KR100528498B1 - A distillation and dropping apparatus - Google Patents

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KR100528498B1 KR10-2002-0058491A KR20020058491A KR100528498B1 KR 100528498 B1 KR100528498 B1 KR 100528498B1 KR 20020058491 A KR20020058491 A KR 20020058491A KR 100528498 B1 KR100528498 B1 KR 100528498B1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B63/00Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives

Abstract

본 발명은 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 냉각기(30)와, 반응시키고자 하는 화합물(A)를 담지할 수 있으며, 반응용기(10)의 가열에 의하여 증류된 후 냉각된 화합물(A')이 포집기(20)내로 유입되어, 반응용기(10)내의 화합물(A)에 첨가 주입되는 화합물(B)과 화합물(A')의 혼합물이 유입되는 통로형 연결부의 일 말단이 내부로 연결된 유입구(60)를 포함하는 반응용기와, 상기 유입구(60)의 반대쪽 말단과 연결되며 반응시키고자 하는 화합물(B)와 화합물(A')을 담지할 수 있는 포집기와, 유량 조절수단으로서 포집기(20)와 반응용기(10)의 통로형 연결부 사이에 위치하는 코크(40)로 구성됨으로써 증류-적하가 동시에 일어날 수 있으며, 특히, 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 촉매의 사용량을 획기적으로 줄이면서도 부반응물의 생성량을 줄일 수 있어서 높은 전환율을 나타내고 높은 수율의 목적물을 얻을 수 있으며, 반응의 진행여부를 육안으로 확인할 수 있는 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrosilylation reaction method using a distillation-dropping reactor, and more specifically, it can support the cooler 30 and the compound (A) to be reacted, After distillation by heating, the cooled compound (A ') is introduced into the collector (20), and a mixture of compound (B) and compound (A'), which is added and injected into compound (A) in the reaction vessel (10), is introduced. A reaction vessel including an inlet port 60 connected to one end of the passage-type connecting portion to be connected therein, and connected to the opposite end of the inlet port 60 to support compound (B) and compound (A ′) to be reacted. And a coke 40 positioned between the collector 20 and the passage-type connection of the reaction vessel 10 as flow control means, so that distillation-dropping can occur simultaneously, in particular, in the hydrosilylation reaction. Significantly reduce the amount of catalyst used In addition, it is possible to reduce the amount of side reactions to produce a high conversion and to obtain a high yield of the target product, and relates to a hydrosilylation reaction method using a distillation-dropping reaction apparatus that can visually confirm the progress of the reaction.

Description

증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법{A distillation and dropping apparatus} Hydrosilylation method using a distillation-dropping reactor {A distillation and dropping apparatus}

본 발명은 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 냉각기(30)와, 반응시키고자 하는 화합물(A)를 담지할 수 있으며, 반응용기(10)의 가열에 의하여 증류된 후 냉각된 화합물(A')이 포집기(20)내로 유입되어, 반응용기(10)내의 화합물(A)에 첨가 주입되는 화합물(B)과 화합물(A')의 혼합물이 유입되는 통로형 연결부의 일 말단이 내부로 연결된 유입구(60)를 포함하는 반응용기와, 상기 유입구(60)의 반대쪽 말단과 연결되며 반응시키고자 하는 화합물(B)와 화합물(A')을 담지할 수 있는 포집기와, 유량 조절수단으로서 포집기(20)와 반응용기(10)의 통로형 연결부 사이에 위치하는 코크(40)로 구성됨으로써 증류-적하가 동시에 일어날 수 있으며, 특히, 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 촉매의 사용량을 획기적으로 줄이면서도 부반응물의 생성량을 줄일 수 있어서 높은 전환율을 나타내고 높은 수율의 목적물을 얻을 수 있으며, 반응의 진행여부를 육안으로 확인할 수 있는 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrosilylation reaction method using a distillation-dropping reactor, and more specifically, it can support the cooler 30 and the compound (A) to be reacted, After distillation by heating, the cooled compound (A ') is introduced into the collector (20), and a mixture of compound (B) and compound (A'), which is added and injected into compound (A) in the reaction vessel (10), is introduced. A reaction vessel including an inlet port 60 connected to one end of the passage-type connecting portion to be connected therein, and connected to the opposite end of the inlet port 60 to support compound (B) and compound (A ′) to be reacted. And a coke 40 positioned between the collector 20 and the passage-type connection of the reaction vessel 10 as flow control means, so that distillation-dropping can occur simultaneously, in particular, in the hydrosilylation reaction. Significantly reduce the amount of catalyst used In addition, it is possible to reduce the amount of side reactions to produce a high conversion and to obtain a high yield of the target product, and relates to a hydrosilylation reaction method using a distillation-dropping reaction apparatus that can visually confirm the progress of the reaction.

