KR101721960B1 - manufacturing method of decyl glucoside using zeolite catalyst - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing decyl glucoside by using a zeolite catalyst. More specifically, the present invention relates to a method for producing decyl glucoside, wherein the method improves the yield of glucoside and simultaneously selectively adjusts the yield of a specific product by using a zeolite catalyst. The method of the present invention comprises: a feeding step of feeding 200 to 3000 parts by weight of decanol on the basis of 100 parts by weight of glucose; and a reacting step of generating decyl glucopyranoside and decyl glucofuranoside by reacting glucose and the decanol under a zeolite catalyst.

Description

제올라이트 촉매를 이용한 데실 글루코시드의 제조방법{manufacturing method of decyl glucoside using zeolite catalyst}[0001] The present invention relates to a method for preparing decyl glucoside using a zeolite catalyst,

본 발명은 제올라이트 촉매를 이용한 데실 글루코시드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제올라이트 촉매를 이용하여 데실 글루코시드의 수율을 향상시킴과 동시에 특정 생성물의 수율을 선택적으로 조절할 수 있는 데실글루코시드의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing decyl glucoside using a zeolite catalyst, and more particularly, to a method for producing decyl glucoside using a zeolite catalyst, which can improve the yield of decyl glucoside and selectively control the yield of a specific product And a manufacturing method thereof.

계면이란 기체와 액체, 액체와 액체, 액체와 고체가 서로 맞닿은 경계면을 말한다. 계면활성제는 이런 계면의 경계를 완화시키는 역할을 한다. 계면활성제는 액체의 표면에 흡착되어 계면의 활성을 증진시키고 액체의 성질을 현저하게 변화시키는 물질이다. 특히 표면장력을 낮추면서 세정력, 분산력, 유화력, 가용력, 살균력 등이 뛰어나 가정용 세제를 비롯하여 산업 분야에 널리 사용되고 있다. An interface is the interface between gas and liquid, liquid and liquid, liquid and solid. Surfactants play a role in alleviating the boundaries of these interfaces. Surfactants are substances adsorbed on the surface of a liquid to enhance the activity of the interface and significantly change the properties of the liquid. Particularly, it has excellent detergency, dispersing ability, emulsifying power, solubilizing power and sterilizing power while lowering the surface tension, and is widely used in industrial fields including household detergents.

계면활성제는 세제 원료 외에도 식품과, 화장품의 유화제, 보습제로도 많이 사용되고 있다. 계면활성제는 하나의 분자 내에 친수성과 친유성을 가진 화학적 구조를 지니고 있다. 계면활성제는 화학구조를 약간만 변형시켜도 특성이 크게 달라져 종류가 다양하다. 대체로 계면활성제는 물에서 해리되었을 때 친수성 부분의 전하에 따라 음이온성, 양이온성, 양쪽성, 비이온성, 특수 계면활성제로 분류되어 진다.Surfactants are widely used as foods, emulsifiers for cosmetics, and moisturizers in addition to detergent raw materials. Surfactants have a chemical structure that is hydrophilic and lipophilic in one molecule. Surfactants vary in their chemical properties even though they are slightly modified. In general, surfactants are classified as anionic, cationic, amphoteric, nonionic, and special surfactants depending on the charge of the hydrophilic moiety when dissociated from water.

계면활성제의 일부는 생분해성이 낮아 환경을 오염시키고, 인체에 대해서도 높은 자극성을 나타내기 때문에, 수요량이 증가함에 따라 이러한 문제점이 크게 대두되고 있다. 따라서, 계면활성제의 분야에서는 환경 및 인체에 대한 자극성이 매우 적고 안전한 계면활성제의 개발에 많은 노력을 투자하고 있으며, 특히 자연계에 많이 존재하는 포도당을 이용한 계면활성제, 그 중에서도 포도당과 고급 지방 알콜을 이용하여 제조된 고급 알킬 폴리글루코시드가 계면활성제로서 주목을 받고 있다.Some of the surfactants pollute the environment due to low biodegradability and exhibit high irritation to the human body. Therefore, such a problem is increasing as the demand increases. Therefore, in the field of surfactants, much efforts have been made to develop a surfactant which is very less irritating to the environment and human body, and in particular, a surfactant using glucose, which exists in the natural world, among which glucose and higher fatty alcohols The high-alkylpolyglucoside prepared by the above process has attracted attention as a surfactant.

천연계 고급 알킬 폴리글루코시드는 생분해성이 매우 좋으며, 또한 다른 비이온 계면활성제보다 기포력 및 세척력이 좋고, 특히 피부 및 눈에 대한 자극이 현저히 낮기 때문에 인체와의 접촉이 많은 전신용 세제, 유아용 제품, 샴푸, 주방용 제품, 화장품 등에서 기존의 계면활성제를 대용하여 이용할 수 있다.Natural high-grade alkylpolyglucosides are very good biodegradable, and have better bubble power and detergency than other non-ionic surfactants. Especially, since they are remarkably low in irritation to the skin and eyes, they can be used for body wounds, , Kitchen products, cosmetics, etc., can be used instead of the existing surfactants.

데실 글루코사이드는 알킬 폴리 글루코사이드의 일종으로 사탕수수, 옥수수, 코코넛, 팜커넬 오일에서 유래되는 당 성분의 식물성 비이온 계면활성제로 코나파라고도 불리는 성분이다. 데실 글루코사이드는 피부에 자극이 없어 화장품이나 샴푸 제조에 필요한 계면활성제나 세정제 등의 원료로 사용된다. Decyl glucoside is an alkylpolyglucoside, a sugar-free vegetable non-ionic surfactant derived from sugarcane, corn, coconut, and palm kernel oil. Decyl glucoside is used as a raw material for surfactants and detergents necessary for the production of cosmetics and shampoos because it has no skin irritation.

알킬 폴리글루코시드는 글루코스를 황산이나 염산과 같은 산 촉매의 존재하에서 메틸알콜 또는 에틸알콜 등의 저급 알콜과 반응시키는 피셔(Fisher) 제법으로 제조할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 이 제법은 계면활성제로의 성능을 갖는 고급 알콜의 경우에는 적용할 수 없는 단점이 있다.The alkylpolyglucoside is known to be prepared by the Fisher method in which glucose is reacted with a lower alcohol such as methyl alcohol or ethyl alcohol in the presence of an acid catalyst such as sulfuric acid or hydrochloric acid, But it can not be applied to the case of a higher alcohol having a higher alcohol content.

또한, 퀘니히-크노르(Koenigs-Knorr)의 제법을 이용하여 글루코스의 히드록실기를 아세틸화한 후 알파(α) 탄소 위치에 브롬화하고, 루이스 산(Lewis acid) 촉매의 존재하에서 고급 알콜과 반응시켜 헥실, 옥틸, 데실, 도데실 글루코시드를 제조하는 방법을 놀러와 록크웰(Noller 와 Rockwell)이 미국 화학 협회지(J. Am. Chem. Soc., 96, 2076, 1938)에 발표하였다.It is also possible to acetylate the hydroxyl group of glucose using bromination of Koenigs-Knorr and then brominate to the alpha carbon position and react with higher alcohols in the presence of a Lewis acid catalyst (Noller and Rockwell) published in the Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc., 96, 2076, 1938), a method for producing hexyl, octyl, decyl and dodecyl glucoside.

