KR101196155B1 - 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법 - Google Patents
머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 알코올, H2S 또는 물을 첨가하지 않고 용매중에서 수소 및 전이금속 촉매로 수소화시키는, 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법에 관한 것이다.
머캅토오르가닐(알콕시실란), 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드, 전이금속 촉매, 수소화
Description
[문헌 1] 제US 6,147,242호(Degussa-Huls AG), 2000. 11. 14
[문헌 2] 제US 6,433,206호(Crompton Corporation), 2002. 8. 13.
본 발명은 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법에 관한 것이다.
제US 6,147,242호에는 비스(알콕시실릴오르가닐)디설파이드의 균일 분해에 의한 3-머캅토프로필-트리에톡시실란의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 비스(알콕시실릴오르가닐)디설파이드를 알칼리 금속 및 클로로실란과 반응시켜 실릴알킬설파닐실란 중간 생성물을 제조한 후, 이를 알코올의 존재하에서 원하는 머캅토알킬실란으로 전환시킴을 포함한다.
상기 방법은 추가의 시약(클로로알킬실란)을 사용하여야 하고, 위험한 알칼리 금속을 사용하고 폐기하여야 하며, 가알코올분해 단계 이전에 실릴알킬설파닐실란 중간 생성물을 단리하여야 하는 문제점을 가진다.
또한, 제US 6,433,206호에는 물, H2S 또는 알코올을 사용하여 중독으로부터 보호하여야 하는 VIII족 금속 촉매를 사용하여 비스(오르가닐실릴)폴리설파이드를 수소화시키는 규소-함유 오르가노머캅탄의 제조 방법이 개시되어 있다.
이 방법은 알콕시실란을 치환하기 위해 사용되는 알코올과 동일하지 않은 알코올을 중독 억제제 또는 촉매의 오염제거 시약으로서 사용하는 경우, 사용된 이덕트(educt)의 규소 원자와 형성된 생성물상에서 에스테르교환반응이 일어날 수 있다. 그 결과 혼합 에스테르화에 의해 원하지 않는 실란 생성물이 형성된다. 따라서, 오염제거 시약의 첨가는 실용적 측면 및 경제적 측면에서 알콕시실릴 기로서 이덕트에 이미 존재하는 알코올로 제한된다.
상기 방법의 또다른 문제점은 장쇄 알콕시 치환기들(>C8)을 갖는 알콕시실란을 출발 물질로서 사용하는 경우, 오염제거 시약으로 사용된 알코올의 후처리 및 증류 제거로 인해 점점 더 에너지-집약적으로 되어 더욱 많은 기술과 고비용을 필요로 한다는 점이다.
오염제거 시약 및 산소 친핵체로서 기능하는 알코올은 임의의 치환 양식을 갖는 폴리설판실란의 가수소분해 동안 부산물을 형성할 수 있기 때문에, 필수적인 오염제거 시약으로 사용할 수 없거나 바람직하지 않다.
사용가능한 출발 물질의 선택은 오염제거 시약으로서 알코올을 필수적으로 사용해야 한다는 점에 의해 제한될 수 있다. 또한, 공지된 방법은 알코올의 대안으로서 단지 H2S 또는 물만을 사용할 수 있다는 문제점을 갖는다. H2S는 매우 독성 이 높은 기체로서, 그의 사용, 보관, 계량 및 폐기에는 매우 높은 주의, 위험 인식 및 공장의 질과 안정성이 요구된다. 물은 가수분해에 의해 출발 화합물과 생성 화합물을 파괴하기 때문에, 알콕시실란과 동시에 사용하는 것은 피해야 한다.
본 발명의 목적은 금속 촉매가 필요한 경우에도 물, 알코올 또는 황화수소와 같은 추가의 오염제거 시약을 사용할 필요가 없으며, 빠른 전환 속도를 제공할 수 있는 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드의 환원적 절단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 알코올, H2S 및 물을 첨가하지 않고 용매중에서 수소 및 전이금속 촉매로 수소화시킴을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법을 제공한다.
용매는 0.1 내지 80 중량%, 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 매우 특히 바람직하게는 1 내지 30 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
반응은 바람직하게는 공기 및 물을 배제하면서 수행될 수 있다.
사용되는 용매는 사용되는 촉매의 사용 수명을 연장시키는 효과를 가질 수 있다. 사용되는 용매는 사용되는 촉매의 취급을 더욱 간단하게 하거나 개선시키는 효과를 가질 수 있다. 사용되는 용매는 사용되는 촉매의 재사용성을 증가시킬 수 있다.
사용되는 용매는 -50 내지 250℃, 바람직하게는 0 내지 150℃, 특히 바람직하게는 20 내지 100℃의 비점을 가질 수 있다.
물 및 H2S 이외에, 모든 비알코올성 화합물을 용매로 사용할 수 있다.
