KR101604669B1 - Production method of Tetrahydrotri(cyclopentadiene) using a heterogeneous solid acid catalyst - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔도-테트라하이드로트리(사이클로펜타디엔)의 이성화반응을 통해 고부가가치 연료인 고밀도 액체연료의 원료 물질로 사용하기 용이한 엑소-테트라하이드로트리(사이클로펜타디엔)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 불균질계 고체 산 촉매인 제올라이트, 메조 기공 알루미노 실리케이트, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등을 적용하여 엔도-테트라하이드로트리 (사이클로펜타디엔)의 이성화반응을 통해 엑소-테트라하이드로트리 (사이클로펜타디엔)을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for preparing exo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) which is easy to use as a raw material for a high-density liquid fuel which is a high-value-added fuel through isomerization of endo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) . Specifically, by applying isomerization of endo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) by applying zeolite as a heterogeneous solid acid catalyst, mesoporous aluminosilicate, heteropolyacid of cesium 12-tungstophosphate, etc., exo-tetrahydrotri (Cyclopentadiene). ≪ / RTI >
Description
본 발명은 불균질계 고체 산 촉매인 제올라이트, 메조 기공 알루미노 실리케이트, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등을 사용하여 엔도-테트라하이드로트리(사이클로펜타디엔)의 이성질체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for preparing an isomer of endo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) using zeolite as a heterogeneous solid acid catalyst, mesoporous aluminosilicate, heteropolyacid of a cesium salt of 12-tungstophosphoric acid or the like.
디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene, 이하에서는 “DCPD”라 지칭되기도 함)은 원유 정제처리 후 생성되는 부산물 또는 납사와 가스 오일의 수중 크래킹 반응을 통해 얻어진다. 현재 DCPD는 많은 양이 일반 석유 수지 제품의 원료로 주로 사용되고 있으나 보다 효율적으로 이용하기 위하여 이를 고부가가치의 연료인 고밀도 액체연료로서 사용하기 위한 연구가 진행되어 왔다. Dicyclopentadiene (hereinafter also referred to as " DCPD ") is obtained by underwater cracking reaction of naphtha and gas oil produced after crude oil purification treatment. At present, DCPD is mainly used as a raw material for general petroleum resin products, but studies have been conducted to use it as a high-density liquid fuel having high added value in order to use it more efficiently.
고밀도 액체연료란 용적이 제한적인 항공기, 미사일, 로켓 등에서 단위부피당 탑재 연료량을 증가되는 연료이다. 고밀도 액체연료로써 사용되기 위해서는 밀도가 등유보다 높으며(0.8 g/ml 이상) 에너지 함량 또한 높아야 하고 어는점이 낮아야(-20 ℃ 이하) 한다. 이러한 연료의 특성을 가지기 위해서는 연료의 구성성분이 C3, C4, C5 등으로 이루어진 고리형 구조일 경우 구조적으로 치밀하며 높은 변형 에너지를 가져 그 구성 성분으로써 유리하다. High density liquid fuels are fuels that increase the amount of fuel loaded per unit volume in aircraft, missiles, rockets, etc., which have limited capacity. In order to be used as a high density liquid fuel, the density should be higher than kerosene (more than 0.8 g / ml) and the energy content should be high and the freezing point should be low (below -20 ℃). In order to have such a fuel characteristic, when the constituent component of the fuel is a cyclic structure composed of C 3 , C 4 , C 5, etc., it is structurally dense and has high strain energy and is advantageous as a constituent thereof.
고밀도 액체 연료 중 엑소-테트라하이드로디(사이클로펜타디엔) [exo-tetrahydrodi(cyclopentadiene), 이하에서는 exo-THDCP로 지칭되기도 함]을 원료로 하는 JP-10의 경우 구조적 특성으로 인해 높은 밀도와 에너지 함량 (0.94 g/ml, 150,000 BTU/gal)을 나타내며 현재 미국 해군 및 공군의 미사일의 연료로써 사용되고 있다. In the case of JP-10 made from exo-tetrahydrodi (cyclopentadiene) (hereinafter also referred to as exo-THDCP) among high-density liquid fuels, due to its structural characteristics, high density and energy content (0.94 g / ml, 150,000 BTU / gal) and is currently being used as fuel for US Navy and Air Force missiles.