이 방법은 최초로 글루코시드를 제조하는 방법을 제공하였으나, 많은 제조과정 단계를 거치고 고가의 시약을 사용하는 단점 때문에 공업적으로 이용하기 어렵다. 1971년 바크(Baak W.) 등은 황산 촉매의 존재하에서 부틸 알콜을 이용하여 먼저 저급 알킬 폴리글루코시드를 제조하고, 여기에 고급알콜을 가한 후 교환 글루코실화하여 고급 알킬 폴리글루코시드를 제조하는 방법을 발표하였고, 이와 유사한 방법으로서 1972년 미국 특허 제 3,707,535 호에서는 메톡시 에틸 알콜, 에톡시 에틸 알콜, 에톡시 프로판올, 부톡시 에탄올 등을 사용한 교환 글루코실화(trans-glucosidation) 제법을 발표하였으나, 이들 제법은 반응 용매 겸 반응 중간체를 형성하는 저급 알콜의 생성량이 많고 부산물 생성률이 높아 이를 분리, 정제하는 공정이 필요하다. 한편, 반응에 사용된 촉매를 포함한 잔류 폐수는 산성을 띄고 있어 이를 중화시키는 공정도 필요하기 때문에 공정이 복잡하고 효율이 떨어지는 문제점이 있다. Although this method provides the first method for producing glucoside, it is difficult to industrially use it because of the disadvantage of using expensive reagents through a lot of manufacturing steps. Baak, W., et al., 1971, discloses a method for preparing a lower alkylpolyglucoside by first using butyl alcohol in the presence of a sulfuric acid catalyst, adding a higher alcohol thereto and then exchanging glucosylation to produce a higher alkylpolyglucoside And a similar method has been disclosed in US Pat. No. 3,707,535 in 1972 by the method of trans-glucosidation using methoxyethyl alcohol, ethoxyethyl alcohol, ethoxypropanol, butoxyethanol, etc., The production method requires a step of separating and purifying the low-alcohol forming the reaction solvent-reactive intermediate and the reaction product-producing ratio. On the other hand, since the residual wastewater containing the catalyst used in the reaction is acidic and requires a process for neutralizing the same, the process is complicated and the efficiency is low.

대한민국 등록특허 제 10-0179519호에는 고순도 고급 알킬 폴리글리코시드의 제조방법이 개시되어 있다. Korean Patent No. 10-0179519 discloses a process for producing a high purity high alkyl polyglycoside.

상기 특허는 글루코스를 인산, 옥살산, 술포석신산, 파라톨루엔 술폰산 등의 유기산 촉매의 존재하에 고급 지방 알콜과 반응시키고, 산 촉매를 중화 흡착제로 중화 흡착시켜 제거하고, 산소계 탈색제를 사용하여 탈색시킨 다음, 미분해된 탈색제를 열 교환기를 사용하여 고온에서 분해시켜서 고급 알킬폴리글루코시드를 제조한다. The patent discloses that glucose is reacted with a higher fatty alcohol in the presence of an organic acid catalyst such as phosphoric acid, oxalic acid, sulfosuccinic acid, paratoluenesulfonic acid and the like, neutralized and adsorbed with a neutralized adsorbent to remove the acid catalyst and decolorized using an oxygen- , The undegraded decolorizing agent is decomposed at a high temperature using a heat exchanger to produce a high alkylpolyglucoside.

대한민국 등록특허 제10-0179519호: 고순도 고급 알킬 폴리글리코시드의 제조방법Korean Patent No. 10-0179519: Method for producing high purity high alkyl polyglycoside

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 종래에 촉매로 사용하던 황산이나 염산, 유기산 대신에 제올라이트를 이용하여 반응시킴으로써 반응 후 촉매를 분리하기 쉽고 중화 처리공정이 필요 없으며 촉매의 재사용이 가능한 데실 글루코시드의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of separating a catalyst after reaction by using zeolite instead of sulfuric acid, hydrochloric acid or organic acid conventionally used as a catalyst, The present invention provides a method for producing decyl glucoside.

또한, 본 발명은 데실 글루코시드의 수율을 향상시킴과 동시에 제올라이트의 종류에 의해 특정 생성물의 수율을 선택적으로 조절할 수 있는 데실 글루코시드의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a method for producing decyl glucoside which can improve the yield of decyl glucoside and selectively control the yield of a specific product by the kind of zeolite.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제올라이트 촉매를 이용한 데실 글루코시드의 제조방법은 글루코스(glucose) 100중량부에 대하여 데칸올(decanol) 200 내지 3000중량부를 반응기에 투입하는 투입단계와; 상기 글루코스와 상기 데칸올을 제올라이트 촉매하에서 반응시켜 데실 글루코피라노시드(decyl glucopyranoside) 및 데실 글루코푸라노시드(decyl glucofuranoside)를 생성시키는 반응단계;를 포함한다.In order to accomplish the above object, there is provided a method for preparing decyl glucoside using the zeolite catalyst according to the present invention, comprising: feeding 200 to 3000 parts by weight of decanol to 100 parts by weight of glucose into a reactor; And a reaction step of reacting the glucose and the decanol under a zeolite catalyst to produce decyl glucopyranoside and decyl glucofuranoside.

상기 반응단계는 a)상기 글루코스와 상기 데칸올이 투입된 상기 반응기 내부의 공기를 제거하기 위하여 상기 반응기 내부로 질소를 주입하여 충전하는 단계와, b)상기 질소 충전 후 상기 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 500rpm으로 1차 교반하는 단계와, c)상기 1차 교반 후 상기 반응기에 아세트산을 주입한 후 30분 동안 500rpm으로 2차 교반하는 단계와, d)상기 2차 교반 후 상기 반응기에 제올라이트 촉매를 주입한 다음 상기 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 1시간 동안 500rpm으로 3차 교반하는 단계와, e)상기 3차 교반 후 상기 반응기의 내부 온도를 130℃로 승온시킨 후 5시간 동안 500rpm으로 4차 교반하는 단계로 이루어진다. Wherein the reaction step comprises the steps of: a) injecting nitrogen into the reactor to remove air from the reactor into which the glucose and the decanol have been charged, and b) charging the internal temperature of the reactor to 80 ° C C) stirring the mixture at 500 rpm for 30 minutes after acetic acid is injected into the reactor after the primary stirring, and d) stirring the mixture in the reactor after the secondary stirring, Zeolite catalyst is injected into the reactor, and then the internal temperature of the reactor is maintained at 80 ° C, followed by 3 rd stirring at 500 rpm for 1 hour. E) After the third stirring, the internal temperature of the reactor is raised to 130 ° C, And stirring the mixture at 500 rpm for 4 hours.

상기 제올라이트 촉매는 H-MOR, H-MFI, H-FAU, H-BEA 중에서 선택된 어느 하나이다.The zeolite catalyst is any one selected from H-MOR, H-MFI, H-FAU and H-BEA.

상기 데실 글루코피라노시드의 선택성을 높이기 위해서 상기 제올라이트 촉매로 H-MFI와 H-FAU 중 어느 하나를 사용하고, 상기 데실 글루코푸라노시드의 선택성을 높이기 위해서 상기 제올라이트 촉매로 H-MOR와 H-BEA 중 어느 하나를 사용한다.To increase the selectivity of the desilyl glucopyranoside, any one of H-MFI and H-FAU was used as the zeolite catalyst, and H-MOR and H-FAO were used as the zeolite catalyst in order to increase the selectivity of the desilyl glucopyranoside. BEA is used.

상기 H-MFI는 Si/Al 몰비가 25이고, 상기 H-FAU는 Si/Al 몰비가 3이고, 상기 H-MOR는 Si/Al 몰비가 10이고, 상기 H-BEA는 Si/Al 몰비가 13이다. Wherein the H-MFI has a Si / Al molar ratio of 25, the H-FAU has a Si / Al molar ratio of 3, the H-MOR has a Si / Al molar ratio of 10, to be.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 종래에 촉매로 사용하던 황산이나 염산, 유기산 대신에 제올라이트를 사용함으로써 반응 후 촉매를 분리하기 쉽고 중화 처리 공정도 필요치 않아 제조공정이 매우 단순한 장점이 있다. 또한, 분리 회수한 촉매는 550℃에서 5시간 가량 소성하면 촉매의 성능이 회복되어 재사용할 수 있으므로 경제적으로도 매우 유용하다. As described above, according to the present invention, since zeolite is used instead of sulfuric acid, hydrochloric acid or organic acid conventionally used as a catalyst, it is easy to separate the catalyst after the reaction and a neutralization treatment step is not necessary. Further, when the separated and recovered catalyst is calcined at 550 DEG C for about 5 hours, the catalyst performance can be recovered and reused, which is economically advantageous.