사용할 수 있는 용매는 바람직하게는 산소, 황, 인 또는 질소 원자를 함유하는 직쇄, 분지쇄 또는 또한 사이클릭 비알코올성 화합물이다.
알칸, 에테르, 아민, 머캅탄, 디알킬 설파이드 또는 알킬포스판을 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
디에틸 에테르, 메틸 3급-부틸 에테르, 테트라하이드로푸란, 디옥산, 이산화탄소(액상 또는 초임계 유체), 암모니아, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, DMF 또는 생성물로서 형성된 머캅토오르가닐(알콕시실란)을 특히 매우 바람직하게 사용할 수 있다.
용매는 이온 액체 또는 이온 액체들의 조합 또는 혼합물일 수 있다.
사용되는 이온 액체는 조촉매로서 작용할 수 있다.
사용되는 이온 액체는 전환 속도를 증가시키는 효과를 가질 수 있다.
사용되는 이온 액체는 활성을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.
사용되는 이온 액체는 선택성을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.
사용되는 이온 액체는 0 내지 250℃, 바람직하게는 50 내지 180℃, 특히 바람직하게는 80 내지 150℃의 융점을 가질 수 있다.
이온 액체는 1가지 유형의 양이온과 1가지 유형의 음이온을 함유하는 균질 화합물로부터 형성될 수 있다. 이온 액체는 몇가지 유형의 양이온과 몇가지 유형의 음이온을 함유하는 화합물로부터 형성될 수 있다. 이온 액체는 1가지 유형의 양이온과 몇가지 유형의 음이온을 함유하는 화합물로부터 형성될 수 있다. 이온 액체는 몇가지 유형의 양이온과 1가지 유형의 음이온을 함유하는 화합물로부터 형성될 수 있다.
이온 액체는 선택된 반응 조건하에서 액체 형태인 염, 즉 1가지 유형 이상의 양이온과 1가지 유형 이상의 음이온을 포함할 수 있다.
이온 액체는 많은 용도에서 유리한 매우 낮은 (이론상 0에 가까운) 증기압을 가질 수 있다.
이온 액체는 유기 염, 바람직하게는 헤테로사이클릭 질소 화합물의 염을 포함할 수 있다.
이온 액체는 알킬화되거나 폴리알킬화된 헤테로방향족의 염을 함유할 수 있다. 알킬화되거나 폴리알킬화된 헤테로방향족은 알킬화된 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 이미다졸, 피라졸, 옥사졸 또는 트리아졸일 수 있다. 알킬 치환기는 C1-C40의 쇄 길이를 가질 수 있고, 직쇄 또는 분지쇄이거나 또는 치환될 수 있다. 알킬 치환기는 동일하거나 상이할 수 있다.
이온 액체는 치환된 암모늄 N(알킬)3(R')(+) 또는 1,3-디알킬이미다졸륨 이온 또는 포스포늄 이온 P{알킬}3(R')(+)의 염을 포함할 수 있다.
사용할 수 있는 양이온은, 예를 들어 양이온 유형 bmim, bm2im, emim, ommim, mmim, bupy, C6Py, C8Py, N8,8,8,1, N6,2,2,2, [MeNEt3], [MeNBu3], [MeNPent3] 및 [MeNHex3]이다.
양이온은 하나 이상의 양전하를 나를 수 있다. 음이온은 하나 이상의 음전하를 나를 수 있다.
사용할 수 있는 음이온은 포스페이트, 아미드, 설페이트, 테트라클로로(알루미네이트), 설파이트, 니트레이트, 니트라이트, 알킬설페이트, 알킬설포네이트 또는 할라이드이다.
사용할 수 있는 음이온은, 예를 들어 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 
, 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드 및 토실레이트이다.
사용할 수 있는 이온 액체는, 예를 들어
사용할 수 있는 이온 액체는, 예를 들어 LiAlCl4, NaAlCl4, KAlCl4, Mg(AlCl4)2 또는 Ca(AlCl4)2이다.
상기 양이온 및 음이온은 문헌[P. Wasserscheid 및 W. Keim, Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3773]에 언급된 것들에 상응할 수 있다.
상기 양이온 및 음이온은 문헌[T. Welton, Chem. Rev. 1999, 99, 2071]에 언급된 것들에 상응할 수 있다.
수소화될 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 극성 또는 비극성의 양성자성 또는 비양성자성 물질과 혼합될 수 있다.
비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 하기 화학식 1의 화합물에 상응할 수 있다.