최근 JP-10에 비하여 밀도 및 에너지 함량이 더욱 높은 연료의 개발에 관심이 증폭되고 있다. DCPD와 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene, 이하에서는 “CPD”라 지칭되기도 함)의 소중합 반응을 통해 생성되는 트리사이클로펜타디엔 (tricyclopentadiene, 이하에서는 “TCPD”라 지칭되기도 함)의 경우 고밀도 에너지 연료의 원료로 사용 가능성이 높다. DCPD로부터 생성된 TCPD는 2개의 이중 결합이 존재하며 이로 인해 반응성이 높아 연료로서 사용가능성을 높이기 위해 수소화 반응을 거쳐 안정화 시킨다. Interest in the development of fuel with higher density and energy content than that of JP-10 is recently increasing. In the case of tricyclopentadiene (hereinafter also referred to as " TCPD ") produced through the oligomerization of DCPD and cyclopentadiene (hereinafter also referred to as " CPD "), . The TCPD generated from DCPD has two double bonds, which are highly reactive and stabilize through hydrogenation to increase the possibility of use as a fuel.
하지만 이로 인해 생성된 테트라하이드로트리(사이클로펜타디엔) [tetrahydrotri(cyclopentadiene), 이하에서는 “THTCPD”로 지칭 함]의 경우 상온에서 고체이며 연료로서의 활용 가능성이 떨어진다. 엔도-테트라하이드로트리(사이클로펜타디엔)[endo-tetrahydrotri(cyclopentadiene), 이하에서는 “endo-THTCPD”로 지칭되기도 함]의 연료로서 사용 가능성을 높이기 위해서는 이성화 반응을 거쳐 엑소 이성질체로 전환시켜 주어야 한다. However, the resulting tetrahydrotri (cyclopentadiene) (hereinafter referred to as "THTCPD") is solid at room temperature and is unlikely to be used as a fuel. In order to increase the possibility of use as a fuel of endo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) (hereinafter also referred to as "endo-THTCPD"), it is necessary to convert it to an exo isomer via an isomerization reaction.
이성화 반응을 통해 생성된 엑소-테트라하이드로트리(사이클로펜타디엔)[exo-tetrahydrotri(cyclopentadiene), 이하에서는 “exo-THTCPD”로 지칭되기도 함]의 경우 JP-10보다 향상된 밀도 및 에너지 함량(1.04 g/ml, 160,000 BTU/gal)을 가져 고밀도 에너지 연료로 활용 가능성이 높다.In the case of exo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) (hereinafter also referred to as "exo-THTCPD") produced through the isomerization reaction, the density and energy content (1.04 g / ml, 160,000 BTU / gal), which is highly likely to be used as a high-density energy fuel.
Endo-THTCPD의 이성화는 Wagner-Meerwein 재배열을 통해 exo-THTCPD으로 전환된다. Endo-THTCPD의 경우 DCPD와 CPD의 소중합 과정 중 DCPD의 노르보닐기(norbonyl)와 CPD의 딜스-알더반응(Diels-Alder reaction)으로 생성되며 THTCPD의 주 성분이 된다. 이와 같이 생성된 THTCPD의 구조는 화학식 1과 같이 양 말단에 노르보닐기와 사이클로펜틸기(cyclopentyl)를 동시에 가지고 있으며 탄소 양이온 생성에 있어 노르보닐기가 유리하여 노르보닐기에서 생성되는 탄소 양이온에 의해 이성화 반응이 진행된다.
Isomerization of Endo-THTCPD is converted to exo-THTCPD via Wagner-Meerwein rearrangement. Endo-THTCPD is produced by the Diels-Alder reaction of norbonyl and CPD of DCPD during the dimerization of DCPD and CPD and is the main component of THTCPD. The structure of THTCPD thus produced has both a norbornyl group and a cyclopentyl group at both ends as shown in Formula (1), and a norbornyl group is advantageous in the production of carbon cations, and isomerized by a carbon cation generated in the norbornyl group .