그리고 본 발명은 제올라이트를 촉매로 사용하여 반응시킴으로써 데실 글루코시드의 수율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 제올라이트의 종류를 조절함으로써 반응생성물인 데실 글루코피라노시드 및 데실 글루코푸라노시드 중 어느 하나의 수율을 선택적으로 조절할 수 있다. The present invention can greatly improve the yield of decyl glucoside by reacting zeolite with a catalyst. In addition, the yield of any one of decyl glucopyranoside and decyl glucopuronoside, which are reaction products, can be selectively controlled by controlling the kind of zeolite.

도 1은 MOR(10), MFI(25), FAU(3), BEA(13) 촉매의 X선 회절 패턴을 나타내는 그래프이고,
도 2는 MOR(10), 도 3은 MFI(25), 도 4는 FAU(3), 도 5는 BEA(13) 촉매의 SEM 사진이고,
도 6은 MOR(10), MFI(25), FAU(3), BEA(13) 촉매의 질소 흡착등온선을 나타내는 그래프이고,
도 7은 H-MOR(10),H- MFI(25), H-FAU(3), H-BEA(13) 촉매의 NH3-TPD 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 8은 H-MFI(25), H-MFI(50), H-MFI(75), H-MFI(350) 촉매의 NH3-TPD 곡선을 나타내는 그래프이고,
도 9는 촉매의 주입량에 따른 글루코스의 전환율 변화를 조사하기 위하여 촉매/글루코스 중량비에 대한 전환율을 나타낸 그래프이고,
도 10은 H-MOR(10), H-MFI(25), H-FAU(3), H-BEA(13) 촉매에서 글루코스의 전환율을 나타낸 그래프이고,
도 11은 데실 글루코피라노시드와 노닐페놀의 표면장력과 접촉각을 나타낸 그래프이고,
도 12는 17β-estradiol, nonylphenol, 그리고 데실 글루코피라노시드에 대해 에스트로젠 MCF-7 cell의 증식을 비교하여 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of MOR (10), MFI (25), FAU (3) and BEA (13)
FIG. 2 is a SEM image of the MOR 10, FIG. 3 is the MFI 25, FIG. 4 is the FAU 3, and FIG.
6 is a graph showing nitrogen adsorption isotherms of MOR (10), MFI (25), FAU (3) and BEA (13)
7 is a graph showing NH 3 -TPD curves of H-MOR (10), H-MFI (25), H-FAU (3) and H-
8 is a graph showing NH 3 -TPD curves of H-MFI 25, H-MFI 50, H-MFI 75 and H-MFI 350 catalysts,
9 is a graph showing conversion ratios with respect to the weight ratio of catalyst / glucose in order to investigate the change in the conversion rate of glucose according to the injection amount of the catalyst,
10 is a graph showing the conversion of glucose in H-MOR (10), H-MFI (25), H-FAU (3) and H-BEA (13)
11 is a graph showing the surface tension and contact angle of decyl glucopyranoside and nonylphenol,
12 is a graph comparing the proliferation of estrogen MCF-7 cells against 17? -Estradiol, nonylphenol, and decyl glucopyranoside.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제올라이트 촉매를 이용한 데실 글루코시드의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for preparing decyl glucoside using a zeolite catalyst according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명은 글루코스(glucose)와 알코올(alcohol)을 반응시켜 하기 화학식1 또는 화학기 2의 알킬 글루코시드를 생성시킨다. 화학식 1 및 2에서 'R'은 알킬기(CnH2n+1, n=6~12)를 의미한다. The present invention relates to a process for producing an alkyl glucoside of Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 by reacting glucose with an alcohol. In the formulas (1) and (2), 'R' means an alkyl group (C n H 2n + 1 , n = 6 to 12).

Figure 112016087048974-pat00001
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Figure 112016087048974-pat00002
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글루코스는 탄소 6개를 가지며 알데하이드기를 가지는 단당류로서, 포도당(D-글루코스)을 이용할 수 있다. Glucose is a monosaccharide having six carbon atoms and having an aldehyde group, and glucose (D-glucose) can be used.

알코올로 탄소수가 6 내지 12인 고급 알코올을 이용할 수 있다. 가령, 헥산올(hexanol), 헵탄올(heptanol), 옥탄올(octanol), 노난올(nonano), 데칸올(decanol), 운데칸올(undecanol), 도데칸올(dodecanol)을 포함한다. 탄소수가 6 미만이거나 탄소수가 12를 초과하면 제조된 알킬 글루코시드의 점성, 밀도 등 계면활성제가 갖추어야 할 물리화학적 특성을 만족하기 어려워 계면활성제의 기능을 하지 못한다. As the alcohol, a higher alcohol having 6 to 12 carbon atoms can be used. For example, hexanol, heptanol, octanol, nonano, decanol, undecanol, dodecanol, and the like. When the carbon number is less than 6 or the carbon number exceeds 12, the surfactant does not function as a surfactant since it is difficult to satisfy physical and chemical properties required of the surfactant such as viscosity and density of the produced alkyl glucoside.

알코올은 글루코스 중량의 2 내지 30배를 사용할 수 있다. The alcohol may be used at 2 to 30 times the weight of the glucose.

알킬 글루코시드는 비이온성 계면활성제의 일종으로서, 생분해성이 매우 좋으며, 기포력 및 세척력이 좋고, 인체에 대한 자극이 낮기 때문에 인체와의 접촉이 많은 전신용 세제, 유아용 제품, 샴푸, 주방용 제품, 화장품 등에서 다양하게 사용되고 있다. Alkyl glucoside is a kind of nonionic surfactant. It has excellent biodegradability, good bubble power and detergency, and low stimulus to human body. Therefore, alkyl glucoside can be used as a detergent for western line, a product for children, a shampoo, And is widely used.

글루코스와 알코올의 반응에 의해 생성되는 알킬 글루코시드는 알코올의 종류에 따라 알킬기가 다르다. 특히, 알코올로 데칸올(decanol)을 이용하는 경우 데실 글루코시드(decyl glucoside)가 생성된다. 데실 글루코사이드는 피부에 자극이 없어 화장품이나 샴푸 제조에 필요한 계면활성제나 세정제 등의 원료로 사용된다. The alkyl glucoside produced by the reaction of glucose and alcohol has different alkyl groups depending on the kind of alcohol. In particular, when decyl alcohol is used, decyl glucoside is produced. Decyl glucoside is used as a raw material for surfactants and detergents necessary for the production of cosmetics and shampoos because it has no skin irritation.

본 발명에서 생성되는 데실 글루코시드는 당성분이 피라노오스형을 이루는 데실 글루코피라노시드(decyl glucopyranoside)와 당성분이 푸라노오스형을 이류는 데실 글루코푸라노시드(decyl glucofuranoside)이다.The decyl glucoside produced in the present invention is decyl glucopyranoside whose sugar component is pyranose type and decyl glucofuranoside whose sugar component is furanose type.

D-글루코스와 데칸올의 반응에 의해 데실 글루코푸라노시드와 데실 글루코피라노시드가 생성되는 반응을 일 예로 하기와 같이 나타낼 수 있다. The reaction in which desilyl glucopuronoside and decyl glucopyranoside are produced by the reaction of D-glucose and decanol can be shown as an example.

Figure 112016087048974-pat00003
Figure 112016087048974-pat00003

본 발명은 반응촉매로서 고체촉매인 제올라이트를 이용한다. 본 발명은 제올라이트 촉매를 이용함으로써 데실 글루코시드의 수율을 향상시킴과 동시에 특정 생성물의 수율을 선택적으로 조절할 수 있다. The present invention uses zeolite as a solid catalyst as a reaction catalyst. The present invention can improve the yield of decyl glucoside and selectively control the yield of a specific product by using a zeolite catalyst.

제올라이트(zeolite)는 결정성의 다공질 알루미노실리케이트의 총칭으로, 구조의 기본 단위는 사면체 구조를 갖는다. Zeolite is a general term of crystalline porous aluminosilicate, and the basic unit of the structure has a tetrahedral structure.