상기 식에서,
x는 1 내지 14, 바람직하게는 1 내지 8, 바람직하게는 2 내지 4, 특히 바람직하게는 2 내지 2.6의 수이고;
Z는 동일하거나 상이하며, SiX1X2X3 또는 Si(OCH2-CH2-)3N이고;
X1, X2 및 X3는 각각 서로 독립적으로 하이드록실(-OH), 탄소수 1 내지 18(C1- C18), 바람직하게는 C1-C10의 직쇄 또는 분지쇄 또는 사이클릭 탄화수소 쇄, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸, 알킬 산 치환기 (CyH2y+1)-C(=O)O-(이때, y = 1 내지 25임), 알케닐 산 치환기(예를 들어, 아세톡시 CH3-(C=O)O-), 치환된 알킬 또는 알케닐 산 치환기, 탄소수 5 내지 12의 사이클로알칸 라디칼, 벤질 라디칼, 할로겐-치환된 페닐 라디칼, 알킬-치환된 페닐 라디칼, 알콕시 기, 바람직하게는 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소 쇄를 갖는 (C1-C24) 알콕시(메톡시(CH3O-), 에톡시(C2H5O-), 프로폭시(C3H7O-), 부톡시(C4H9O-), 도데실옥시(C12H25O-), 테트라데실옥시(C14H29O-), 헥사데실옥시(C16H33O-) 또는 옥타데실옥시(C18H37O-)가 특히 바람직함), (C5-C12) 원자를 갖는 사이클로알콕시 기, 할로겐-치환된 페녹시 기, 알킬-치환된 페녹시 기, 벤질옥시 기, 알킬 에테르 기 O-(CRI 2- CRI 2)-O-Alk 또는 알킬 폴리에테르 기 O-(CRI 2- CRI 2O)a-Alk를 지칭할 수 있고, 이때
a = 2 내지 25이고, 바람직하게는 a = 2 내지 15이며, 특히 바람직하게는 a = 3 내지 10이고, 매우 특히 바람직하게는 a = 3 내지 6이며;
RI는 서로 독립적으로 H 또는 알킬 기, 바람직하게는 CH3-기이고;
Alk는 탄소수 1 내지 30(C1-C30), 바람직하게는 C1-C20, 특히 바람직하게는 C4-C18, 매우 특히 바람직하게는 C8-C16의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 또는 불포화된 알 킬 쇄이고;
A는 C1-C30, 바람직하게는 C1-C3을 포함하는 직쇄 또는 분지쇄의 포화 또는 불포화된 지방족, 방향족 또는 혼합 지방족/방향족의 2가 탄화수소 쇄, 특히 바람직하게는 (-CH2-), (-CH2-)2, (-CH2-)3, (-CH(CH3)-CH2-) 또는 (-CH2-CH(CH3)-)이다.
A는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고 포화 및 또한 불포화 결합을 함유할 수 있다. A는 수소 치환기 대신 매우 다양한 치환기들, 예를 들어 -CN, 할로겐(예를 들어, -Cl, -Br 또는 -F), 알코올 관능기 -OH 또는 알콕사이드를 가질 수 있다. 바람직하게는
를 A로서 사용할 수 있다.
예를 들어, 하기 화합물을 화학식 1의 실란으로 사용할 수 있다:
출발 물질로서 요구되는 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 -S1- 내지 -S14-를 갖는 다양한 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드들의 혼합물 또는 황의 쇄 길이를 갖는 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
Sx = S2 내지 S2.7의 평균 쇄 길이를 갖는 비스(알콕시실릴오르가닐)디설파이드(x=2 내지 14인 -Sx-는 HPLC 또는 1H-NMR에 의해 측정될 수 있다)를 바람직하게는 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드로서 사용할 수 있다.
-SiX1X2X3인 Z 기는 바람직하게는
데구사 아게(Degussa AG)로부터의 Si 266, Si 266/2 Si 261, Si 75 및 Si 69, 제너럴 일렉트릭(General Electric)-Osi로부터의 실퀘스트(Silquest) A 1589, 실퀘스트 A 1289 또는 실퀘스트 A 15304, 신-에쓰 케미칼 캄파니 리미티드(Shin-Etsu Chemical Co. Ltd.)로부터의 KBE 846 또는 KBE 856, 다이소 캄파니 리미티드(Daiso Co. Ltd.)로부터의 카브러스(Cabrus) 4, 카브러스 2A 또는 카브러스 2B, 또는 헝 파이 케미칼 캄파니(Hung Pai Chemical Company)로부터의 HP 669 또는 HP 1589를 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드로서 사용할 수 있다.
비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 제조시 0.01 내지 5 중량%의 3-클로로오르가닐(알콕시실란)을 함유할 수 있다.
비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 제조시 0.001 내지 1 중량%의 황 원소를 함유할 수 있다.
비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 제조시 0.001 내지 1 중량%의 알코올을 함유할 수 있다.
형성되는 머캅토오르가닐(알콕시실란)은 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다.
상기 식에서,
Z 및 A는 각각 서로 독립적으로 화학식 1에 따른 의미를 갖는다.
화학식 2에서 기 -SiX1X2X3는 바람직하게는
형성되는 머캅토오르가닐(알콕시실란)은 화학식 2의 화합물들의 혼합물일 수 있다.
