KR101320746B1 - 비닐렌 카르보네이트의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비교적 다량의 추가의 용매 없이 3급 아민으로 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (CGC)로부터 염화수소를 제거하여 비닐렌 카르보네이트 (VC)를 산업적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
비닐렌 카르보네이트, 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트
Description
본 발명은 액체상의 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (CGC)으로부터 히드로클로라이드의 제거에 의한 비닐렌 카르보네이트 (VC)의 산업적 제조에 관한 것이다.
비닐렌 카르보네이트는 화학물질, 제약 제품, 작물 보호제의 제조, 특히 중합체, 코팅 및 전지 전해질 제조의 중요한 중간체이다.
비닐렌 카르보네이트는 3급 아민, 특히 트리에틸아민에 의하여 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (CGC)으로부터 염화수소를 제거함으로써 공지된 방법에 의하여 제조된다.
클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트는 염소 또는 술푸릴 클로라이드에 의한 에틸렌 글리콜 카르보네이트의 자유 라디칼 염소화에 의하여 얻어진다.
이러한 합성은 뉴만과 아더 (Newman and Addor)에 의하여 1953년에 처음으로 공개되었다 (JACS, 1953, page 1263; JACS 1955, page 3789).
에틸렌 글리콜 카르보네이트 (GC)를 60-70℃에서 자외선에 의하여 광염소화시키고, 얻어진 CGC를 진공 증류 (vacuum distillation)에 의하여 정제하였다.
뉴만과 아더는 비등하는 에테르 (b.p. 35℃) 중에서 트리에틸아민으로 제거하고, 혼합물을 밤새 가열함으로써 VC를 얻었다.
트리에틸암모늄 클로라이드를 여과해낸 후, 증류를 수행함으로써 단리하였고, 59%의 수율로 조 VC를 얻었고, 조 VC를 추가의 증류에 의하여 정제하였다.
JP 2000/026449는 고비점 용매 (b.p. 170-300℃) 중에서의 제거에 대하여 기재하고 있으며; 상기 반응은 명백하게 50℃에서 20시간 동안 디부틸 카르보네이트 중에서 트리에틸아민으로 일어난다.
암모늄 클로라이드를 여과해내고, 과량의 트리에틸아민을 증류해낸 후, 조 VC를 단순 증류에 의하여 단리하였다. 미량의 아민을 제거하기 위하여, VC를 실리카겔 칼럼 위에 부었다. 마지막으로, 정제 증류를 수행하였다. 이렇게 얻어진 VC의 염소 함량은 29 ppm로 기재되는 한편, 비교 샘플은 > 3000 ppm를 함유하였다. 수율은 56%였다.
DE-A 19955944는 용매로 GC (b.p. 243-244℃) 중에서의 제거에 대하여 기재하였다. CGC는 처음에 GC 중에 도입되고, 60℃에서 트리에틸아민을 첨가하여 1.5시간 동안 반응시킨다. 과량의 트리에틸아민을 40℃에서 증류해내고, 100℃에서 박막 증발기 (thin-film evaporator)를 통하여 증발시키고, VC와 GC의 무색 혼합물 을 73%의 수율로 얻었다. 순도에 관한 데이타는 없었다.
액체상 중에서의 CGC의 반응은 모두 VC의 분해가능성이 문제되었으며, DE-A 199 55 944 A1에 명백하게 언급되어 있다. 따라서, 이는 60℃ 초과에서 수시간 내에 분해하며, 80℃ 초과에서는 수분 내에 분해한다. 얻어진 중합체는 염을 분리해내기 더욱 어려워지고, 발열 분해는 그러한 과정의 규모를 증가시키기 어렵게 한다.
트리에틸아민으로 CGC를 제거하여 VC와 암모늄 클로라이드를 얻는 반응 둘다에서 특히 어려운 점은, VC의 분해가 온도 증가에 따라서 실질적으로 더욱 신속해진다는 것이다.
저온에서 보다 높은 전환율과 선택성을 얻게 하고 VC 및 암모늄 염의 용이한 단리를 가능하게 하는 공정은, 그중에서도 염의 우수한 여과가능성 (filterability) 및 반응 혼합물의 우수한 교반가능성 (stirrability)에 의하여 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명은 반응 혼합물로부터 VC의 우수한 단리와 함께 증가된 수율로 VC가 제조될 수 있는 것인, 비닐렌 카르보네이트의 제조 방법의 제공에 관한 것이다.