국제 제올라이트 협회(IZA: International Zeolite Association)는 제올라이트 및 제올라이트 유사 물질의 골격구조를 정리하고 각 골격구조를 3개의 알파벳 문자로 이루어진 IZA 코드로 표기하고 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 제올라이트의 예로 MOR, MFI, FAU, BEA 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. MOR, MFI, FAU, BEA 제올라이트에는 H-MOR, H-MFI, H-FAU, H-BEA로 표시되는 산 형태도 포함될 수 있다. 'H-'는 제올라이트 골격의 Na+ 이온을 H+ 이온으로 이온교환한 것을 의미한다. The International Zeolite Association (IZA) summarizes the skeletal structure of zeolite and zeolite-like materials and marks each skeletal structure as an IZA code consisting of three alphabetic characters. Examples of the zeolite that can be used in the present invention include MOR, MFI, FAU, and BEA. MOR, MFI, FAU, and BEA zeolites may also include acid forms such as H-MOR, H-MFI, H-FAU and H-BEA. 'H-' means ion exchange of Na + ion in zeolite skeleton with H + ion.

제올라이트 촉매는 Si/Al 몰비가 2 내지 500인 것이 바람직하다. Si/Al 몰비가 2 미만이면 제올라이트의 합성이 어렵고, Si/Al 몰비가 500를 초과하면 알루미늄의 함량이 매우 낮아 반응에 참여하는 산점이 부족하여 데실 글루코시드 합성 반응이 일어나기 어렵다. The zeolite catalyst preferably has a Si / Al molar ratio of 2 to 500. When the molar ratio of Si / Al is less than 2, the synthesis of zeolite is difficult. When the molar ratio of Si / Al exceeds 500, the content of aluminum is very low, so that the acid sites participating in the reaction are insufficient and the synthesis reaction of decyl glucoside is difficult to occur.

반응에 사용하는 촉매의 양은 글루코스 100중량부에 대하여 5 내지 50중량부가 적절하다. 촉매의 양이 5중량부 미만이면 알코올에 대한 글루코스의 용해가 잘 일어나지 않으며 전환율이 낮다. 그리고 촉매의 양이 50중량부를 초과하면 반응물 교반이 어려워진다. The amount of the catalyst used in the reaction is suitably 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of glucose. If the amount of the catalyst is less than 5 parts by weight, dissolution of glucose to alcohol does not occur well and conversion is low. When the amount of the catalyst is more than 50 parts by weight, stirring of the reactant becomes difficult.

데실 글루코시드를 제조하기 위해 먼저, 글루코스(glucose) 100중량부에 대하여 데칸올(decanol) 200 내지 3000중량부를 반응기에 투입하는 투입단계를 수행한다. To prepare the decyl glucoside, first, an input step of feeding 200 to 3000 parts by weight of decanol to 100 parts by weight of glucose is carried out.

반응기로 콘덴서(응축기)가 설치된 회분식 반응기를 이용할 수 있다. 또한, 반응기로 온도유지와 마그네틱 교반이 가능한 반응기를 이용한다. A batch reactor in which a condenser is installed as a reactor can be used. Also, a reactor capable of temperature maintenance and magnetic stirring is used as the reactor.

다음으로, 반응기에 글루코스와 데칸올을 투입한 다음, 제올라이트 촉매하에서 글루코스와 데칸올을 반응시켜 데실 글루코시드를 생성시키는 반응단계를 수행한다. 반응시 반응기 내에서 기화된 반응물은 응축기에서 액화시켜 다시 반응기로 유입시키면서 반응을 수행할 수 있다. Next, a reaction step of adding glucose and decanol to the reactor and then reacting glucose and decanol under a zeolite catalyst to produce decyl glucoside is performed. During the reaction, the reactants vaporized in the reactor may be liquefied in the condenser and then introduced into the reactor.

반응단계를 수행하기 위해 반응기에 글루코스와 데칸올을 투입한 다음 바로 제올라이트 촉매를 반응기에 주입할 수 있으나, 이 경우 데칸올에 대한 글루코스의 용해도가 낮아 반응성이 낮다. 따라서 글루코스의 용해도를 높이기 위한 기술적 수단으로 본 발명은 제올라이트 촉매를 반응기에 주입하기 전에 아세트산을 반응기에 주입하여 일정한 온도에서 교반하는 과정을 거친다.In order to carry out the reaction step, it is possible to inject glucose and decanol into the reactor and directly inject the zeolite catalyst into the reactor, but in this case, the solubility of glucose to decanol is low and the reactivity is low. Therefore, as a technical means for increasing the solubility of glucose, acetic acid is injected into the reactor before the zeolite catalyst is injected into the reactor and stirred at a constant temperature.

구체적으로 반응단계는 일 예로서 아래와 같은 세부적인 과정으로 이루어질 수 있다. Specifically, the reaction step may be performed by the following detailed process as an example.

상기 반응단계는 a)글루코스와 데칸올이 투입된 반응기 내부의 공기를 제거하기 위하여 상기 반응기 내부로 질소를 주입하여 충전하는 단계와, b)질소 충전 후 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 000분 동안 500rpm으로 1차 교반하는 단계와, c)1차 교반 후 반응기에 아세트산을 주입한 후 30분 동안 500rpm으로 2차 교반하는 단계와, d)2차 교반 후 상기 반응기에 제올라이트 촉매를 주입한 다음 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 1시간 동안 500rpm으로 3차 교반하는 단계와, e)3차 교반 후 상기 반응기의 내부 온도를 130℃로 승온시킨 후 5시간 동안 500rpm으로 4차 교반하는 단계로 이루어진다. The reaction step includes the steps of: a) injecting nitrogen into the reactor to remove air inside the reactor into which glucose and decanol are introduced; b) maintaining the internal temperature of the reactor at 80 ° C after nitrogen charging, C) adding acetic acid to the reactor after the primary agitation and then agitating the reactor at 500 rpm for 30 minutes, d) adding the zeolite catalyst to the reactor after the secondary agitation, Maintaining the internal temperature of the next reactor at 80 ° C and then performing third stirring at 500 rpm for 1 hour, e) after the third stirring, raising the internal temperature of the reactor to 130 ° C, .

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

(실시예)(Example)

1. 반응실험1. Reaction experiment

데실 글루코시드(decyl glucoside)를 고액반응을 통해 제조하였다. 반응물로 D-glucose(Sigma, 99%) 2.5g과 1-decanol(Sigma, 99%) 50mL를 촉매 1.0g과 혼합하여 반응시켰다. 반응기는 콘덴서가 설치된 회분식 반응기를 사용하였다. 온도 유지와 마그네틱 교반이 가능한 반응기에 반응물과 제올라이트 촉매를 넣고 반응시켰다.Decyl glucoside was prepared through a solid-liquid reaction. 2.5 g of D-glucose (Sigma, 99%) and 50 ml of 1-decanol (Sigma, 99%) were mixed with 1.0 g of the catalyst and reacted. The reactor was a batch reactor equipped with a condenser. Reactants and zeolite catalysts were placed in a reactor capable of temperature maintenance and magnetic stirring and reacted.

반응을 위하여 먼저, D-glucose(Sigma, 99%) 2.5g과 1-decanol(Sigma, 99%) 50mL를 반응기에 투입하였다. For the reaction, 2.5 g of D-glucose (Sigma, 99%) and 50 mL of 1-decanol (Sigma, 99%) were added to the reactor.