예를 들어, 화학식 2의 머캅토오르가닐(알콕시실란)은 다음의 화합물일 수 있다:
3-머캅토프로필(트리메톡시실란),
3-머캅토프로필(디메톡시하이드록시실란),
3-머캅토프로필(트리에톡시실란),
3-머캅토프로필(디에톡시하이드록시실란),
3-머캅토프로필(디에톡시메톡시실란),
3-머캅토프로필(트리프로폭시실란),
3-머캅토프로필(디프로폭시메톡시실란),
3-머캅토프로필(디프로폭시하이드록시실란),
3-머캅토프로필(트리도데칸옥시실란),
3-머캅토프로필(디도데칸옥시하이드록시실란),
3-머캅토프로필(트리테트라데칸옥시실란),
3-머캅토프로필(트리헥사데칸옥시실란),
3-머캅토프로필(트리옥타데칸옥시실란),
3-머캅토프로필(디도데칸옥시)테트라데칸옥시실란,
3-머캅토프로필(도데칸옥시)테트라데칸옥시(헥사데칸옥시)실란,
3-머캅토프로필(디메톡시메틸실란),
3-머캅토프로필(메톡시메틸하이드록시실란),
3-머캅토프로필(메톡시디메틸실란),
3-머캅토프로필(하이드록시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디에톡시메틸실란),
3-머캅토프로필(에톡시하이드록시메틸실란),
3-머캅토프로필(에톡시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디프로폭시메틸실란),
3-머캅토프로필(프로폭시메틸하이드록시실란),
3-머캅토프로필(프로폭시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디이소프로폭시메틸실란),
3-머캅토프로필(이소프로폭시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디부톡시메틸실란),
3-머캅토프로필(부톡시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디이소부톡시메틸실란),
3-머캅토프로필(이소부톡시메틸하이드록시실란),
3-머캅토프로필(이소부톡시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디도데칸옥시메틸실란),
3-머캅토프로필(도데칸옥시디메틸실란),
3-머캅토프로필(디테트라데칸옥시메틸실란),
3-머캅토프로필(테트라데칸옥시메틸하이드록시실란),
3-머캅토프로필(테트라데칸옥시디메틸실란),
2-머캅토에틸(트리메톡시실란),
2-머캅토에틸(트리에톡시실란),
2-머캅토에틸(디에톡시메톡시실란),
2-머캅토에틸(트리프로폭시실란),
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2-머캅토에틸(트리도데칸옥시실란),
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3-머캅토부틸(디도데칸옥시)테트라데칸옥시실란,
3-머캅토부틸(도데칸옥시)테트라데칸옥시(헥사데칸옥시)실란,
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3-머캅토-2-메틸-프로필(트리에톡시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디에톡시메톡시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(트리프로폭시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디프로폭시메톡시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(트리도데칸옥시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(트리테트라데칸옥시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(트리헥사데칸옥시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(트리옥타데칸옥시실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디도데칸옥시)테트라데칸옥시실란,
3-머캅토-2-메틸-프로필(도데칸옥시)테트라데칸옥시-(헥사데칸옥시)실란,
3-머캅토-2-메틸-프로필(디메톡시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(메톡시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디에톡시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(에톡시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(하이드록시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디프로폭시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(프로폭시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디이소프로폭시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(이소프로폭시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디부톡시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(부톡시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디이소부톡시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(이소부톡시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디도데칸옥시메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(도데칸옥시디메틸실란),
3-머캅토-2-메틸-프로필(디테트라데칸옥시메틸실란) 또는
3-머캅토-2-메틸-프로필(테트라데칸옥시디메틸실란),
본 발명에 따른 방법은 가수소분해 조건하에서 수행될 수 있다.
수소화는 5 내지 250bar, 바람직하게는 10 내지 200bar, 특히 바람직하게는 10 내지 99bar, 매우 특히 바람직하게는 10 내지 75bar 과압의 수소압하에서 수행될 수 있다.
수소화는 50 내지 250℃, 바람직하게는 75 내지 199℃, 특히 바람직하게는 100 내지 175℃, 매우 특히 바람직하게는 110 내지 170℃의 온도에서 수행될 수 있다.
수소화 반응 시간은 300분 미만, 바람직하게는 270분 미만, 특히 바람직하게는 240분 미만, 매우 특히 바람직하게는 210분 미만일 수 있다.
첨가제는 반응 이전, 반응 동안 또는 반응 종료시에 반응 혼합물에 첨가될 수 있다.
첨가제는 사용되는 촉매의 사용 수명을 연장시키는 효과를 가질 수 있다. 첨가제는 사용되는 촉매의 취급을 더욱 간단하게 하거나 개선시키는 효과를 가질 수 있다. 첨가제는 사용되는 촉매의 재사용성을 증가시킬 수 있다. 첨가제는 방법의 수익성을 개선시킬 수 있다.