[화학식 1][Chemical Formula 1]
현재까지 endo-THTCPD의 이성화 반응은 균질계 염화알루미늄(AlCl3) 촉매만이 이용되어 왔다. AlCl3 촉매는 위해성 물질로 환경에 악영향을 미치며 AlCl3 촉매를 이용하기 위해 사용되는 용매의 경우 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 등 클로라이드 계열의 용매를 사용하여 추가적인 문제를 야기 시킬 수 있다.Until now, the isomerization of endo-THTCPD has only been carried out using homogeneous aluminum chloride (AlCl 3 ) catalysts. AlCl 3 catalysts are harmful to the environment as a harmful substance. In the case of the solvent used for the AlCl 3 catalyst, a chloride-based solvent such as methylene chloride or ethylene chloride is used to cause additional problems .
또한 균질계 촉매로 작용하는 AlCl3의 경우 반응 후 별도의 분리 공정을 필요로 하기 때문에 공정의 경제성 또한 저감 시킨다. 따라서 상기 문제점을 극복하기 위한 endo-THTCPD의 이성화 반응에 적합한 불균질계 고체 촉매 개발이 필요하다.
In addition, AlCl 3 , which acts as a homogeneous catalyst, requires a separate separation step after the reaction, thus reducing the economical efficiency of the process. Therefore, it is necessary to develop a heterogeneous solid catalyst suitable for isomerization of endo-THTCPD to overcome the above problems.
본 발명의 목적은 제올라이트, 메조 기공 알루미나 실리케이트, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등의 불균질계 고체 산 촉매를 이용하여 endo-THTCPD를 이성화하여 exo-THTCPD를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing exo-THTCPD by isomerizing endo-THTCPD using a heterogeneous solid acid catalyst such as zeolite, mesoporous alumina silicate, or heteropolyacid of 12-tungstophosphate cesium salt.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 200℃∼300℃, 무용매 상에서 endo-THTCPD의 이성화 반응을 통해 exo-THTCPD를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 endo-THTCPD의 이성화 반응에 불균질계 고체 산 촉매 중 Y 제올라이트, 메조 기공 알루미노 실리케이트, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등의 촉매를 적용하여 exo-THTCPD의 제조 방법에 관한 것이다.
In order to accomplish the above object, the present invention relates to a method for producing exo-THTCPD through isomerization of endo-THTCPD on a solventless condition at 200 ° C to 300 ° C. The present invention also relates to a method for producing exo-THTCPD by applying a catalyst such as Y zeolite, mesoporous aluminosilicate, and cetarium salt of 12-tungstophosphate cesium salt in heterogeneous solid acid catalysts to the isomerization of the endo-THTCPD .
본 발명에서는 200℃∼300℃, 무용매 조건에서 endo-THTCPD를 exo-THTCP로 이성화시키는데 있어 Y제올라이트, 메조 기공 알루미노 실리케이트, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등의 촉매를 적용하여 exo-THTCPD를 제조함으로써, 기존의 균질계 AlCl3 촉매 및 용매 사용에 따른 문제점인 환경 유해적인 문제점을 해결하였고, 불균질계 촉매의 장점인 분리 공정의 불필요성을 바탕으로 공정 시설의 간소화 및 제조 시간 단축 효과와 같은 공정 개선을 기대 할 수 있다.
In the present invention, in the isomerization of endo-THTCPD with exo-THTCP at 200 ° C. to 300 ° C. under no solvent conditions, a catalyst such as Y zeolite, mesoporous aluminosilicate, heteropolyacid of cesium 12- , And solved the problem of environmentally harmful problem due to the use of the conventional homogeneous AlCl 3 catalyst and solvent. Also, it is possible to simplify the process facilities and shorten the manufacturing time by the necessity of the separation process, which is an advantage of the heterogeneous catalyst The same process improvement can be expected.
