrogen / carbon monoxide mixed gas was charged to the reactor up to 30 atmospheres and then purged. After repeating this process three times, hydrogen / carbon monoxide was added to the reactor to maintain the reaction pressure up to 160 atm and the temperature was raised to 140 ℃ to start the reaction. At this time, the rotation speed of the stirrer was 330rpm. During the reaction, the mixed gas was introduced into the reactor by the amount consumed so that the pressure of the reactor was maintained at 160 atm. After 2 hours had elapsed after the start of the reaction, the stirring was stopped and the temperature was lowered to room temperature. After discharging the mixed gas, the product was recovered, and the product was analyzed using a gas chromatograph (Capillary column: HP-5), and conversion, selectivity, and yield were calculated by the following equation, and the results are shown in Table 1.
전환율(%) = (소비된 올레핀의 중량/공급한 올레핀의 중량) × 100% Conversion = (weight of olefins consumed / weight of olefins fed) x 100
선택도(%) = (C9생성물의 중량) × 100% Selectivity = (weight of C 9 product) × 100
수율(%) = (전환율 ×선택도)/100Yield (%) = (conversion rate × selectivity) / 100
(3) 하이드로포르밀레이션 반응 생성물의 분리(3) Isolation of Hydroformylation Reaction Products
상기 (2)단계에서 얻은 하이드로포르밀레이션 생성물을 질소 분위기에서 10mmHg로 감압하고 37℃ 에서 증류하여 미반응 혼합 옥텐을 제거하였다. 남아있는 알데히드, 알코올, 고비점 부산물 및 촉매의 혼합물을 다시 질소분위기에서 2-3mmHg의 압력과 120℃의 온도에서 증류하여 알데히드 및 알코올과 촉매 잔사 및 고비점 부산물로 분리해내었다. 증류 생성물인 알데히드 및 알코올에 포함되어 있는 로듐의 함량을 유도쌍플라즈마-질량분석기로 분석하여 손실된 촉매의 양을 측정하였으며 그 결과는 표 1 과 같다.The hydroformylation product obtained in step (2) was decompressed to 10 mmHg in a nitrogen atmosphere and distilled at 37 ° C to remove unreacted mixed octene. The remaining mixture of aldehydes, alcohols, high boiling by-products and catalyst was again distilled off under a nitrogen atmosphere at a pressure of 2-3 mmHg at a temperature of 120 ° C. to separate the aldehydes and alcohols with catalyst residues and high boiling by-products. The content of rhodium contained in distillate aldehyde and alcohol was analyzed by an inductive pair plasma-mass spectrometer to determine the amount of catalyst lost. The results are shown in Table 1 below.
(4) 회수한 촉매를 이용한 혼합 옥텐의 하이드로포르밀레이션 반응(4) Hydroformylation Reaction of Mixed Octene Using Recovered Catalyst
질소 분위기의 글로브 박스 내에서 상기 (1) 단계의 방법으로 제조한 혼합 옥텐 100ml를 반응기에 투입한 후, 상기 (3)단계에서 증류잔사로 회수한 촉매를 반응기에 투입하였다. 수소/이산화탄소 혼합 기체를 30기압까지 충진한 다음 퍼지하였다. 이 과정을 3회 반복한 다음, 수소/일산화탄소를 투입하여 반응압력을 원하는 160기압까지 올려서 유지하고 온도를 원하는 온도까지 올려 반응을 시작하였다. 반응이 진행되는 동안 혼합기체는 소비되는 양만큼 반응기로 투입이 되도록 하여 반응기의 압력을 160기압으로 유지토록 하였다. 반응시작 후 2시간이 경과한 다음 반응을 정지시키고, 온도를 상온으로 내린 후, 혼합가스를 배출한 다음 생성물을 회수하여 가스크로마토그라프(Capillary column 장착 : HP-5)를 사용하여 생성물을 분석하였으며 그 결과는 표 1 과 같다.In a glove box in a nitrogen atmosphere, 100 ml of mixed octene prepared by the method of step (1) was added to the reactor, and the catalyst recovered in the distillation residue in step (3) was introduced into the reactor. The hydrogen / carbon dioxide mixed gas was charged to 30 atmospheres and then purged. After repeating this process three times, hydrogen / carbon monoxide was added to maintain the reaction pressure to the desired 160 atm and the temperature was raised to the desired temperature to start the reaction. During the reaction, the mixed gas was introduced into the reactor by the amount consumed to maintain the reactor pressure at 160 atm. After 2 hours after the start of the reaction, the reaction was stopped, the temperature was lowered to room temperature, the mixed gas was discharged, the product was recovered, and the product was analyzed using a gas chromatograph (Capillary column: HP-5). The results are shown in Table 1.
상기 (3) 단계와 동일한 방법으로 증류 및 분석을 수행하였으며, 회수한 촉매를 사용하여 재사용하는 실험을 1회 더 반복하여 그 결과를 표 1 에 나타내었다.Distillation and analysis were carried out in the same manner as in step (3), and the experiment of reusing with the recovered catalyst was repeated one more time, and the results are shown in Table 1.