첨가제는 유기황 화합물, 티탄 알콕실레이트, 아민, 유기 또는 무기 산, 유 기 또는 무기 염기, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
첨가제는 카르복실산, DMSO, 모노알킬아민, 디알킬아민 또는 트리알킬아민일 수 있다. 첨가제는 Ti(OC4H9)4 또는 Ti(OC3H7)4일 수 있다.
전이금속 촉매는 촉매적 활성 성분이 하나 이상의 VIII족 금속을 포함하는 촉매일 수 있다. 니켈, 코발트, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 이리듐 또는 백금을 촉매적 활성 성분으로 사용할 수 있다.
촉매적 활성 성분은 추가로 도핑되거나 추가의 성분, 예를 들어 알칼리 금속(바람직하게는 Li, Na, K 또는 Rb), 알칼리 토금속(바람직하게는 Be, Mg, Ca, Sr 또는 Ba), 주족 3의 원소(바람직하게는 B, Al, Ga 또는 In), 주족 4의 원소(바람직하게는 C, Si, Ge, Sn 또는 Pb), 주족 5의 원소(바람직하게는 N, P, As 또는 Sb), 주족 6의 원소(바람직하게는 O, S, Se 또는 Te), 주족 7의 원소(바람직하게는 F, Cl, Br 또는 I), 또는 분족(subgroup) 원소들(바람직하게는 
)을 함유할 수 있다.
바람직한 도핑 성분은 하이드라이드, 옥사이드, 할라이드(예를 들어, 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드 또는 요오다이드), 설파이드 또는 니트라이드일 수 있다.
도핑된 전이금속 촉매는 전이금속 및(또는) 전이금속 화합물, 예를 들어 몰리브덴으로 도핑된 라니(Raney) 유형의 다공성 골격 촉매일 수 있다.
도핑된 전이금속 촉매는 전이금속 및(또는) 전이금속 화합물, 예를 들어 몰리브덴으로 도핑된 라니 유형의 다공성 활성화 금속 촉매일 수 있다. 도핑된 전이금속 촉매는 바람직하게는 전이금속 및(또는) 전이금속 화합물, 예를 들어 몰리브덴으로 도핑된 라니 유형의 활성화 니켈 금속 촉매일 수 있다.
도핑된 전이금속 촉매의 중량을 기준으로 (원소 형태 또는 화학적 화합물로서 존재하는) 도핑 성분의 중량은 0.00001 내지 80 중량%, 바람직하게는 0.0001 내지 50 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 15 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.01 내지 7.5 중량%일 수 있다.
촉매적 활성 성분은 미분화되고 비지지된 활성화 금속을 포함할 수 있다. 비지지된 활성화 금속은 고체 및 현탁액으로서 사용되거나 왁스 또는 오일중에 삽입될 수 있다.
촉매적 활성 성분은 공지된 통상의 촉매 지지 물질들, 예를 들어 규조토, 탄소, 실리카, 활성 챠콜(charcoal), 키젤거(kieselguhr), 알루미나 또는 알루모실리케이트 중 하나에 적용될 수 있다.
촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.0001 내지 1mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 코발트인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.008 내지 0.5mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.01 내지 0.1mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 니켈인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.01 내지 1mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.9mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 루테늄인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.5mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.1mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 로듐인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.5mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.1mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 팔라듐인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.005 내지 1mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.05 내지 1mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 이리듐인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.5mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.1mmol일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 백금인 경우, 촉매적 활성 금속을 기준으로 한 촉매 농도는 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.001 내지 1mmol, 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.5mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.005 내지 0.1mmol일 수 있다.
소정의 온도 T 및 항압 p에서 가수소분해의 속도를 비교하는 기능을 할 수 있는 변수는 전환 속도로서, 이는 "분"당 "촉매 금속의 mmol"당 "이덕트의 전환량" 관계에 의해 정량적으로 표현될 수 있다.
전환 속도가 더 낮은 온도에서 증가될 수 있다면, 이는 생태학적 측면, 에너지 측면 및 경제적 측면에서 상당한 개선점이다. 공정의 에너지 효율은 온도가 감소함에 따라 증가하고, 공간/시간 수율은 전환 속도에 따라 증가하며, 사용되는 물질과 수득되는 물질의 취급은 온도 또는 압력이 감소함에 따라 종종 간단해진다. 산업 공장의 부하 정도도 온도 및 압력이 낮을수록 감소한다.
전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 10g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 코발트인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.01 내지 10g, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 5g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 니켈인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.01 내지 10g, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 5g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 루테늄인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.01 내지 5g, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 3g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 로듐인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.01 내지 5g, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 3g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 팔라듐인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.01 내지 5g, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 3g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 이리듐인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.01 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.1 내지 5g, 매우 특히 바람직하게는 0.15 내지 3g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
바람직하게는, 활성 금속이 백금인 경우, 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.01 내지 10g, 특히 바람직하게는 0.1 내지 5g, 매우 특히 바람직하게는 0.5 내지 5g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드일 수 있다.