놀랍게도, 바람직한 공정 특성이 용매가 없거나 매우 적은 용매 중에서 과정이 이루어지는 경우, 즉 비닐렌 카르보네이트 자체가 용매로 작용하는 경우에 달성된다는 것이 발견되었다.
본 발명은 3급 아민으로 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (CGC)로부터 염화수소를 제거하여 비닐렌 카르보네이트를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 반응은 반응 매질 기준으로 50 중량% 이하의 추가 용매를 함유하는, 반응 매질로 비닐렌 카르보네이트 중에서 30 내지 60℃에서 수행된다.
반응 혼합물 중의 비활성 용매의 양은 10 중량% 미만, 바람직하게는 3 중량% 미만, 특히 바람직하게는 1 중량% 미만이며, 용매 없이 과정을 수행하는 것이 매우 특히 바람직하다. 언급된 중량 백분율은 반응 매질을 기준으로 한 것이다.
가능한 비활성 촉매는 예를 들어, C1-C10-알칸 또는 시클로알칸 및 C1-C10-알킬 또는 시클로알킬 라디칼로 임의로 다치환되는 벤젠, 예를 들어 톨루엔 또는 크실렌, 클로로벤젠 또는 C1-C10-클로로알칸, 예를 들어 클로로벤젠 또는 메틸렌 클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 할로겐화 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 지방족 및 방향족 탄화수소이다. 용매는 에테르, 니트릴 및 에스테르 작용기를 함유할 수 있다.
특히 바람직한 용매는 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터의 톨루엔, 할로겐화 탄화수소로 이루어진 군으로부터의 메틸렌 클로라이드, 에테르로 이루어진 군으로부터의 메틸 tert-부틸 에테르 (MTBE) 및 디에틸 에테르, 니트릴로 이루어진 군으로부터의 아세토니트릴 및 에스테르로 이루어진 군으로부터의 에틸 아세테이트이다.
용매의 혼합물이 또한 존재할 수 있다.
임의로 용매로 오염된 VC는 처음에 반응 매질로 도입되고, CGC 및 3급 아민, 바람직하게는 트리에틸아민이 그 안에서 30 내지 60℃, 바람직하게는 40 내지 50℃의 온도에서 반응하며, 여과에 의하여 단리된 조혼합물의 한 부분이 반응 매질로 사용된다.
보통, 2 내지 80 시간, 바람직하게는 4 내지 40 시간, 특히 바람직하게는 5 내지 15시간의 기간 동안 언급한 온도에서 교반이 이루어진다.
성분의 칭량 순서는 일반적으로 자의적이지만; 바람직하게는, 아민을 처음에 VC에 도입하고, CGC를 칭량하며; 특히 바람직하게는 CGC와 아민을 동시에 칭량한다.
우수한 수율 이외에, 상기 공정의 장점은 암모늄 클로라이드의 침전물의 여과의 필터 케이크가 주요 여과 저항성을 야기하지 않는다는 점이다.
여과에 의하여 단리된 암모늄 클로라이드 염은 비활성 용매로 세척하여 반응 혼합물에 부착하지 않게 한다. 조 반응 혼합물 및 세척된 여과물을 진공 증류에 공급한다.
VC의 자유 라디칼 중합은 자유 라디칼 스캐빈저, 예를 들어 BHT의 첨가에 의하여 억제될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 공정을 몇가지 실시예를 참고하여 예시하지만, 이하의 실시예가 본 발명의 개념을 제한하려는 것으로 이해되서는 안된다.
실시예 1
150 g의 비닐렌 카르보네이트 (약 99% 순도), 31.2 g의 트리에틸아민 (99% 순도) 및 2 g의 BHT를 처음에 둥근바닥 조인트를 갖는 온도조절된 1 l의 포트에 도입하고, 39℃에서 온도조절하고, 그후 283.5 g의 트리에틸아민 및 310 g의 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (98% 순도)를 3시간 동안 칭량하였고, 내부 온도를 냉각에 의하여 45℃ 미만으로 유지하였다. 그후, 교반을 41 내지 38℃의 내부 온도에서 4시간 동안 계속하였다.
그후, 실온에서 진공 중에서 흡입 필터 상에서 여과하였다.
82% 강도의 조 VC 여과물 283 g을 얻었다.
그후, 각 시간에 필터 케이크를 150 ml의 MTBE로 2회 세척하였다.
첫번째 세척 여과물은 GC 분석에 따라서 VC 70 g을 함유하였다.
두번째 세척 여과물은 GC 분석에 따라서 VC 4.3 g을 함유하였다.
합쳐서, 이는 처음에 도입된 VC를 빼고 73%의 VC 수율을 얻었다.