그리고 글루코스와 데칸올이 투입된 반응기 내부의 공기를 제거하기 위하여 반응기 내부로 질소를 주입하여 반응기 내부 압력을 1기압이 되도록 질소를 충전하였다. 질소 충전 후 반응기를 밀폐시킨 다음 반응기의 내부 온도를 80℃로 올려 유지시킨 후 20분 동안 500rpm으로 1차 교반하였다. 그리고 1차 교반 후 주사기를 이용하여 반응기에 아세트산을 5ml 주입한 후 30분 동안 500rpm으로 2차 교반하였다. 그리고 2차 교반 후 반응기의 주입구를 열고 제올라이트 촉매 1.0g을 주입한 다음 반응기를 밀폐시켰다. 밀폐시킨 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 1시간 동안 500rpm으로 3차 교반하였다. 그리고 3차 교반 후 반응기의 내부 온도를 130℃로 승온시킨 후 5시간 동안 500rpm으로 4차 교반하여 데실 글루코시드를 생성시켰다. 4차 교반은 반응기 내에서 기화된 반응물을 5℃로 유지되는 응축기에서 액화시켜 다시 반응기로 유입되도록 하면서 수행하였다. Nitrogen was injected into the reactor to remove the air inside the reactor into which the glucose and decanol were introduced, and the internal pressure of the reactor was filled with nitrogen to 1 atm. After the reactor was sealed with nitrogen, the internal temperature of the reactor was raised to 80 DEG C, and the reactor was stirred at 500 rpm for 20 minutes. After the primary agitation, 5 ml of acetic acid was injected into the reactor using a syringe, and then the secondary agitation was performed at 500 rpm for 30 minutes. After the secondary agitation, the inlet of the reactor was opened and 1.0 g of zeolite catalyst was injected, and the reactor was sealed. The internal temperature of the sealed reactor was maintained at 80 캜, and then stirred for 3 hours at 500 rpm for 1 hour. After the third stirring, the internal temperature of the reactor was raised to 130 ° C, followed by stirring for 5 hours at 500 rpm for 4 hours to produce decyl glucoside. The fourth agitation was carried out while the vaporized reactants in the reactor were liquefied in a condenser maintained at 5 캜 and then introduced into the reactor again.

반응에 의해 생성된 생성물의 조성은 모세관 칼럼(HP-1, 50mmμm)과 FID 검출기가 장착된 가스크로마토그래프(GC; Younglin Co.)로 분석하였다. 분석 조건은 검출기와 인젝터의 온도는 250℃, 컬럼의 온도는 100℃에서 10℃/min의 속도로 250℃까지 승온시킨 후 이 온도에서 20분을 유지하여 분석하였다.The composition of the product produced by the reaction was analyzed with a capillary column (HP-1, 50 mm) and a gas chromatograph (GC) equipped with an FID detector (Younglin Co.). The analysis conditions were as follows: the temperature of the detector and the injector was raised to 250 ° C at a rate of 10 ° C / min at 250 ° C and the temperature of the column was maintained at 20 ° C for 20 minutes.

2. 제올라이트 촉매2. Zeolite catalyst

제올라이트 촉매로 세공크기가 다르고 산성도가 다른 MOR, MFI, FAU, BEA 제올라이트를 사용하였다. MOR, MFI, FAU and BEA zeolites with different pore sizes and different acidities were used as zeolite catalysts.

MFI 제올라이트는 콜로이달실리카(colloidal silica; Ludox, 40 wt% SiO2, Aldrich)와 수산화알루미늄(98%, Fluka), 수산화칼륨(98%, Daejung)과 2차 증류수를 혼합한 합성모액을 72시간 동안 숙성시킨 후 고압반응기에서 190℃로 이틀 동안 가열하여 합성하였다. 합성모액의 농도를 달리하여 합성한 MFI 제올라이트의 Si/Al 몰비는 각각 50과 350이었다. Si/Al 몰비가 25와 75인 MFI 제올라이트는 Zeolyst사로부터 구입하여 사용하였다. MFI zeolite was prepared by mixing synthetic mother liquor containing colloidal silica (Ludox, 40 wt% SiO 2 , Aldrich), aluminum hydroxide (98%, Fluka), potassium hydroxide (98%, Daejung) And then heated at 190 캜 for two days in a high-pressure reactor. The Si / Al molar ratios of MFI zeolite synthesized with different concentrations of the synthetic mother liquor were 50 and 350, respectively. MFI zeolites with Si / Al molar ratios of 25 and 75 were purchased from Zeolyst.

그리고 제올라이트 골격의 Na+ 이온을 H+ 이온으로 이온교환한 H형 MOR 제올라이트로 전환시키기 위해 MFI 제올라이트의 Na+를 0.5N 질산암모늄(>99wt%, Duksan) 용액으로 60℃에서 이온교환하고, 이를 550℃에서 6시간 동안 소성하여 H형 MFI 제올라이트(H-MFI)로 변환시켰다. And ion-exchanged water at 60 ℃ the Na + of MFI zeolite with 0.5N ammonium nitrate (> 99wt%, Duksan) solution to convert the Na + ions in the zeolite framework in a H-type ion exchange MOR zeolite in H + ions, and this And calcined at 550 DEG C for 6 hours to convert to H-type MFI zeolite (H-MFI).

Si/Al 몰비가 10인 MOR 제올라이트는 Tosoh사로부터 구입하였다. 그리고 Si/Al 몰비가 다른 MOR 제올라이트를 얻기 위해 Si/Al 몰비가 10인 MOR 제올라이트를 6.0 N 초산 용액에 넣고 60℃에서 가열하여 제올라이트 골격 내 알루미늄을 제거해서 Si/Al 몰비가 100인 MOR 제올라이트를 제조하였다. 제조한 Si/Al 몰비가 100인 MOR 제올라이트를 증류수로 세척하고 100℃에서 건조시킨 후 550℃에서 12시간 동안 소성하였다. MOR zeolite with Si / Al molar ratio of 10 was purchased from Tosoh. In order to obtain MOR zeolite having different Si / Al molar ratios, MOR zeolite having Si / Al molar ratio of 10 was put into a 6.0 N acetic acid solution and heated at 60 ° C. to remove aluminum in the zeolite skeleton to obtain MOR zeolite having Si / Al molar ratio of 100 . The prepared MOR zeolite having a Si / Al molar ratio of 100 was washed with distilled water, dried at 100 ° C, and then calcined at 550 ° C for 12 hours.

MOR 제올라이트를 H형 제올라이트(H-MOR)로 전환시키기 위한 이온교환 과정은 위의 H-MFI 제올라이트 제조과정에서 제시한 방법을 동일하게 적용하였다. The ion exchange process for converting the MOR zeolite to the H-type zeolite (H-MOR) was the same as the one described in the above process for producing H-MFI zeolite.

BEA 제올라이트(PQ Co., Si/Al 몰비=13)와 FAU 제올라이트(Union Carbide, Si/Al 몰비=3)를 H형 BEA(H-BEA), H형 FAU(H-FAU) 제올라이트로 각각 전환시키기 위한 이온교환 과정은 위의 H-MFI 제올라이트 제조과정에서 제시한 방법을 동일하게 적용하였다. Conversion of BEA zeolite (PQ Co., Si / Al molar ratio = 13) and FAU zeolite (Union Carbide, Si / Al molar ratio = 3) to H type BEA (H-BEA) and H type FAU (H- FAU) The same procedure was applied for the ion exchanging process described in the above process for producing H-MFI zeolite.

본 실험에서는 제올라이트의 명명을 IZA 코드명에 따라 MOR, MFI, FAU, BEA로 명명하고 명칭 뒤 괄호에 Si/Al 몰 비를 기재하여 표기하였다. 그리고 Na+ 이온을 H+ 이온으로 이온교환한 H형 제올라이트는 MOR, MFI, FAU, BEA 코드명 앞에 'H-'를 표기하였다. In this experiment, the nomenclature of zeolite was named MOR, MFI, FAU, and BEA according to the IZA code name, and the Si / Al mole ratio was written in the brackets. H-type zeolite ion exchanged Na + ion with H + ion indicated 'H-' before MOR, MFI, FAU and BEA code names.

3. 제올라이트 특성 분석3. Characterization of zeolite

제올라이트의 X-선 회절패턴은 X-선 회절분석기(D/MAX UltimaⅢ, Rigaku)로 조사하였다. 40㎸와 40㎃ 조건에서 Ni-filter를 통과한 CuKα X-선으로 5~50°범위를 2˚/min 속도로 주사하였다. The X-ray diffraction pattern of the zeolite was examined with an X-ray diffractometer (D / MAX Ultima III, Rigaku). The CuKα X-ray passed through the Ni-filter at 40 kV and 40 mA was injected at a rate of 2 ° / min in the range of 5 to 50 °.

제올라이트의 입자 크기와 모양은 기초과학지원연구원 광주센터의 SEM (Hitachi, S-4700)으로 관찰하였다. 그리고 Si/Al 몰 비는 SEM에 장착된 EDX (Horiba, EX-250)로 규소와 알루미늄 함량을 측정하여 계산하였다.The particle size and shape of the zeolite were observed with a SEM (Hitachi, S-4700) at Gwangju Center for Basic Science Research. The Si / Al molar ratio was calculated by measuring the content of silicon and aluminum with EDX (Horiba, EX-250) mounted on a SEM.