본 발명에 있어서 고온에서 endo-THTPD를 exo-THTCPD로 이성화하기 위한 반응 촉매로서 200℃∼300℃의 고온에서도 내열성이 있는 촉매, 구체적으로는 Y 제올라이트, 메조 기공 알루미나 실리케이트, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등을 사용한다. 상기 촉매는 다음과 같이 제조하였다. In the present invention, as a reaction catalyst for isomerizing endo-THTPD to exo-THTCPD at high temperature, a catalyst having heat resistance even at a high temperature of 200 to 300 DEG C, specifically Y zeolite, mesoporous alumina silicate, cesium 12- Heteropoly acid of salt or the like is used. The catalyst was prepared as follows.
본 발명의 제올라이트 촉매는 Zeolyst Internationl 사(USA)의Y 제올라이트를 사용하고, Y 제올라이트의Si/Al 몰비는 15, 30, 40 이며, 잔여 구조 형성 물질을 제거하기 위하여 550℃에서 6시간 소성하여 H form의 Y제올라이트(이하에서는 “HY 제올라이트”라고 지칭되기도 함)로 전환하여 사용하였다. Y zeolite of Zeolyst Internationl (USA) was used as the zeolite catalyst of the present invention, and the Si / Al molar ratio of Y zeolite was 15, 30, 40. In order to remove the residual structure forming material, (hereinafter also referred to as " HY zeolite ").
본 발명에 사용된 메조 기공 알루미나 실리케이트 중 Al-MCM-41 촉매는 졸-겔 방법을 이용하여 제조하였다. Al-MCM-41 촉매의 경우 실리콘 전구체로 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, 이하에서는 “TEOS”라 지칭되기도 함), 알루미늄 전구체로 황산알루미늄(aluminum sulfate)을 사용하였으며 구조 형성 물질로는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethyl ammoniumbromide, 이하에서는 “CTAB”라 지칭되기도 함)를, 침전제로서 암모니아 수용액을 사용하였다. Al-MCM-41의 제조는 CTAB 수용액에 알루미늄 전구체 수용액을 완전히 혼합한 후 제조하고자 하는 Si/Al 비율의 실리콘 전구체를 혼합하여 1시간 교반 시킨 후, 암모니아 수용액을 이용하여 pH를 10.5로 맞추고 추가적으로 1시간 동안 교반시켰다. 이후 생성된 침전물을 증류수를 이용하여 세척 및 여과 시키고 70℃에서 12시간 건조 한 다음, 분쇄 후 공기 분위기에서 550℃에서 6시간 동안 소성하여 촉매를 얻는다. The Al-MCM-41 catalyst among the mesoporous alumina silicates used in the present invention was prepared using the sol-gel method. In the case of the Al-MCM-41 catalyst, tetraethyl orthosilicate (hereinafter also referred to as "TEOS") was used as the silicon precursor and aluminum sulfate was used as the aluminum precursor. As the structure forming material, cetyltrimethylammonium Cetyltrimethyl ammonium bromide (hereinafter, also referred to as " CTAB ") and an aqueous ammonia solution as a precipitant. For the preparation of Al-MCM-41, the aluminum precursor aqueous solution was thoroughly mixed with the CTAB aqueous solution, and the silicon precursor of Si / Al ratio to be prepared was mixed and stirred for 1 hour. Then, the pH was adjusted to 10.5 using an aqueous ammonia solution, Lt; / RTI > The resulting precipitate is washed and filtered using distilled water, dried at 70 ° C for 12 hours, pulverized and calcined at 550 ° C for 6 hours in an air atmosphere to obtain a catalyst.
본 발명에서 사용된 메조 기공의 알루미나 실리케이트 중 Al-SBA-15 촉매는 post grafting 방법을 이용하여 제조하였다. The Al-SBA-15 catalyst among the mesoporous alumina silicates used in the present invention was prepared by post grafting.
SBA-15 제조는 실리콘 전구체로 TEOS를 사용하였고, 구조 형성물질로 Pluronic P123 [poly(ethyleneglycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly (ethylene glycol)]을 이용하였다. SBA-15 was prepared by using TEOS as a silicon precursor and using Pluronic P123 (poly (ethyleneglycol) -block-poly (ethylene glycol) -block-poly (ethylene glycol)] as a structure forming material.