일반적으로, 히드로실릴화 반응은 유기실란 화합물의 제조에 있어서 가장 기초적이고 정밀한 방법중의 하나이다[Marciniec, B.; Gulinski, J.; Urbaniak, W.; Korenetka, Z. W. In Comprehensive Handbook on Hydrosilylation, 1990]. 1957년 다우코닝사의 Johh L. Speier에 의해서 매우 효과적인 촉매로 알려진 헥사클로로플라티늄산의 발견은 촉매적 히드로실릴화 반응을 넓고 다양하게 적용할수 있는 출발점이 되었다. 1973년에 특허등록된 카르스테트 촉매(Karstedt's catalyst)인 Pt2{[(CH2=CH2)Me2Si]2}3 는 매우 매력적이며 상업적으로 널리 사용되고 있다[미국특허 제3,775,452호, 미국특허 제4,288,345호, 미국특허 제 4,421,903호, 미국특허 제5,908,951호]. 이 촉매를 사용할 경우 5 ∼ 50 ppm 정도의 촉매수준을 유지할 경우 거의 반응이 완결된다고 알려져 있으나 보다 정교한 반응조건이 중요한 관건이 된다[미국특허 제6,177,583호]. Pt/C 촉매도 또한 히드로실릴화촉매로 널리 적용되고 있으나 반응성이 다소 떨어지는 단점이 있는 반면 불균일계 촉매이므로 연속공정에 적용가능한 장점이 있다[미국특허 제6,177,584호, 미국특허 제 6,100,408호].In general, hydrosilylation reactions are one of the most basic and precise methods for the preparation of organosilane compounds [Marciniec, B .; Gulinski, J .; Urbaniak, W .; Korenetka, ZW In Comprehensive Handbook on Hydrosilylation, 1990]. The discovery of hexachloroplatinic acid, known as a highly effective catalyst by Johh L. Speier of Dow Corning in 1957, was the starting point for a wide variety of applications of catalytic hydrosilylation reactions. The Karstedt's catalyst Pt 2 {[(CH 2 = CH 2 ) Me 2 Si] 2 } 3 , patented in 1973, is very attractive and widely used commercially [US Pat. No. 3,775,452, USA Patent 4,288,345, US Patent 4,421,903, US Patent 5,908,951]. In the case of using this catalyst, it is known that the reaction is almost completed when the catalyst level is maintained at about 5 to 50 ppm, but more sophisticated reaction conditions become an important issue (US Pat. No. 6,177,583). Pt / C catalysts are also widely applied as hydrosilylation catalysts, but have a disadvantage in that the reactivity is somewhat deteriorated. However, Pt / C catalysts are heterogeneous catalysts and thus can be applied to a continuous process (US Pat. No. 6,177,584, US Patent 6,100,408).

히드로실릴화 촉매나 공정개발은 유기실란화합물의 경제적인 제조를 위한 매우 핵심적인 사항이다. 특히 알릴클로라이드와 트리클로로실란의 첨가반응으로 3-클로로프로필트리클로로실란을 얻는 것은 유기실란화합물을 제조하는데 있어서 매우 중요하다[Deshchler, U.; Kleinshcmit, P.; Panster, P. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1986, 25, 236].Hydrosilylation catalysts and process development are very important for the economic production of organosilane compounds. In particular, obtaining 3-chloropropyltrichlorosilane by addition reaction of allyl chloride and trichlorosilane is very important in preparing organosilane compounds [Deshchler, U .; Kleinshcmit, P .; Panster, P. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1986, 25, 236.

특히 유기실란은 실리카 보강제를 사용할 때 첨가되는 물질로서 다양한 물리적 특성을 향상시켜주는 역할을 한다. 즉, 타이어의 트레드에 적용할 경우 회전저항을 감소시킴으로써 에너지를 절약할 수 있고, 젖은 노면이나 빙판길에서 제동거리를 짧게 해주는 특징이 있으므로 보다 안전한 타이어를 제조할 수 있게 된다[a) Bayer, J. T. Rubber World 1998, 38 (b) Tisel, A. Rubber & Plastics News, 2001, 11 (c) Araki, S.; Yanagisawa, K. 미국특허 제6,242,516호]. 상기 물질이 상품화 된 예로서는 데구사의 Si-69 가 잘 알려져 있다. 상기와 같은 실란 커플링제를 제조하기 위해서는 히드로실릴화 공정이 필수적이나 이 반응에서는 다음 반응식 1과 같은 부생성물이 생긴다고 알려져 있다.In particular, the organosilane is a substance added when using a silica reinforcing agent and serves to improve various physical properties. In other words, when applied to the tread of the tire, it can save energy by reducing the rolling resistance, and it is possible to manufacture a safer tire because it has a feature of shortening the braking distance on a wet road or an ice road [a) Bayer, JT Rubber World 1998, 38 (b) Tisel, A. Rubber & Plastics News, 2001, 11 (c) Araki, S .; Yanagisawa, K. US Pat. No. 6,242,516]. Degussa Si-69 is well known as a commercial example of such a material. In order to prepare the silane coupling agent as described above, a hydrosilylation process is essential, but it is known that by-products such as the following Scheme 1 occur in this reaction.