질소 흡착등온선은 나노세공 분석장치(Nano Porosity Analyzer, nanoPOROSITY-XQ, Mirae SI Co.)로 측정하여 얻었다. 150℃에서 2시간 배기한 후 -196℃에서 질소를 흡착시켰다. 표면적은 BET식을 이용하여 계산하였다. The nitrogen adsorption isotherm was obtained by measuring with a nano-porosity analyzer (Nano Porosity-XQ, Mirae SI Co.). After evacuation at 150 ° C for 2 hours, nitrogen was adsorbed at -196 ° C. The surface area was calculated using the BET equation.

제올라이트 촉매의 산성도를 조사하기 위하여 승온탈착 실험장치(Bel Japan, BELCAT)를 이용하여 암모니아 승온탈착(NH3-TPD) 곡선을 그렸다. 헬륨 기류에서 550℃로 1시간 동안 촉매를 배기한 후 150℃로 냉각하였다. 암모니아(대한표준가스, 99.999%)를 펄스로 촉매에 보내어 포화될 때까지 흡착시켰다. 물리 흡착된 암모니아를 제거하기 위하여 1시간동안 헬륨 기류를 흘리면서 배기한 후, 10℃/min 속도로 600℃까지 승온시키면서 탈착되는 암모니아를 분석하였다. 제올라이트 촉매의 산점의 양은 측정된 TPD 곡선을 디컨불루션(deconvolution)하여 계산한 결과로 약산점과 강산점의 양을 구하였다.In order to investigate the acidity of the zeolite catalyst, ammonia temperature desorption (NH 3 -TPD) curves were drawn using a temperature elevation desorption apparatus (Bel Japan, BELCAT). The catalyst was exhausted from the helium air stream at 550 DEG C for 1 hour and then cooled to 150 DEG C. [ Ammonia (standard gas, 99.999%) was sent as a pulse to the catalyst and adsorbed until saturated. In order to remove physically adsorbed ammonia, ammonia was desorbed while raising the temperature to 600 ° C at a rate of 10 ° C / min after discharging while flowing a helium stream for 1 hour. The amount of the acid sites of the zeolite catalyst was calculated by deconvolution of the measured TPD curves, and the amounts of weak acid sites and strong acid sites were determined.

4. 실험결과4. Experimental results

(1)제올라이트의 물리화학적 특성(1) Physicochemical properties of zeolite

실험에 사용한 MOR(10), MFI(25), FAU(3), BEA(13) 촉매의 X선 회절 패턴을 도 1에 나타내었다. The XRD patterns of the MOR (10), MFI (25), FAU (3) and BEA (13) catalysts used in the experiment are shown in FIG.

도 1을 참조하면, 제올라이트의 X선 회절패턴은 문헌에 제시된 각 제올라이트의 특성 피크와 잘 일치하였다. 제올라이트의 X선 회절패턴의 특성피크 크기도 모두 문헌치와 근사한 값을 보여 결정화도가 우수함이 확인되었다. Referring to FIG. 1, the X-ray diffraction pattern of zeolite was in good agreement with the characteristic peaks of each zeolite shown in the literature. The characteristic peak size of the X-ray diffraction pattern of the zeolite was also close to that of the literature value, and it was confirmed that the crystallinity was excellent.

도 2 내지 도 5에 제올라이트 촉매의 SEM 사진을 나타내었다. 도 2는 MOR(10) 제올라이트, 도 3은 MFI(25) 제올라이트, 도 4는 FAU(3) 제올라이트, 도 5는 BEA(13) 제올라이트이다. 2 to 5 show SEM photographs of the zeolite catalyst. FIG. 2 shows MOR 10 zeolite, FIG. 3 shows MFI 25 zeolite, FIG. 4 shows FAU 3 zeolite, and FIG. 5 shows BEA 13 zeolite.

도 2 내지 도 5를 참조하면, FAU와 MFI 제올라이트의 결정크기는 약 0.5μm이었고 MOR 제올라이트는 그보다 약간 큰 1.5~2.0μm이었다. 반면에 BEA 제올라이트의 결정크기는 약 0.2μm 이하로 매우 작은 것으로 나타났다. Referring to FIGS. 2 to 5, the crystal size of FAU and MFI zeolite was about 0.5 μm, and the MOR zeolite was 1.5 to 2.0 μm, slightly larger than that. On the other hand, the crystal size of BEA zeolite was found to be very small, about 0.2 μm or less.

도 6에 MOR(10), MFI(25), FAU(3), BEA(13) 촉매의 질소 흡착등온선을 나타내었다. FIG. 6 shows nitrogen adsorption isotherms of MOR (10), MFI (25), FAU (3) and BEA (13) catalysts.

도 6을 참조하면, 실험에 사용한 제올라이트는 마이크로세공이 발달된 제올라이트로 미세세공이 많아 전형적인 Langmuir 흡착등온선 패턴을 보여주었다. 반면에 비교적 세공크기가 크고 표면적이 넓은 BEA 제올라이트는 상대압력 0.2~0.7에서 흡착량이 증가하였다. BEA와 FAU 제올라이트에서 많은 흡착량을 보이는 이유는 제올라이트의 세공크기가 크고 세공 내 수퍼케이지(super cage)와 같은 빈 공간이 많기 때문이다. Referring to FIG. 6, the zeolite used in the experiment was a microporous zeolite having many fine pores, showing a typical Langmuir adsorption isotherm pattern. On the other hand, BEA zeolite with relatively large pore size and large surface area increased the adsorption amount at a relative pressure of 0.2 to 0.7. BEA and FAU zeolite show a large adsorption amount because zeolite has a large pore size and many vacancies such as a super cage in a pore.

각 제올라이트의 질소 흡착등온선으로부터 구한 BET 표면적과 세공구조 파라미터는 하기 표 1에 정리하였다. The BET surface area and pore structure parameters determined from the nitrogen adsorption isotherm of each zeolite are summarized in Table 1 below.

제올라이트Zeolite Pore topologyPore topology Pore size(Å)Pore size (A) BET Surface area (m2/g)BET Surface area (m 2 / g) MFI(25)MFI (25) 10-oxygen ring10 -oxygen ring 5.1×5.5[100]
5.3×5.6[010]
5.1 x 5.5 [100]
5.3 × 5.6 [010]
413413
MOR(10)MOR (10) 12-oxygen ring12-oxygen ring 6.5×7.0[001]6.5 × 7.0 [001] 419419 FAU(3)FAU (3) 12-oxygen ring12-oxygen ring 7.4×7.4[111]7.4 × 7.4 [111] 574574 BEA(13)BEA (13) 12-oxygen ring12-oxygen ring 6.6×6.7[100]
5.6×5.6[001]
6.6 x 6.7 [100]
5.6 x 5.6 [001]
577577

상기 표 1을 참조하면, MFI 제올라이트는 MOR 등 다른 제올라이트와 달리 세공입구가 10개의 산소 결합 구조로 이루어져서 세공크기도 다른 제올라이트에 비해 작다. MOR 제올라이트는 세공구조가 직선형인 데 비해 MFI 제올라이트는 지그재그형으로 구부러져 있다. BET 표면적은 BEA>FAU>MOR>MFI 순으로 컸다. Referring to Table 1, unlike other zeolites such as MOR, the MFI zeolite has 10 pore openings, and the pore size is smaller than that of other zeolites. The MOR zeolite has a linear pore structure, whereas the MFI zeolite has a zigzag shape. The BET surface areas were in the order of BEA> FAU> MOR> MFI.

도 7에 H-MOR(10), H-MFI(25), H-FAU(3), H-BEA(13), 실리카라이트 촉매의 NH3-TPD 곡선을 나타내었다. FIG. 7 shows the NH 3 -TPD curves of H-MOR (10), H-MFI (25), H-FAU (3), H-BEA (13) and silicalite catalysts.