SBA-15의 제조는 먼저 구조 형성물질인 Pluronic P123을 염산 수용액에 완전히 녹인 수용액에 TEOS를 첨가하여 35℃에서 20시간 동안 교반시킨 후 80℃에서 24시간 동안 정치시킨다. 이후 침전물을 물과 에탄올을 이용하여 세척 및 여과하고 110℃에서 12시간 건조 한 다음, 분쇄 후 공기 분위기하 550℃에서 6시간 동안 소성하였다. 이후 제조된 분말을 무수 헥산에 분산 시킨 후 제조하고자 하는 Si/Al 값에 맞는 알루미늄 아이소프로포사이드(aluminum isopropoxide)를 투입하여 24시간 교반 시킨 후 헥산을 이용하여 세척 및 여과 후 100℃에서 건조 후 공기 분위기에서 550℃에서 6시간 동안 소성하여 촉매를 얻는다. SBA-15 is prepared by first adding TEOS to an aqueous solution of Pluronic P123, which is a structure-forming material, completely dissolved in an aqueous hydrochloric acid solution, stirring at 35 DEG C for 20 hours, and then standing at 80 DEG C for 24 hours. Then, the precipitate was washed with water and ethanol, filtered, dried at 110 ° C for 12 hours, pulverized and then calcined at 550 ° C for 6 hours in an air atmosphere. The resulting powder was dispersed in anhydrous hexane, and then aluminum isopropoxide was added thereto. The aluminum isopropoxide was added to the Si / Al solution for 24 hours. The resulting mixture was washed with hexane, filtered and dried at 100 ° C. Lt; RTI ID = 0.0 > 550 C < / RTI > for 6 hours to obtain a catalyst.
12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산은 이온 교환 방법을 통해 제조하였다. 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산을 증류수에 용해시키고, 세슘염, 예를 들면 질산세슘(CsNO3) 수용액을 혼합하여 교반 시킨 후 하룻밤 정치시킨 후 얻은 현탁액을 회전 증발기(rotary evaporator)에서 건조 시킨 후 300℃에서 2시간 소성하여 촉매를 얻는다.
The heteropoly acid of the cesium salt of 12-tungstophosphate was prepared by ion exchange method. The heteropolyacid of 12-tungstophosphate cesium salt is dissolved in distilled water, and a cesium salt such as cesium nitrate (CsNO 3 ) aqueous solution is mixed and stirred. The solution is allowed to stand overnight. The resulting suspension is dried on a rotary evaporator Followed by calcining at 300 DEG C for 2 hours to obtain a catalyst.
이하에서는 상기 촉매들을 사용하여 endo-THTCPD의 이성화 반응을 통해 exo-THTCPD를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for producing exo-THTCPD through the isomerization reaction of endo-THTCPD using the catalysts will be described in detail.
본 발명에 있어서 고온에서 endo-THTCPD를 exo-THTCPD로 이성화하기 위한 이성화 반응 촉매로서는 상기 제조된 HY 제올라이트, Al-MCM-41, Al-SBA-15, 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 등을 사용한다.As the isomerization catalyst for isomerization of endo-THTCPD to exo-THTCPD at high temperature in the present invention, heteropolyacids such as HY zeolite, Al-MCM-41, Al-SBA-15 and 12- do.
본 발명에 있어서 고온 이성화 반응 설비는 예를 들면 압력계, 온도계, 가열히터 및 응축조 등이 갖추어진 회분식 반응기로 구성된다.In the present invention, the high-temperature isomerization reactor is composed of a batch reactor equipped with, for example, a pressure gauge, a thermometer, a heating heater, and a condensing tank.
본 발명에 사용될 수 있는 상기 예시적인 회분식 반응기에 있어서, 상기 이성화 반응 촉매를 충진하고 반응물인 endo-THTCPD를 투입한 후 공기와의 접촉을 막기 위하여 반응기를 완전히 실링 후 질소를 이용하여 반응기 내부 잔여 공기를 제거하고 반응 실험을 진행하였다.
In the exemplary batch reactor that can be used in the present invention, the isomerization reaction catalyst is charged and endo-THTCPD, which is a reactant, is added, and then the reactor is completely sealed to prevent contact with air. And the reaction experiment was carried out.