비교예 1Comparative Example 1
인계화합물 중에서 포스파이트 화합물이 로듐 촉매의 안정성을 높이는데 효과가 있음이 알려져 있다. 포스파이트 화합물을 배위자로 사용할 경우 혼합 옥텐의 하이드로포르밀레이션 반응에 사용되는 로듐 촉매의 안정성 향상 효과를 조사하기 위하여 실험하였다. (2) 단계의 혼합 옥텐의 하이드로포르밀레이션 반응에서 트리스(2,4-디-3차-부틸페닐)포스파이트를 배위자로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 (1)-(4) 단계와 동일한 방법으로 혼합 올레핀의 제조, 하이드로포르밀레이션 반응, 하이드로포르밀레이션 반응 생성물의 분리 및 회수한 촉매를 이용한 하이드로포르밀레이션 반응 실험을 수행하였다. 결과는 표 2 와 같다.It is known that a phosphite compound is effective in improving stability of a rhodium catalyst among phosphorus compounds. In the case of using the phosphite compound as a ligand, an experiment was conducted to investigate the effect of improving the stability of the rhodium catalyst used in the hydroformylation reaction of mixed octene. Steps (1)-(4) of Example 1 except that tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite was used as the ligand in the hydroformylation reaction of the mixed octene of step (2) In the same manner as in the preparation of the mixed olefins, hydroformylation reaction, hydroformylation reaction experiments using the catalyst separated and recovered the hydroformylation reaction product was carried out. The results are shown in Table 2.
비교예 2Comparative Example 2
올레핀의 하이드로포르밀레이션 반응에서 로듐 촉매의 배위자로 포스핀 화합물이 많이 사용된다. 포스핀 화합물을 배위자로 사용할 경우 혼합 옥텐의 하이드로포르밀레이션 반응에서 반응 활성 및 로듐 촉매의 안정성에 미치는 효과를 조사하기 위하여 실험하였다. (2) 단계의 혼합옥텐의 하이드로포르밀레이션 반응에서 트리페닐포스핀을 배위자로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 의 (1)-(3) 단계와 동일한 방법으로 혼합올레핀의 제조, 하이드로포르밀레이션 반응 및 하이드로포르밀레이션 반응 생성물의 분리 실험을 수행하였으며 그 결과는 표 3과 같다.In the hydroformylation reaction of olefins, phosphine compounds are frequently used as ligands of rhodium catalysts. When using a phosphine compound as a ligand, the experiment was carried out to investigate the effect on the reaction activity and the stability of the rhodium catalyst in the hydroformylation reaction of mixed octene. Preparation of mixed olefins in the same manner as in step (1)-(3) of Example 1, except that triphenylphosphine was used as a ligand in the hydroformylation reaction of the mixed octene of step (2), hydroformyl Separation experiments of the reaction reaction and hydroformylation reaction products were performed and the results are shown in Table 3.
이상의 결과에서 종래의 포스파이트계 배위자인 트리스(2,4-디-3차-부틸페닐)포스파이트 화합물을 사용한 비교예 1의 경우, 혼합 옥텐의 전환을, C9의 선택도에서 우수한 활성을 보이지만, 촉매의 안정성이 떨어져, 2회 재사용시 촉매 잔사의 손실이 이미 0.115ppm에 이르고 있으므로 촉매 재사용 효율 및 경제성에 있어서 문제를 나타낸다. 종래의 포스핀계 배위자인 트리페닐포스핀 화합물을 사용한 비교예 2의 경우, 혼합옥텐의 전환률이 매우 낮아 산업적인 이용이 어렵다.In the above results, in the case of Comparative Example 1 using the tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite compound which is a conventional phosphite ligand, the conversion of mixed octene was excellent in the selectivity of C 9 . Although visible, the stability of the catalyst is poor, and the catalyst residue has already lost 0.115 ppm in two reuses, which presents a problem in terms of catalyst reuse efficiency and economy. In the case of Comparative Example 2 using a triphenylphosphine compound, which is a conventional phosphine ligand, the conversion rate of mixed octene is very low, making industrial use difficult.
이에 비하여 본 발명에 의한 테트라키스-(2,4-디-3차-부틸페닐)-4,4'-바이페닐포스포나이트를 배위자로 사용한 경우에는 촉매의 활성, 선택성면에서 기존의 포스파이트계 배위자와 비슷한 성능을 나타내었으며, 촉매 잔사의 손실이 0.05ppm 또는 그 이하로 낮은 수준을 유지하고 있어, 촉매 재사용 효율 및 경제성이 매우 우수한 것으로 나타났다.On the other hand, when tetrakis- (2,4-di-tert-butylphenyl) -4,4'-biphenylphosphonite according to the present invention is used as a ligand, conventional phosphite in terms of catalyst activity and selectivity The performance was similar to that of the system ligand, and the loss of catalyst residue was maintained at a low level of 0.05 ppm or less, indicating that the catalyst reuse efficiency and economy were very good.
본 발명에 따른 배위자와 이를 포함하는 로듐 촉매는 저급 올레핀을 저중합하여 얻어진 혼합 올레핀을 하이드로포르밀레이션 반응을 시켜서 탄소수가 1개 더많은 알데히드를 제조하는데 있어서 우수한 특성을 보이므로 산업적으로 유용하게 이용될 수 있다.The ligand according to the present invention and the rhodium catalyst including the same can be used industrially since they show excellent properties in the preparation of aldehyde having more carbon by hydroformylation of a mixed olefin obtained by low polymerization of lower olefins. have.
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