제올라이트의 산성도는 제올라이트의 종류에 따라 다르다. Si/Al 몰비가 비슷하더라도 제올라이트의 종류가 다르면 산성도가 다르다. 촉매의 산성도를 암모니아 TPD로 측정하는 법은 이미 잘 알려져 있다. 촉매의 산량은 암모니아 TPD 곡선의 면적으로부터 구하여 비교할 수 있고, 산세기는 탈착곡선 피크의 최고온도(T max)로부터 구하여 검토할 수 있다. The acidity of the zeolite depends on the type of zeolite. Even if the Si / Al molar ratios are similar, the acidity differs if the zeolite types are different. The method of measuring the acidity of the catalyst with ammonia TPD is well known. The acid amount of the catalyst can be compared with the area of the ammonia TPD curve, and the acid strength can be determined from the maximum temperature ( T max ) of the desorption curve peak.

도 7에 보인 바와 같이 제올라이트 촉매의 강산점 피크는 350~550℃ 사이에 나타났고, 약산점 피크는 150~250℃에서 나타났다. 이는 암모니아의 물리흡착에 기인하는 것으로 알려져 있다. H-MOR 제올라이트는 다른 제올라이트에 비해 가장 많은 강산점을 가진 것으로 나타났다. 반면에 실리카라이트는 강산점이 거의 없는 것으로 나타났다. 강산점은 제올라이트의 골격구조에 의해 나타나는데 Si-O-Al 결합의 수에 의해 결정된다. 따라서 강산점의 다소 여부는 같은 제올라이트의 경우 Si/Al 몰 비에 따라 차이가 난다. Si/Al 몰 비가 비슷해도 제올라이트의 종류가 다르면 차이가 나는 이유는 제올라이트에 따라 골격 형성 구조가 다르므로 알루미늄의 함량이 달라지기 때문이다. 실리카라이트는 MFI 제올라이트 구조에서 알루미늄을 대부분 제거한 물질이기 때문에 Si/Al 몰 비가 매우 크며 골격 내 알루미늄이 거의 없다. 따라서 실리카라이트는 암모니아 TPD에서도 강한 산점을 보이는 탈착피크가 거의 나타나지 않은 것이다.As shown in FIG. 7, the strong acid peak point of the zeolite catalyst appeared between 350 and 550 ° C, and the weak acid point peak appeared at 150 to 250 ° C. It is known that this is due to the physical adsorption of ammonia. H-MOR zeolites have the strongest acid sites compared to other zeolites. On the other hand, silicalite showed little strong acid sites. The strong acid point is indicated by the skeletal structure of the zeolite, which is determined by the number of Si-O-Al bonds. Therefore, the degree of strong acidity depends on the molar ratio of Si / Al in the case of the same zeolite. Even if the Si / Al molar ratio is similar, the difference in the type of zeolite differs because the skeleton formation structure differs depending on the zeolite, and thus the content of aluminum is different. Since silicalite is a material in which most of aluminum is removed from the MFI zeolite structure, the Si / Al molar ratio is very large and there is almost no aluminum in the skeleton. Therefore, silicalite shows almost no desorption peak showing strong acid point even in ammonia TPD.

도 8에 Si/Al 몰비가 다른 H-MFI 제올라이트의 NH3-TPD 곡선을 나타내었다. H-MFI 제올라이트의 Si/Al 몰비가 커질수록, 즉 알루미늄 함량이 줄어들수록 강산성 피크는 줄어들고 피크온도도 낮아졌다. Si/Al 몰비가 다른 H-MFI 제올라이트의 NH3-TPD 곡선으로부터 구한 강산점 산량은 Si/Al 몰비가 커질수록 감소하였다. FIG. 8 shows NH 3 -TPD curves of H-MFI zeolites having different Si / Al molar ratios. As the Si / Al molar ratio of the H-MFI zeolite increased, that is, as the aluminum content decreased, the strong acidic peak decreased and the peak temperature decreased. From the NH 3 -TPD curves of H-MFI zeolites with different Si / Al molar ratios, the peak acidity of the strong acid decreased with increasing Si / Al mole ratio.

(2)데실글루코시드 생성반응(2) Decyl glucoside formation reaction

글루코스와 데칸올의 반응에 의해 생성되는 주요 생성물은 decyl glucopyranoside와 decyl glucofuranoside이었다. 그리고 약간의 부산물(분해된 알코올, oligosaccharide 등)이 생성되었다. The major products produced by the reaction of glucose with decanol were decyl glucopyranoside and decyl glucofuranoside. And some by-products (degraded alcohol, oligosaccharide, etc.) were produced.

글루코스 전환율은 반응 전 글루코스 양에 대한 반응에 소모된 글루코스의 양을 백분율(%)로 계산하였고, 생성물의 수율은 전체 생성물의 양에 대한 특정 생성물의 양을 백분율(%)로 계산하였다. Glucose conversion was calculated as the percentage of glucose consumed in the reaction to the amount of glucose before the reaction, and the yield of the product was calculated as a percentage of the specific product relative to the amount of total product.

도 9에 H-MFI(50)촉매의 주입량에 따른 글루코스의 전환율 변화를 조사하기 위하여 촉매/글루코스 중량비에 대한 전환율 그래프를 나타내었다. 글루코스의 양 2.5g에 대해 촉매량이 1.0g이 넘으면 전환율은 큰 변화를 보이지 않았다. 따라서 글루코스가 2.5g일 때 적절한 촉매의 양은 1.0g인 것으로 나타났다.FIG. 9 is a graph showing conversion ratios with respect to the catalyst / glucose weight ratio in order to investigate the change in conversion of glucose according to the amount of H-MFI (50) catalyst. When the amount of catalyst was more than 1.0 g per 2.5 g of glucose, the conversion did not change significantly. Therefore, when the glucose is 2.5 g, the amount of suitable catalyst is 1.0 g.

도 10에 H-MOR(10), H-MFI(25), H-FAU(3), H-BEA(13) 촉매에서 글루코스의 전환율을 나타내었다. 글루코스의 전환율은 반응시간 4시간이 지나면 평형에 도달하였다. 제올라이트 촉매의 글루코스의 전환율은 H-FAU>H-BEA>H-MFI>H-MOR 순서로 높았다. 전환율이 가장 낮은 H-MOR 제올라이트 촉매의 전환율은 60% 이하로 나타났다. FIG. 10 shows the conversion of glucose in the H-MOR (10), H-MFI (25), H-FAU (3) and H-BEA (13) catalysts. The conversion of glucose reached equilibrium after 4 hours of reaction time. The conversion of glucose in the zeolite catalyst was high in the order of H-FAU> H-BEA> H-MFI> H-MOR. The conversion of the H-MOR zeolite catalyst with the lowest conversion was 60% or less.

하기 표 2에 제올라이트 촉매, 1 N 염산용액 촉매, 그리고 촉매가 없는 조건에서 반응시간이 4시간 경과하였을 때 글루코스의 전환율과 데실 글루코시드의 수율을 정리하였다. The conversion of glucose and the yield of decyl glucoside were summarized in Table 2 below when the reaction time was 4 hours in the absence of a zeolite catalyst, a 1 N hydrochloric acid solution catalyst and a catalyst.

촉매
catalyst
전환율(%)
Conversion Rate (%)
수율(%)yield(%)
데실 글루코피라노시드Decyl glucopyranoside 데실 글루코푸라노시드Decyl glucopuranoside 합계Sum H-FAU(3)H-FAU (3) 82.282.2 50.450.4 15.615.6 6666 H-BEA(13)H-BEA (13) 80.380.3 31.131.1 35.935.9 6767 H-MFI(25)H-MFI (25) 78.178.1 38.938.9 27.327.3 66.266.2 H-MOR(10)H-MOR (10) 65.465.4 15.415.4 43.543.5 58.958.9 silicalitesilicalite 00 00 00 00 HClHCl 36.136.1 12.412.4 30.230.2 42.642.6 non-catalystnon-catalyst 00 00 00 00

상기 표 2를 참조하면, 산점이 있는 H-MOR, H-MFI, H-FAU, H-BEA 제올라이트 촉매에서는 글루코스의 전환율이 65%를 넘었다. 그러나 산점이 거의 없고 세공만 존재하는 실리카라이트 촉매에서는 반응 활성이 거의 나타나지 않았다. 이는 H-MOR, H-MFI, H-FAU, H-BEA 제올라이트 촉매의 산점이 반응에 기여함을 보여주는 결과이다. Referring to Table 2 above, the conversion of glucose exceeded 65% in H-MOR, H-MFI, H-FAU and H-BEA zeolite catalysts with acid sites. However, the silicalite catalyst, which has few acid sites and only pores, shows little reaction activity. This shows that the acid sites of the H-MOR, H-MFI, H-FAU and H-BEA zeolite catalysts contribute to the reaction.