이하 본 발명에 따른 비교예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to comparative examples and examples according to the present invention. However, the present invention is not limited by these examples.
비교예 1은 100 ml 용량의 회분식 반응기에 반응물 endo-THTCPD 15g, 용매로서 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane) 30g, 균일계 촉매로서 염화 알루미늄(AlCl3) 0.75g을 투입한 후 반응기의 온도를 25oC로 선정한 후 6시간 동안 반응을 진행하였다.In Comparative Example 1, 15 g of the reaction product endo-THTCPD, 30 g of 1,2-dichloroethane as a solvent and 0.75 g of aluminum chloride (AlCl 3 ) as a homogeneous catalyst were fed into a 100 ml batch reactor The temperature of the reactor was selected at 25 ° C and the reaction was carried out for 6 hours.
실시예 1 내지 4는 100 ml 용량의 회분식 반응기에 HY 제올라이트 촉매 5.4 g을 충진하고 반응물인 endo-THTCPD를 27g 투입한 후 반응기의 온도를 각각 200℃, 250℃, 275℃, 300℃로 승온 시킨 후 각각 6시간 동안 반응 실험을 진행하였다. In Examples 1 to 4, 5.4 g of HY zeolite catalyst was charged into a batch reactor of 100 ml capacity, 27 g of endo-THTCPD as a reaction product was charged, and the temperature of the reactor was raised to 200 ° C., 250 ° C., 275 ° C. and 300 ° C., respectively And the reaction was carried out for 6 hours each.
또 다른 실시예 5는, 100 ml 용량의 회분식 반응기에 Al-MCM-41 촉매 5.4 g을 충진하고 반응물인 endo-THTCPD를 27g 투입한 후 반응기의 온도를 275℃로 승온 후 6시간 동안 반응 실험을 진행하였다. In another Example 5, 5.4 g of Al-MCM-41 catalyst was charged in a 100 ml batch reactor and 27 g of endo-THTCPD as a reactant was charged. After the temperature of the reactor was raised to 275 ° C, .
또 다른 실시예 6은, 100 ml 용량의 회분식 반응기에 Al-SBA-15 촉매 5.4 g을 충진하고 반응물인 endo-THTCPD를 27g 투입한 후 반응기의 온도를 275℃로 승온 후 6시간 동안 반응 실험을 진행하였다. In another Example 6, 5.4 g of Al-SBA-15 catalyst was charged in a 100 ml batch reactor and 27 g of endo-THTCPD as a reactant was charged. After the temperature of the reactor was raised to 275 ° C, .
또 다른 실시예 7은, 100 ml 용량의 회분식 반응기에 12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산 촉매 5.4 g을 충진하고 반응물인 endo-THTCPD를 27g 투입한 후 반응기의 온도를 275℃로 승온 후 6시간 동안 반응 실험을 진행하였다. In another example 7, 5.4 g of a heteropolyacid catalyst of 12-tungstophosphate cesium salt was charged in a 100 ml batch reactor and 27 g of endo-THTCPD as a reactant was charged. After the temperature of the reactor was raised to 275 캜, Reaction experiments were carried out.
각 반응 이후 불꽃 이온화 검출기 (flame ionization detector, FID)가 장착된 기체 크로마토그래피를 이용하여 얻어진 생성물에 대한 정량 분석을 실시하였다. 분석 결과를 표 1에 나타내었다.
After each reaction, quantitative analysis of the product obtained by gas chromatography equipped with flame ionization detector (FID) was performed. The results of the analysis are shown in Table 1.