백금촉매를 히드로실릴화 반응에 적용할 때 반응 도중에 백금이 콜로이드 형태의 입자로 변환되어 활성이 감소된다고 알려져 있다[Brook, M. A.; Ketelson, H. A.; LaRonde, F. J.; Pelton, R. Inorg. Chim Acata 1997, 264, 125]. 따라서 히드로실릴화 반응에 있어서 특히 트리클로로실란으로 알릴클로라이드를 히드로실릴화시킬 때 부생성물을 최대한 억제하는 것과 또한 촉매가 불활성종으로 변질되지 않도록 하는 것은 매우 중요한 기술이라 하겠다.It is known that when the platinum catalyst is subjected to hydrosilylation, platinum is converted into colloidal particles during the reaction, thereby decreasing the activity [Brook, M. A .; Ketelson, H. A .; LaRonde, F. J .; Pelton, R. Inorg. Chim Acata 1997, 264, 125]. Therefore, in the hydrosilylation reaction, it is very important to suppress the by-products as much as possible and to prevent the catalyst from being converted into inactive species, especially when hydrosilylation of allyl chloride with trichlorosilane.

균일계 촉매인 카르스테트 촉매는 히드로실릴화 반응에 있어서 매우 활성이 좋은 촉매로 알려져 있으나, 밀폐된 고압반응기에서는 선택율이 극히 저조하고 상압반응기에서는 활성이 떨어지는 단점이 있다.Karstedt catalyst, which is a homogeneous catalyst, is known as a very active catalyst in hydrosilylation reaction, but has a disadvantage in that the selectivity is extremely low in a closed high pressure reactor and inactive in an atmospheric pressure reactor.

이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 반응용기, 포집기, 냉각기 및 포집기의 화합물이 반응용기내로 유입되는 유량을 조절하는 코크를 장착시킨 반응장치를 개발하여 사용할 경우 기존의 밀폐형 고압반응기를 사용하였을 때 야기되던 선택율 저조의 문제와 상압반응기를 사용하였을 때 야기되던 활성저하의 문제점을 해결할 수 있으며, 또한 촉매의 사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the inventors of the present invention have made efforts to solve the above problems, and when the reaction apparatus, the collector, the cooler, and the collector of the reactor are equipped with a coke to control the flow rate of the compound flowing into the reaction vessel is developed and used. The present invention has been found to solve the problem of low selectivity caused by the use of a closed high pressure reactor, and the problem of reduced activity caused by using an atmospheric pressure reactor, and also to significantly reduce the amount of catalyst used. It was.

따라서 본 발명은 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 보다 우수한 선택율과 촉매의 활성을 유지할 수 있어 반응성이 향상된 신규한 증류-적하 반응장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel distillation-dropping reaction apparatus having improved reactivity, which can maintain better selectivity and activity of a catalyst when applied to a hydrosilylation reaction.

또한 본 발명은 상기 신규한 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법을 제공하는데 더한 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a hydrosilylation reaction method using the novel distillation-dropping reactor.

본 발명은 화합물(A)이 담지되는 반응용기(10)와; 상기 반응용기(10)의 상단쪽에 연결된 냉각기(30)와; 상기 냉각기(30)에서 냉각된 화합물(A')이 적하되고, 화합물(B)가 담지되는 포집기(20)와; 상기 포집기(20)와 반응용기(10)간을 연통되게 연결하는 동시에 유량조절수단인 코크(40)가 장착된 유입구(60)로 구성된 증류-적하 반응장치(100)를 구비하여 히드로실릴화 반응을 수행하되,상기 반응용기(10)에 화합물(A)로서 담지된 알릴클로라이드와 촉매를 40∼120℃로 가열하여 증류시키는 단계와; 상기 냉각기(30)에서 냉각된 알릴클로라이드(화합물(A'))가 포집기(20)에 적하 포집되어, 포집기(20)에 이미 첨가된 화합물(B)인 트리클로로실란과 혼합되는 단계와; 상기 화합물(A')인 알릴클로라이드와 화합물(B)인 트리클로로실란이 혼합된 혼합물(C)이 알릴클로라이드 1몰당 2∼4㎖/분의 속도로 상기 유입구(60)를 통하여 반응용기(10)로 유입되어 서로 반응하는 단계로 이루어지며, 상기 반응은 포집기(20) 내부의 트리클로로실란과 알릴클로라이드 증류물이 사라질때까지 연속적으로 일어나는 것을 특징으로 한다.The present invention is a reaction vessel (10) carrying a compound (A); A cooler 30 connected to an upper side of the reaction vessel 10; A collector (20) on which the compound (A ') cooled in the cooler (30) is dropped, and the compound (B) is supported; Hydrosilylation reaction is provided with a distillation-dropping reaction apparatus 100 composed of an inlet port 60 equipped with a coke 40 as a flow control means, while connecting the collector 20 and the reaction vessel 10 in communication. Performing, but distilling by heating the allyl chloride and the catalyst supported as the compound (A) in the reaction vessel 10 to 40 ~ 120 ℃; Allyl chloride (compound (A ')) cooled in the cooler (30) is collected dropwise in the collector 20, and mixed with trichlorosilane which is a compound (B) already added to the collector (20); The mixture (C) in which the allyl chloride of the compound (A ') and the trichlorosilane of the compound (B) is mixed is carried out through the inlet 60 at a rate of 2 to 4 ml / min per one mole of allyl chloride. It is introduced into the step is made of a step of reacting with each other, the reaction is characterized in that the trichlorosilane and allyl chloride distillate in the collector 20 takes place continuously.