소정의 온도 T 및 항압 p에서 가수소분해의 속도를 비교하는 기능을 할 수 있는 변수는 몰 전환 속도로서, 이는 "1분"당 "촉매 금속"당 "형성된 생성물의 mmol" 관계에 의해 정량적으로 표현될 수 있다.
몰 전환 속도는 1분당 1mmol의 촉매적 활성 금속당 0.001 내지 50mmol의 머캅토오르가닐(알콕시실란)일 수 있다.
바람직하게는, 철, 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 백금, 이리듐 또는 팔라듐을 포함하는 전이금속 촉매의 경우, 몰 전환 속도는 1분당 존재하는 1mmol의 VIII족 전이금속당 0.001 내지 50mmol, 바람직하게는 0.01 내지 40mmol, 특히 바람직하게는 0.05 내지 30mmol, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 20mmol의 머캅토오르가닐(알콕시실란)일 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 사용되는 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드는 90 중량%보다 많은, 바람직하게는 92 중량%보다 많은, 특히 바람직하게는 94 중량%보다 많은, 매우 특히 바람직하게는 96 중량%보다 많은 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드가 머캅토오르가닐(알콕시실란)으로 전환될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 존재하는 비스(알콕시실릴오르가닐)모노설파이드의 상대 함량(몰%)은 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 존재하는 비스(알콕시실릴오르가닐)모노설파이드의 상대 함량(몰%)은 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 존재하는 비스(알콕시실릴오르가닐)모노설파이드의 상대 함량(몰%)은 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 이덕트에 함유된 비스(알콕시실릴오르가닐)모노설파이드의 상대 함량은 < 10 중량%, 바람직하게는 < 8 중량%, 특히 바람직하게는 < 6 중량%, 매우 특히 바람직하게는 < 4 중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 회분식 방법 또는 연속식 방법일 수 있다.
회분식 방법은, 예를 들어 교반식 오토클레이브(autoclave) 또는 버스(Buss) 반응기에서의 슬러리식 방법 또는 현탁식 방법일 수 있다.
연속식 방법은 연속 액체 및 기체 공급물을 사용하는 슬러리 방법일 수 있다.
기체/액체/고체 반응을 위해 공지된 반응기를 연속식 방법에 사용할 수 있다. 전형적인 대표 반응기는 고정층 반응기의 경우 트릭클 및 섬프(trickle and sump) 반응기, 및 현탁식 반응기의 경우 교반 탱크, 기포 칼럼 및 유동층일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 폴리설파이드의 가수소분해를 매우 독성이 높은 H2S나 알코올을 사용하지 않고도 종래 기술에 기재된 조건보다 더욱 온화한 조건하에서 또한 성공적으로 수행할 수 있다는 이점을 갖는다. 특정한 오염제거 시약을 사용하지 않음으로써 수소화 반응에서 어떠한 불리한 손상도 생기지 않는다.
촉매의 사용하에 H2에 의한 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드의 만족스러운 절단 활성이 본 발명에 따른 방법에서 달성될 수 있다.
본 발명의 방법에서는 오염제거 시약을 사용하지 않을 수 있다.
오염제거 시약의 부재하에 벌크(bulk) 상태에서 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 수소화시키는 종래 기술에 비해, 예를 들어 루테늄을 사용하는 경우 2배나 높은 전환 속도를 수득할 수 있다. 이러한 더 높은 전환 속도는 오염제거 시약의 부재하에 폴리설판실란 시스템에 대해 종래 기술에서 지금까지 기재되어 온 조건보다 온도 및 압력 측면에서 더욱 온화한 반응 조건하에서도 수득될 수 있다. 더 높은 전환 속도에 의해, 공간/시간 수율이 상당히 개선될 뿐만 아니라, 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 H2로 환원적 절단시켜 머캅토오르가닐(알콕시실란)을 제조하는 방법에서 구체적인 에너지 소비율도 또한 감소된다. 더 낮은 에너지 소비율 및 더욱 온화한 반응 조건에 의해, 공장의 부하 정도가 더 낮아지고, 특히 마모도가 더욱 낮아진다. 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조시 에너지 소비율이 낮기 때문에, 공정상의 에너지 균형이 개선되고 환경에 대한 압박도 적다.
실시예
제US 6,433,206호로부터의 비교예를 하기 표 1에 요약하였다. 주로 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디설파이드를 포함하는 디설판실란 혼합물을 폴리설판실란으로 사용하였으며, 더욱 자세히 구체화되어 있지는 않다.
부산물의 형성은 기재되어 있지 않다. 생성물은 기체 크로마토그래피 방법에 의해 분석하였으며, 더욱 자세히는 기재되어 있지 않다.