온도
(oC)reaction
Temperature
( o C)
시간
(hr)reaction
time
(hr)
(중량%)exo-THTCPD yield
(weight%)
사용repeat
use
용이성work
Ease
유해성anatomy
Hazard
①반응시 부식성의 점성물질형성
②Chloride계 용매 사용필요Bad
① Formation of corrosive viscous material during reaction
②Chloride type solvent use is necessary
(LD50=38mg/kg)greatness
(LD 50 = 38 mg / kg)
(2회 이상 재사용 가능)possible
(Can be reused more than 2 times)
①반응시 입자형태 변화없음
②용매사용 불필요Good
① No particle shape change during reaction
② No solvent required
(LD50= 자료없음)Very low
(LD 50 = no data available)
주) HY: HY 제올라이트Note) HY: HY zeolite
Al-MCM-41: 자체 제조Al-MCM-41: Self-manufactured
Al-SBA-15: 자체 제조Al-SBA-15: self-made
CsHPA: Cs2 .5H0 .5PW12O40 (12-텅스토인산 세슘염의 헤테로폴리산): 자체 제조
CsHPA: Cs 2 .5 H 0 .5 PW 12 O 40 (12- tungstophosphoric acid cesium salt of heteropoly acid): Production itself
상기 표 1의 이성화 반응 생성물에 있어서, exo-THTCPD 수율은 exo-THTCPD의 생성량을 exo-THTCPD를 비롯한 다른 물질로 전환되는 총량에 대한 중량 백분율로 표시한 것이다. 또한, 상기 표 1에는 기재되어 있지 않지만 본 발명에서 endo-THTCPD 전환율은 endo-THTCPD가 exo-THTPD를 비롯한 다른 물질로 전환되는 총량을 endo-THTCPD의 중량에 대한 중량 백분율로 계산할 수 있다.In the isomerization reaction product of Table 1, the yield of exo-THTCPD is expressed as the weight percentage of the total amount of exo-THTCPD converted to other substances including exo-THTCPD. Although not shown in Table 1 above, the endo-THTCPD conversion rate in the present invention can be calculated as the weight percentage of endo-THTCPD in terms of the total amount of conversion of endo-THTCPD to other substances including exo-THTPD.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 endo-THTCPD를 이성화 반응을 통하여 exo-THTCPD로 전환하는데 있어 반응수율은 기존의 AlCl3 촉매에 비해 75%로 낮지만 재사용성, 작업용이성, 인체 유해성 면에서 유리한 불균질계 고체 산 촉매의 이성화 반응 적용가능성을 확인할 수 있다. 또한 이를 바탕으로 반응 조건을 탐색하여 불균질계 고체 산 촉매를 이용한 endo-THTCPD의 이성화 반응으로 exo-THTCPD 제조에 적합한 반응 조건을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, in the present invention, the reaction yield of converting endo-THTCPD to exo-THTCPD through isomerization reaction is as follows: AlCl 3 It is possible to confirm the applicability of heterogeneous solid acid catalyst isomerization which is advantageous in terms of reusability, ease of operation and harmfulness to human body although it is 75% lower than that of the catalyst. Based on these results, it is possible to identify reaction conditions suitable for the preparation of exo-THTCPD by the isomerization reaction of endo-THTCPD using a heterogeneous solid acid catalyst.
본 발명은 불균질계 고체 산 촉매를 사용하여 endo-THTCPD의 이성화 반응을 통해 endo-THTCPD의 이성질체인 exo-THTCPD를 제조함으로써, 종래 균질계 촉매의 환경적 문제점 개선 및 균질계 촉매 사용시 필요로 하는 분리 공정 등의 불필요성을 통해 공정 개선에 이용할 수 있다. The present invention is based on the discovery that the exo-THTCPD isomer of endo-THTCPD can be prepared by isomerization of endo-THTCPD using a heterogeneous solid acid catalyst to improve environmental problems of conventional homogeneous catalysts And can be used for process improvement by the necessity of separation process and the like.
Claims (9)
Exo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) isomerization reaction was carried out by isomerization of endo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) using Al-SBA-15 as a heterogeneous solid acid catalyst as an isomerization catalyst. Tri (cyclopentadiene).
The process for preparing exo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) according to claim 1, wherein the amount of the isomerization catalyst is 20 wt% based on the total weight of the reaction product.
The process according to claim 1, wherein the isomerization reaction is carried out in a batch reactor.
The process according to claim 1, wherein the isomerization reaction is carried out at a reaction temperature of 200 to 300 ° C.
The process according to claim 1, wherein the isomerization reaction has a reaction time of 6 hours.
7. An exo-tetrahydrotri (cyclopentadiene) composition prepared by the process according to any one of claims 1 to 6.
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