이와 같은 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 냉각기(30)와, 반응시키고자 하는 화합물(A)를 담지할 수 있으며, 반응용기(10)의 가열에 의하여 증류된 후 냉각된 화합물(A')이 포집기(20)내로 유입되고, 상기 반응용기(10)내의 화합물(A)에 첨가 주입되는 화합물(B)과 화합물(A')의 혼합물이 유입되는 통로형 연결부의 일 말단이 내부로 연결된 유입구(60)를 포함하는 반응용기와, 상기 유입구(60)의 반대쪽 말단과 연결되며 반응시키고자 하는 화합물(B)와 화합물(A')을 담지할 수 있는 포집기와, 유량 조절수단으로서 포집기(20)와 반응용기(10)의 통로형 연결부 사이에 위치하는 코크(40)로 구성됨으로써 증류-적하가 동시에 일어날 수 있으며, 특히, 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 촉매의 사용량을 획기적으로 줄이면서도 부반응물의 생성량을 줄일 수 있어서 높은 전환율을 나타내고 높은 수율의 목적물을 얻을 수 있으며, 반응의 진행여부를 육안으로 확인할 수 있는 증류-적하 반응장치에 관한 것이다.The present invention may support the cooler 30, the compound (A) to be reacted, the cooled compound (A ') is distilled by heating of the reaction vessel 10 is introduced into the collector 20 , A reaction vessel including an inlet port 60 connected to one end of a passage-type connecting portion into which a mixture of compound (B) and compound (A ′) into which the compound (A) is added and injected into the reaction vessel (10) is introduced; And a collector connected to the opposite end of the inlet 60 and capable of supporting the compound (B) and the compound (A ') to be reacted, and the collector 20 and the reaction vessel 10 as flow control means. The distillation-dropping can occur simultaneously by being composed of the coke 40 located between the passage-connected portions. In particular, when applied to the hydrosilylation reaction, the amount of side reactions can be reduced while the amount of the catalyst is dramatically reduced. High conversion yield The present invention relates to a distillation-dropping reactor capable of obtaining a stack and visually confirming whether the reaction proceeds.

이와 같은 본 발명을 첨부도면과 히드로실릴화 반응에 적용할 경우에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.When the present invention is described in detail based on the accompanying drawings and the hydrosilylation reaction when described as follows.

먼저, 본 발명의 반응장치(100)는 반응용기(10)를 포함한다. 상기 반응용기(10)는 냉각기(30)와 연결되고, 알릴클로라이드와 촉매를 담지할 수 있으며 반응용기(10)를 가열함에 따라 증류후 냉각되어 포집기(20)로 유입된다. 상기와 같은 반응용기(10)의 가열온도는 40 ∼ 120 ℃로 가열하면 되고 특히 60 ∼ 90 ℃가 적합한데, 가열온도가 40 ℃ 미만이면 반응속도가 떨어지고, 120 ℃를 초과하면부생성물이 많이 생성된다.First, the reaction apparatus 100 of the present invention includes a reaction vessel 10. The reaction vessel 10 is connected to the cooler 30, may support allyl chloride and catalyst, and is cooled after distillation as the reaction vessel 10 is heated to enter the collector 20. The heating temperature of the reaction vessel 10 as described above may be heated to 40 to 120 ℃, in particular 60 to 90 ℃ is suitable, the reaction rate is lower when the heating temperature is less than 40 ℃, a lot of by-products above 120 ℃ Is generated.