디설판실란을 기초로 하는 본 발명에 따른 실시예를 하기 표 2, 3 및 4에 요약하였다. Si 266(데구사 아게로부터 시판중인 제품/[비스(알콕시실릴오르가닐)디설파이드])을 켐스캔(Chemscan)으로부터 구입한 장치에서 하기 표 2, 3 및 4의 조건에 따라 촉매적으로 수소화시켰는데, 상기 장치는 오일욕에서 나란하게 가열되는 8개의 오토클레이브를 포함하며, 이들의 반응 부피는 20㎖이고, 이들에는 반응기의 중심에 고정된 축에서 1,300rpm으로 회전하는 앵커(anchor)-유형 자석 교반기가 장착되어 있다.
반응은 기재된 시간 이후에 종료시켰다.
하기 표 2, 3 및 4의 "생성물 조성"란에서는, 단지 머캅토프로필(트리에톡시실란), 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(트리에톡시실릴프로필)트리설파이드 및 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드 성분만을 고려하였다. 비스(트리에톡시실릴프로필)모노설파이드 및 3-클로로프로필(트리에톡시실란)은 무시하였다.
생성물 조성은 1H-NMR로 측정하였다.
조합된 GC/HPLC 및 NMR 분석에 따라, 실험들에 사용된 Si 266은 1.7 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)모노설파이드, 84 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 12 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)트리설파이드 및 1 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드를 함유하였다.
폴리설판 혼합물에서 측정된 평균 쇄 길이는 대략 2.14이었다(단지 S2 내지 S8의 평균만을 고려하였다). 사용된 Si 266은 0.8 중량%의 3-클로로프로필(트리에톡시실란)을 함유하였다.
테트라설판실란을 기초로 하는 본 발명에 따른 실시예를 하기 표 5에 요약하였다. Si 69(데구사 아게로부터 시판중인 제품/[비스(알콕시실릴오르가닐)테트라설파이드])을 켐스캔으로부터 구입한 장치에서 하기 표 5의 조건에 따라 촉매적으로 수소화시켰는데, 상기 장치는 오일욕에서 나란하게 가열되는 8개의 오토클레이브를 포함하며, 이들의 반응 부피는 20㎖이고, 이들에는 반응기의 중심에 고정된 축에서 1,300rpm으로 회전하는 앵커-유형 자석 교반기가 장착되어 있다.
반응은 기재된 시간 이후에 종료시켰다.
하기 표 5의 "생성물 조성"란에서는, 단지 머캅토프로필(트리에톡시실란), 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(트리에톡시실릴프로필)트리설파이드 및 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드 성분만을 고려하였다. 비스(트리에톡시실릴프로필)모노설파이드 및 3-클로로프로필(트리에톡시실란)은 무시하였다.
기재된 생성물 조성은 1H-NMR로 측정하였다.
조합된 GC/HPLC 및 NMR 분석에 따라, 실험들에 사용된 Si 69는 0.1 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)모노설파이드, 17 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 27 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)트리설파이드, 25 중량%의 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드 및 대략 29 중량%의 x≥5인 -Sx-를 갖는 비스(트리에톡시실릴프로필)폴리설파이드를 함유하였다.
폴리설판 혼합물에서 측정된 평균 쇄 길이는 대략 3.75이었다. 사용된 Si 69는 1.4 중량%의 3-클로로프로필(트리에톡시실란)을 함유하였다.
상기 표들에서 사용된 약어들은 하기 의미를 가진다:
SH = 3-머캅토프로필(트리에톡시실란),
S2 = 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드,
S3 = 비스(트리에톡시실릴프로필)트리설파이드,
S4 = 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드.
Si 69[비스(알콕시실릴오르가닐)테트라설파이드] 및 Si 266[비스(알콕시실릴오르가닐)디설파이드]는 데구사 아게로부터 상업적으로 구입가능한 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드이다.
약어 H 105 BA/W 5% Ru, E 105 RS/W 5% Pd, CE 105 R/W 5% Pd + 0.5% Mo 및 E 105 Y/W 5% Pd로 나타내는 촉매는 루테늄 또는 팔라듐과 같은 귀금속 성분을 넓은 표면적의 다공성 지지 물질에 적용시켜 제조된 귀금속 분말상 촉매들이다. 여기에서 귀금속 성분의 함량은 촉매의 무수 중량을 기준으로 5 중량%이다. 촉매는 자유-유동성 고체 분말로 사용하였다. 상기 촉매는 활성 챠콜에 지지되었다.
약어 B 111 W로 나타내는 촉매는 수용액중에 미분화된 원소 니켈을 현탁시켜 제조한 활성화 금속 촉매이었다. 이 촉매는 금속 성분을 분리하여 제거한 후에 고체 분말로 사용하였다.