실시예 2
275 g의 비닐렌 카르보네이트 (약 82% 순도) 및 2 g의 BHT를 처음에 둥근 바닥 조인트를 갖는 온도조절되는 1 l의 포트에 도입하고, 37℃에서 온도조절하였다. 그후, 360 g의 트리에틸아민 (99% 순도) 및 400 g의 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (98% 순도)를 3시간 동안 칭량하고, 내부 온도를 45℃ 미만으로 유지하였고, 39℃에서 4시간 동안 후속 교반하였다.
염을 실온에서 여과해낸 후에, 369 g의 81% 강도의 조 VC 여과물을 얻었다.
그후, 각 시간에 필터 케이크를 150 ml의 톨루엔으로 2회 세척하였다.
첫번째 세척 여과물은 GC 분석에 따라서 VC 42 g을 함유하였다.
두번째 세척 여과물은 GC 분석에 따라서 VC 5.2 g을 함유하였다.
합쳐서, 이는 처음에 도입된 VC를 빼고 74%의 VC 수율을 얻었다.
암모늄 클로라이드 침전물의 여과는 고결 (caking)에 의하여 거의 방해되지 않는다. 반응기에는 침전물이 거의 없었다.
실시예 3 (비교예)
150 g의 MTBE, 31.2 g의 트리에틸아민 (99% 순도) 및 2 g의 BHT를 처음에 둥근바닥 조인트를 갖는 온도조절된 1 l의 포트에 도입하고, 39℃에서 온도조절하였다. 그후, 283.5 g의 트리에틸아민 및 310 g의 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (98% 순도)를 3시간 동안 칭량하였고, 내부 온도를 냉각에 의하여 45℃ 미만으로 유지하였다. 그후, 4시간 동안 약 44℃의 내부 온도에서 교반을 계속하였다.
그후, 실온에서 흡입 필터 상에서 여과하였고, 잔여물을 MTBE 100 ml로 헹구었다.
배합된 액체를 증류하였다. 485 g의 생성물이 없는 (product-free) 첫번째 러닝이 55-62℃에서 얻어졌다.
그후, 92 g의 95% 강도 조 비닐렌 카르보네이트가 20 mbar, 66-84℃에서 얻어졌으며, 이는 이론치의 40.3% 수율에 해당한다.
실시예 4 (비교예)
150 g의 MTBE, 31.2 g의 트리에틸아민 (99% 순도) 및 2 g의 BHT를 처음에 둥근바닥 조인트를 갖는 온도조절된 1 l의 포트에 도입하고, 39℃에서 온도조절하였다. 그후, 283.5 g의 트리에틸아민 및 310 g의 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (98% 순도)를 3시간 동안 칭량하였고, 내부 온도를 냉각에 의하여 45℃ 미만으로 유지하였다. 그후, 20시간 동안 약 42℃의 온도의 내부 온도에서 교반을 계속하였다.
그후, 실온에서 흡입 필터 상에서 여과하였고, 잔여물을 MTBE 100 ml로 헹구었다.
배합된 액체는 490 g이었고, 이를 증류하였다. 280 g의 생성물이 없는 첫번째 러닝이 55-62℃에서 얻어졌다.
118 g의 97.6% 강도 조 비닐렌 카르보네이트가 20 mbar, 59-65℃에서 얻어졌고, 이는 이론치의 52.9% 수율에 해당한다.
92 g의 검정색 타르가 뒤에 남았다.
2개의 비교 실험은 용기 벽면과 교반기에 현저한 고결을 나타내었다.
비닐 카르보네이트에 대한 실험 목록
Claims (5)
- 비닐렌 카르보네이트 외의 추가의 용매를 반응 매질 기준으로 0 내지 10 중량% 이하로 함유할 수 있는 반응 매질로서의 비닐렌 카르보네이트 내에서 30 내지 60℃에서 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는, 3급 아민으로 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 (CGC)로부터 염화수소를 제거하여 비닐렌 카르보네이트를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 클로로에틸렌 글리콜 카르보네이트 및 트리에틸아민의 반응에 의해 수득된 후 여과에 의하여 단리된 조 혼합물이 반응 매질로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응에서 제조되고 여과에 의하여 단리된 암모늄 클로라이드 염을 용매로 세척하여 반응 혼합물이 부착되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응을 40 내지 50℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가의 용매가 메틸 tert-부틸 에테르 (MTBE), 메틸렌 클로라이드, 톨루엔 또는 아세토니트릴인 것을 특징으로 하는 방법.
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