반응용기(10)에 담지되는 화합물A는 일반적으로 비점이 다소 높은 것을 사용하는데, 히드로실릴화의 경우 알릴클로라이드의 비점은 46 ℃이다. 사용되는 촉매의 종류에 따라서 사용량이 달라지는데, 카르스테트 촉매를 적용할 경우 0.1 ∼ 10 ppm을 사용할 수 있으며 특히 1 ppm을 사용하더라도 충분한 전환율과 수율을 얻을 수 있다. 1% Pt/C는 1 ∼ 100 ppm을 사용할 수 있으며 적어도 10 ppm 이상을 사용하여야 한다. 1% Pt/C는 종래의 개방 반응기나 본 발명에 따른 증류-적하 반응장치를 사용할 경우 거의 비슷한 결과를 나타낸다. 이 현상은 1% Pt/C는 촉매가 이미 콜로이드 형태의 입자가 카본에 흡착된 것이기 때문에 변질될 촉매종이 없기 때문일 것으로 추정된다. 반면 카르스테트 촉매는 그 차이가 명백한데 그 이유는 과량의 트리클로로실란이 존재할 경우 백금원자가 점점 뭉쳐져서 콜로이드로 진행되기 때문일 것으로 추정된다. Compound A supported on the reaction vessel 10 generally uses a slightly higher boiling point. In the case of hydrosilylation, the boiling point of allyl chloride is 46 ° C. The amount of use varies depending on the type of catalyst used. When the Karstedt catalyst is applied, 0.1 to 10 ppm can be used, and even 1 ppm can be used to obtain sufficient conversion and yield. 1% Pt / C may be used in the range of 1 to 100 ppm and at least 10 ppm should be used. 1% Pt / C shows nearly similar results when using a conventional open reactor or a distillation-dropping reactor according to the present invention. This phenomenon is presumed to be due to the fact that 1% Pt / C has no catalyst species to deteriorate because the catalyst is already adsorbed to carbon in colloidal particles. Karstedt's catalyst, on the other hand, is very different because it is believed that the presence of excess trichlorosilane causes the platinum atoms to coalesce into the colloid.

포집기(20)에는 상기 반응용기(10)에 첨가되는 화합물A보다 비교적 비점이 낮은 화합물B가 첨가되며, 히드로실릴화 반응의 경우에는 비점이 34 ℃인 트리클로로실란이 첨가된다. 알릴클로라이드와 촉매의 혼합물은 반응용기(10)로부터 증류 후 냉각되어 포집기(20)로 유입되어 트리클로로실란과 혼합되며 코크에 의하여 유량이 조절되면서 유입구(60)를 따라 반응용기(10) 내부로 연속적으로 첨가 주입된다. 유량은 각 화합물의 종류에 따라 다르게 조절되며, 히드로실릴화에 적용할 경우 반응용기(10)에 첨가된 알릴클로라이드 1 몰당 5 ∼ 50 ㎖/분 정도이고, 10 ∼ 20 ㎖/분이면 바람직한 효과를 얻을 수 있는데, 이때 유량 5 ㎖/분 미만이면 반응장치(100)의 윗단에 위치한 반응용기(10) 내부의 용액이 넘쳐 흐르고, 유량이 50 ㎖/분을 초과할 너무 경우 적하하는 효과가 발생하지 않는 문제점이 있다. 적절하게 조절된 유량은 하단 반응용기(10)의 온도를 올릴 수 있는 효과가 더불어 발생되는데, 기존의 개방반응기의 경우 내용물의 온도가 36 ℃이나 본 발명에 따른 증류-적하 반응장치(100)를 도입할 경우 반응물의 온도를 40 ℃로 증가할 수 있으므로 더욱 반응성이 향상되는 효과가 있다.Compound B having a relatively lower boiling point than Compound A added to the reaction vessel 10 is added to the collector 20, and in the case of hydrosilylation reaction, trichlorosilane having a boiling point of 34 ° C. is added. The mixture of allyl chloride and the catalyst is distilled from the reaction vessel (10), cooled, introduced into the collector (20), mixed with trichlorosilane, and the flow rate is controlled by coke into the reaction vessel (10) along the inlet (60). It is continuously added and injected. The flow rate is adjusted differently according to the type of each compound, and when applied to hydrosilylation, it is about 5 to 50 ml / min per mole of allyl chloride added to the reaction vessel 10, and 10 to 20 ml / min has a desirable effect. In this case, if the flow rate is less than 5 ml / min, the solution inside the reaction vessel 10 located at the top of the reactor 100 overflows, and if the flow rate exceeds 50 ml / min, the dropping effect does not occur. There is a problem. Properly regulated flow rate is generated with the effect of raising the temperature of the bottom reaction vessel 10, in the case of the conventional open reactor temperature of the contents of 36 ℃ or distillation-dropping reaction apparatus 100 according to the present invention When introduced, since the temperature of the reactant may be increased to 40 ° C., the reactivity is further improved.