상기 약어로 나타내는 촉매는 하기 함량의 활성 금속을 함유하였다: H 105 BA/W 5% Ru, E 105 RS/W 5% Pd, CE 105 R/W 5% Pd + 0.5% Mo, E 105 Y/W 5% Pd 및 B 111 W 100% Ni. 촉매 G-96 B 및 T 8027은 쉬드-케미 아게(Sued-Chemie AG)로부터 시판중인 제품이다. 촉매 G-96 B는 66%의 니켈 및 알칼리성 촉진제를 함유한다.
촉매 T 8027은 52%의 니켈 및 2.4%의 지르코늄을 함유한다.
특히, 브루커(Bruker)로부터 구입한 DRX 500 NMR 장치를 사용하여 당업자에게 공지된 규칙들 및 작업 조건에 따라 생성물을 분석하였다. 측정 주파수는 29Si 핵의 경우 99.35 MHz이고, 1H 핵의 경우 500.13 MHz이었다. 테트라메틸실란(TMS)을 기준물질로서 사용하였다.
비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드 및 머캅토오르가닐(알콕시실란) 및 이들의 혼합물의 분석은 GC, HPLC 및 NMR에 의해 수행할 수 있다(문헌[U. Goerl, J. Muenzenberg, D. Luginsland, A. Mueller Kautschuk Gummi Kunststoffe 1999, 52(9), 588], 문헌[D. Luginsland Kautschuk Gummi Kunststoffe 2000, 53(1-2), 10] 및 문헌[M. W. Backer 등, Polmer Preprints 2003, 44(1), 245]).
발명에 따른 방법에서는 오염제거 시약을 사용하지 않을 수 있다.
오염제거 시약의 부재하에 벌크 상태에서 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 수소화시키는 종래 기술에 비해, 본 발명에서는 루테늄을 사용하는 경우 2배나 높은 전환 속도를 수득할 수 있다.
Claims (13)
- 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 알코올, H2S 또는 물을 첨가하지 않고 용매중에서 수소 및 전이금속 촉매로 수소화시킴을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드가 하기 화학식 1의 화합물임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.<화학식 1>Z-A-Sx-A-Z상기 식에서,x는 1 내지 14의 수이고;Z는 동일하거나 상이하며, SiX1X2X3 또는 Si(OCH2-CH2-)3N이고;X1, X2 및 X3는 각각 서로 독립적으로 하이드록실(-OH), 탄소수 1 내지 18(C1-C18)의 직쇄 또는 분지쇄 또는 사이클릭 탄화수소 쇄, 알킬 산 치환기 (CyH2y+1)-C(=O)O-(이때, y = 1 내지 25임), 탄소수 5 내지 12의 사이클로알칸 라디칼, 벤질 라디칼, 할로겐-치환된 페닐 라디칼, 알킬-치환된 페닐 라디칼, 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소 쇄를 갖는 (C1-C24) 알콕시 기, (C5-C12) 원자를 갖는 사이클로알콕시 기, 할로겐-치환된 페녹시 기, 알킬-치환된 페녹시 기, 벤질옥시 기, 알킬 에테르 기 O-(CRI 2- CRI 2)-O-Alk 또는 알킬 폴리에테르 기 O-(CRI 2- CRI 2O)a-Alk를 지칭하고, 이때a는 2 내지 25이고;RI는 서로 독립적으로 H 또는 알킬 기이고;Alk는 탄소수 1 내지 30(C1-C30)의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 또는 불포화된 알킬 쇄이고;A는 C1-C30을 포함하는 직쇄 또는 분지쇄의 포화 또는 불포화된 지방족, 방향족 또는 혼합 지방족/방향족의 2가 탄화수소 쇄이다.
- 제1항에 있어서, 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드가 제2항에 정의된 화학식 1의 화합물들의 혼합물임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 수소화될 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드를 극성 또는 비극성의 양성자성 또는 비양성자성 물질과 혼합하는 것임을 특징으로 하는 머 캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 10 내지 250bar의 압력하에서 수소화시킴을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 50 내지 250℃의 온도하에서 수소화시킴을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 촉매가 촉매적 활성 성분으로서 니켈, 코발트, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 이리듐 또는 백금을 함유하는 것임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 촉매적 활성 성분이 추가로 도핑되거나 추가의 성분을 함유하는 것임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 촉매적 활성 성분이 하나 이상의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 주족 3의 원소, 주족 4의 원소, 주족 5의 원소, 주족 6의 원소, 주족 7의 원소, 또는 Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn 및 Cd로 구성되는 군으로부터 선택되는 분족(subgroup) 원소들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 농도가 촉매적 활성 금속을 기준으로 1g의 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드당 0.0001 내지 1mmol임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 회분식으로 수행함을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 연속식으로 수행함을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 비스(알콕시실릴오르가닐)폴리설파이드, 수소 및 전이금속 촉매의 반응 혼합물이 유기황 화합물, 티탄 알콕실레이트, 아민, 유기 또는 무기 산, 유기 또는 무기 염기, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 첨가제를 함유하는 것임을 특징으로 하는 머캅토오르가닐(알콕시실란)의 제조 방법.
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