본 발명은 히드로실릴화 반응에서 촉매의 활성과 선택성을 획기적으로 증가시킬 수 있는 새롭고 독창적인 증류-적하 반응장치를 개발함으로써, 기존의 카르스테스 촉매를 사용할 경우 촉매사용량을 1 ∼ 10 ppm으로 줄일 수 있으며 유기실란 화합물을 제조하는데 있어서 핵심물질인 3-클로로프로필트리클로로실란을 순수하게 얻을 수 있다.The present invention develops a new and unique distillation-dropping reactor that can dramatically increase the activity and selectivity of catalysts in hydrosilylation reactions, thereby reducing the catalyst usage to 1-10 ppm when using the existing Karsteds catalyst. In addition, 3-chloropropyltrichlorosilane, which is a key material in preparing an organosilane compound, can be obtained purely.

본 발명의 증류-적하 반응장치의 특징들 중의 하나는 반응이 진행됨으로써 상단의 포집기(20)에 용액의 양이 시간이 지남에 따라서 점점 줄어들고 반응이 거의 완결되면 포집되는 양이 없어지기 때문에 눈으로 관찰함으로써 반응의 진행여부를 알 수 있는 것이다. One of the features of the distillation-dropping reactor of the present invention is that as the reaction proceeds, the amount of solution in the upper collector 20 gradually decreases over time, and the amount of the collected solution disappears when the reaction is almost completed. By observing the progress of the reaction can be seen.

본 발명에 따른 증류-적하 반응장치(100)를 도입함으로써 종래에 사용되던 밀폐된 반응기나 상압 반응기에 비해서 선택율과 전환율이 획기적으로 향상되었다. 즉, 트리클로로실란을 적하함으로써 촉매와 트리클로로실란의 접촉시간을 감소시키기 때문에 H/Cl 교환반응이 줄어든 것과 비점이 낮은 트리클로로실란이 하단 반응용기(10)에 상대적으로 적은 양이기 때문에 비교적 높은 온도에서 반응을 진행시킬 수 있기 때문에 전환율이 향상된 것이다.By introducing the distillation-dropping reaction apparatus 100 according to the present invention, the selectivity and the conversion rate are remarkably improved as compared with the conventionally used closed reactor or atmospheric pressure reactor. That is, by dropping trichlorosilane, the contact time of the catalyst and trichlorosilane is reduced, so that the H / Cl exchange reaction is reduced and the low boiling point trichlorosilane is relatively small in the lower reaction vessel 10. The conversion is improved because the reaction can proceed at temperature.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.

실시예 1 : 본 발명의 증류-적하 반응장치에서 히드로실릴화 반응Example 1 Hydrosilylation Reaction in the Distillation-Drop Reactor of the Present Invention

100 ㎖의 증류-적하 반응장치의 반응용기(10)에 알릴클로라이드 42 ㎖(0.5 ㏖)와 카르스테트 촉매 5 ㎕(0.1 ㏖, 알드리치사) 를 담지하고, 윗단 포집기(20)에 트리클로로실란 50 ㎖(0.5 ㏖)을 주사기로 첨가한 다음 80 ℃ 오일배스에 하단 반응용기(10)가 담기도록 하였다. 이때 코크(40)를 조절하여 트리클로로실란이 1 ∼ 2 ㎖/분의 속도로 반응용기(10)내로 유입되도록 조절하였다. 반응 후 상온으로 냉각하여 하단 반응용기(10)에 있는 생성물을 얻었으며, 생성물의 무게는 97 g이며 95.2 %의 순도와 86.2 %의 수율을 얻었다. 42 ml (0.5 mol) of allyl chloride and 5 µl (0.1 mol, Aldrich) of Karstedt's catalyst were loaded in the reaction vessel 10 of a 100 ml distillation-dropping reactor, and trichlorosilane was placed in the upper collector 20. 50 mL (0.5 mol) was added by syringe, and the bottom reaction vessel 10 was put in an 80 ° C oil bath. At this time, the coke 40 was adjusted so that trichlorosilane was introduced into the reaction vessel 10 at a rate of 1 to 2 ml / min. After the reaction, the mixture was cooled to room temperature to obtain a product in the bottom reaction vessel (10). The product weighed 97 g and obtained a purity of 95.2% and a yield of 86.2%.

실시예 2 : 본 발명의 증류-적하 반응장치에서 히드로실릴화 반응Example 2 Hydrosilylation Reaction in the Distillation-Drop Reactor of the Present Invention

상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 히드로실릴화 반응을 적용시켰으며, 사용된 촉매의 종류와 사용량은 다음 표 1에 나타내었다.The hydrosilylation reaction was applied in the same manner as in Example 1, and the type and amount of catalyst used were shown in Table 1 below.

기질/촉매Substrate / Catalyst 시간(h)Hours (h) 전환율(%)% Conversion CPTCS3)(%)CPTCS 3) (%) PTCS4)(%)PTCS 4) (%) 선택율(%)% Selectivity 실시예11) Example 1 1) 1,000,0001,000,000 1818 95.895.8 86.286.2 1.21.2 9090 실시예22) Example 2 2) 100,000100,000 1515 82.282.2 77.677.6 22 94.494.4 1)카르스테트 촉매2)1%Pt/C3)3-chloropropyltrichlorosilane4)3-propyltrichlorosilane1) Karstedt Catalyst 2) 1% Pt / C 3) 3-chloropropyltrichlorosilane 4) 3-propyltrichlorosilane

비교예 1 ∼ 3 : 밀폐 반응기에서 히드로실릴화 반응Comparative Examples 1-3: Hydrosilylation Reaction in Closed Reactor

50 ㎖ 의 밀폐된 반응기에서 알릴클로라이드 8.4 ㎖(0.1 ㏖)와 트리클로로실란 10 ㎖(0.1 ㏖), 촉매 PtCl2 10.64 ㎎ (0.04 m㏖)을 첨가하여 80 ℃에서 2시간 반응 시킨 후 상온으로 냉각시켰으며, 밀폐 반응기에서는 히드로실릴화 반응을 다음 반응식 2로 나타내었다. 내용물의 무게는 21 g이며 GC로 분석하여 다음 표 2에 나타내었다. 동일한 방법으로 1% Pt/C 0.2 g, 카르스테트 촉매 10 ㎕ 를 사용하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.In a 50 ml sealed reactor, 8.4 ml (0.1 mol) of allyl chloride, 10 ml (0.1 mol) of trichlorosilane and 10.64 mg (0.04 mmol) of catalyst PtCl 2 were added and reacted at 80 ° C. for 2 hours, followed by cooling to room temperature. In a closed reactor, the hydrosilylation reaction is represented by the following Scheme 2. The weight of the contents is 21 g and analyzed by GC is shown in Table 2 below. In the same manner, using 0.2 g of 1% Pt / C and 10 µl of Karstedt's catalyst, the results are shown in Table 2 below.

촉매catalyst 기질/촉매Substrate / Catalyst 전환율(%)% Conversion CPTCS(%)CPTCS (%) PTCS(%)PTCS (%) 비교예1Comparative Example 1 PtCl2 PtCl 2 2,5002,500 75.875.8 61.661.6 14.314.3 비교예2Comparative Example 2 1% Pt/C1% Pt / C 10,00010,000 7979 63.463.4 1515 비교예3Comparative Example 3 카르스테트Karstedt 100,000100,000 7878 56.456.4 22.722.7 GC 컬럼은 Supelco사 60 m × 0.32 ㎛를 사용하였다. The GC column used Supelco 60 m x 0.32 μm.

비교예 4 ∼ 5 : 개방반응기에서 히드로실릴화 반응Comparative Examples 4 to 5: hydrosilylation reaction in an open reactor

100 ㎖의 3구 반응기에 냉각기와 온도계를 설치하고 알릴클로라이드 42 ㎖(0.5 ㏖), 카르스테트 촉매 5 ㎕(0.1 ㏖, 알드리치사), 트리클로로실란 50 ㎖(0.5 ㏖)을 첨가하여 80 ℃에서 반응시켰다. 25 시간동안 반응후 내용물의 온도가 56 ℃ 였으며 상온으로 냉각하여 99 g의 용액을 얻었다. A 100 mL three-necked reactor was equipped with a cooler and a thermometer, and 42 ml (0.5 mol) of allyl chloride, 5 µl of Karstedt's catalyst (0.1 mol, Aldrich), and 50 ml (0.5 mol) of trichlorosilane were added at 80 캜. Reaction at After the reaction for 25 hours the temperature of the contents was 56 ℃ and cooled to room temperature to give a 99 g solution.

용액을 분석한 결과 75.2 %의 전환율과 70 %의 수율을 얻었다. 1% Pt/C 10 ㎎을 사용하여 동일한 조작으로 반응시켜서 전환율과 수율을 표 3에 나타내었다.Analysis of the solution gave a conversion of 75.2% and a yield of 70%. The conversion and yields are shown in Table 3 by the same procedure using 1% Pt / C 10 mg.

촉매catalyst 기질/촉매Substrate / Catalyst 시간(h)Hours (h) 전환율(%)% Conversion CPTCS(%)CPTCS (%) PTCS(%)PTCS (%) 선택율(%)% Selectivity 비교예4Comparative Example 4 1%Pt/C1% Pt / C 100,000100,000 1515 8585 7878 2.42.4 9292 비교예5Comparative Example 5 카르스테트Karstedt 1,000,0001,000,000 2525 75.275.2 7070 0.20.2 93.193.1

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 증류-적하 반응장치를 히드로실릴화 반응에 적용시킬 경우, 일반적으로 가장 효과적이라고 알려진 카르스테트 촉매를 사용할 경우 촉매 사용량이 1ppm 에서도 주생성물인 3-클로로프로필트리클로로실란을 86.2 %의 수율로 얻을 수 있다. 상기와 같이 제조된 3-클로로프로필트리클로로실란을 타이어용 실란 커플러인 Si-69 제조에 사용할 경우 보다 우수한 경제적 효과가 있다.As described above, when the distillation-dropping reactor according to the present invention is applied to the hydrosilylation reaction, 3-chloropropyltrichloro, which is the main product even at 1 ppm when the Karstedt catalyst is generally known to be most effective, is used. Lossilane can be obtained in a yield of 86.2%. When the 3-chloropropyltrichlorosilane prepared as described above is used for the production of Si-69, a silane coupler for a tire, there is an excellent economic effect.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법은 적하 유량을 조절할 수 있으며, 반응의 진행여부가 시각적으로 드러남으로 인하여 효율적인 증류 및 적하 반응을 수행할 수 있으며, 이를 히드로실릴화에 적용함으로써 부생성물을 최소화시킬수 있고 전환율을 향상시킬수 있는 효과가 있다. As described above, the hydrosilylation reaction method using the distillation-dropping reaction apparatus according to the present invention can control the dropping flow rate, it is possible to perform an efficient distillation and dropping reaction because the progress of the reaction is visually revealed, Applying this to hydrosilylation can minimize the by-products and improve the conversion rate.

즉, 동일한 촉매를 사용할지라도 본 발명에 따른 증류-적하 반응장치를 사용함으로써 반응성과 선택율이 획기적으로 좋아지며, 결과적으로 적은 양의 촉매로서 고수율을 얻을 수 있기 때문에 유기실란 화합물 제조공정에서 경제성을 획기적으로 부여할 수 있는 효과가 있다.That is, even if the same catalyst is used, the reactivity and selectivity are remarkably improved by using the distillation-dropping reactor according to the present invention. There is an effect that can be given dramatically.

도 1 은 본 발명에 따른 증류-적하 반응장치의 일구현예를 간단하게 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic view showing one embodiment of the distillation-dropping reactor according to the present invention.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

100 : 반응장치 10 : 반응용기100: reactor 10: reaction vessel

20 : 포집기 30 : 냉각기20: collector 30: cooler

40 : 코크 60 : 유입구 40: coke 60: inlet

Claims (2)

삭제delete 화합물(A)이 담지되는 반응용기(10)와; 상기 반응용기(10)의 상단쪽에 연결된 냉각기(30)와; 상기 냉각기(30)에서 냉각된 화합물(A')이 적하되고, 화합물(B)가 담지되는 포집기(20)와; 상기 포집기(20)와 반응용기(10)간을 연통되게 연결하는 동시에 유량조절수단인 코크(40)가 장착된 유입구(60)로 구성된 증류-적하 반응장치(100)를 구비하여 히드로실릴화 반응을 수행하되,A reaction vessel (10) carrying the compound (A); A cooler 30 connected to an upper side of the reaction vessel 10; A collector (20) on which the compound (A ') cooled in the cooler (30) is dropped, and the compound (B) is supported; Hydrosilylation reaction is provided with a distillation-dropping reaction apparatus 100 composed of an inlet port 60 equipped with a coke 40 as a flow control means, while connecting the collector 20 and the reaction vessel 10 in communication. But do 상기 반응용기(10)에 화합물(A)로서 담지된 알릴클로라이드와 촉매를 40∼120℃로 가열하여 증류시키는 단계와;Distilling the allyl chloride and the catalyst supported as compound (A) in the reaction vessel (10) by heating to 40 to 120 ℃; 상기 냉각기(30)에서 냉각된 알릴클로라이드(화합물(A'))가 포집기(20)에 적하 포집되어, 포집기(20)에 이미 첨가된 화합물(B)인 트리클로로실란과 혼합되는 단계와;Allyl chloride (compound (A ')) cooled in the cooler (30) is collected dropwise in the collector 20, and mixed with trichlorosilane which is a compound (B) already added to the collector (20); 상기 화합물(A')인 알릴클로라이드와 화합물(B)인 트리클로로실란이 혼합된 혼합물(C)이 알릴클로라이드 1몰당 2∼4㎖/분의 속도로 상기 유입구(60)를 통하여 반응용기(10)로 유입되어 서로 반응하는 단계로 이루어지며,The mixture (C) in which the allyl chloride of the compound (A ') and the trichlorosilane of the compound (B) is mixed is carried out through the inlet 60 at a rate of 2 to 4 ml / min per one mole of allyl chloride. ) Flows into and reacts with each other, 상기 반응은 포집기(20) 내부의 트리클로로실란과 알릴클로라이드 증류물이 사라질때까지 연속적으로 일어나는 것을 특징으로 하는 증류-적하 반응장치를 이용한 히드로실릴화 반응 방법.The reaction is a hydrosilylation reaction method using a distillation-dropping reactor, characterized in that continuously occurs until the trichlorosilane and allyl chloride distillate in the collector 20 disappears.
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