각 제올라이트 촉매에서 데실 글루코피라노시드와 데실 글루코푸라노시드의 수율은 촉매의 산세기와 세공구조에 영향을 받아 상이한 결과를 보였다. H-FAU, H-MFI에서는 데실 글루코피라노시드의 수율이 데실 글루코푸라노시드에 비해 높았다. H-BEA 촉매와 H-MOR 촉매에서는 데실 글루코푸라노시드의 수율이 더 높은 것으로 나타났다. 따라서 H-FAU, H-MFI의 경우 데실 글루코피라노시드의 선택성이 높고, H-MOR, H-BEA의 경우 데실 글루코푸라노시드의 선택성이 높은 촉매로 판단되었다. The yields of decyl glucopyranoside and decyl glucopuranoside in each zeolite catalyst were affected by the acid strength and pore structure of the catalyst and showed different results. In H-FAU and H-MFI, the yield of decyl glucopyranoside was higher than that of decyl glucopuranoside. The yield of decyl glucopuranoside was higher in the H-BEA and H-MOR catalysts. Therefore, the selectivity of decyl glucopyranoside for H-FAU and H-MFI was high, and the selectivity of decyl glucopuronoside for H-MOR and H-BEA was high.

반응에 의해 생성되는 데실 글루코피라노시드와 데실 글루코푸라노시드 중 데실 글루코피라노시드의 선택성을 높이기 위해서는 제올라이트 촉매로 H-MFI와 H-FAU 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다. 특히, H-MFI는 Si/Al 몰비가 25이고, H-FAU는 Si/Al 몰비가 3인 것이 유용한 것으로 나타났다. It was confirmed that it is preferable to use either H-MFI or H-FAU as the zeolite catalyst in order to increase the selectivity of the decyl glucopyranoside among the decyl glucopyranoside and decyl glucopyranoside produced by the reaction. In particular, it was found that H-MFI had a Si / Al molar ratio of 25 and H-FAU had a Si / Al molar ratio of 3.

그리고 반응에 의해 생성되는 데실 글루코피라노시드와 데실 글루코푸라노시드 중 데실 글루코푸라노시드의 선택성을 높이기 위해서는 제올라이트 촉매로 H-MOR와 H-BEA 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다. 특히, H-MOR는 Si/Al 몰비가 10이고, H-BEA는 Si/Al 몰비가 13인 것이 유용한 것으로 나타났다. It has been confirmed that it is preferable to use either H-MOR or H-BEA as a zeolite catalyst in order to increase the selectivity of decyl glucopyranoside in decyl glucopyranoside and decyl glucopuronoside produced by the reaction. In particular, it was found that H-MOR had a Si / Al molar ratio of 10 and H-BEA had a Si / Al molar ratio of 13.

그리고 1N 염산용액을 촉매로 사용한 반응에서는 전환율이 36% 정도로 나타났다. 생성물 분포에서는 데실 글루코시드를 제외한 올리고머(oligomer) 등 부산물이 60% 가량 생성되었다. In the reaction using 1N hydrochloric acid solution as a catalyst, conversion rate was about 36%. In the product distribution, about 60% of byproducts such as oligomers except decyl glucoside were produced.

그리고 촉매를 사용하지 않은 반응에서는 반응이 전혀 일어나지 않았을 뿐만 아니라 반응물인 글루코스와 데칸올이 반응 온도에서도 완전히 용해되지 않는 현상을 보였다. In addition, not only the reaction did not occur at all in the reaction without using the catalyst, but also the reaction products of glucose and decanol did not completely dissolve even at the reaction temperature.

(3)반응생성물의 특성(3) Properties of the reaction product

한편, 제올라이트 촉매로 H-FAU(3)를 이용하여 생성시킨 데실 글루코피라노시드의 특성을 파악하기 위해 접촉각과 에스트로젠 MCF-7 cell의 증식실험을 하였다. On the other hand, contact angle and estrogen MCF-7 cell proliferation experiments were carried out to characterize the decyl glucopyranoside produced using H-FAU (3) as a zeolite catalyst.

기존 계면활성제로 널리 사용되던 노닐페놀은 에스테론 활성 작용이 큰 환경호르몬 물질로 밝혀졌다. 따라서 본 발명의 제조방법으로 간단하게 제조할 수 있는 데실 글루코피라노시드가 환경호르몬 작용을 하지 않으며 기존의 노닐페놀의 대체 가능성을 검토하였다. Nonylphenol, which has been widely used as a conventional surfactant, has been found to be an environmental hormone substance having a large estetone activity. Therefore, the desilyl glucopyranoside, which can be easily prepared by the production method of the present invention, does not have an environmental hormone action and the possibility of replacing the existing nonylphenol has been examined.

도 11에 데실 글루코피라노시드와 비교물질인 노닐페놀의 표면장력 및 접촉각을 함께 나타내었다. 11 shows the surface tension and the contact angle of decyl glucopyranoside and nonyl phenol as a comparative substance.

데실 글루코피라노시드와 노닐페놀의 농도가 증가하여도 표면장력 값이 더 이상 변하지 않는 변곡점에서 CMC(Critical micelle concentration) 값을 결정하였다. 이 결과로부터 측정된 데실 글루코피라노시드의 CMC는 표면장력이 31.2mN/m 일 때 2.2x10-3mol/L이었고, 노닐페놀의 CMC는 표면장력이 34.2mN/m 일 때 1.2x10- 4 mol/L로 얻어졌다. The CMC (Critical Micelle concentration) value was determined at the inflection point where the surface tension value is no longer changed even when the concentration of decyl glucopyranoside and nonylphenol is increased. The measured CMC of decyl glucopyranoside was 2.2 x 10 -3 mol / L at surface tension of 31.2 mN / m and 1.2 x 10 - 4 mol / L of CMC of nonylphenol at surface tension of 34.2 mN / / L. ≪ / RTI >

데실 글루코피라노시드와 노닐페놀의 접촉각을 측정한 결과, 데실 글루코피라노시드의 접촉각은 노닐페놀과 물에 비해 작았다. 이는 데실 글루코피라노시드가 노닐페놀보다 친수성이며 젖음성(wettability)이 크다는 것을 시사한다. The contact angles of decyl glucopyranoside and nonylphenol were measured. The contact angle of decyl glucopyranoside was smaller than that of nonylphenol and water. This suggests that the desilyl glucopyranoside is more hydrophilic and has greater wettability than nonylphenol.

계면활성제의 기본물성인 CMC에서 표면장력은 노닐페놀과 비슷하여 계면활성제로서 기본 물성을 충족하는 것으로 나타났다. 접촉각이 물이나 노닐페놀 보다 낮아 친수성이 우수하며 젖음성(wettability)도 노닐페놀보다 우수하였다. 따라서 데실 글루코시드는 물성이 노닐페놀과 유사하고 보다 친수성이 높아 노닐페놀을 대체할 수 있는 계면활성제로 적용할 수 있음을 확인하였다. The surface tension of CMC, which is the basic property of surfactant, is similar to that of nonylphenol, indicating that it satisfies basic properties as a surfactant. The contact angle was lower than that of water or nonylphenol, so that the hydrophilicity was excellent and the wettability was better than nonylphenol. Therefore, it was confirmed that the decyl glucoside can be applied as a surfactant which can substitute nonylphenol because the physical properties are similar to nonylphenol and higher than that of nonylphenol.

그리고 도 12에 17β-estradiol, nonylphenol, 그리고 데실 글루코피라노시드(DGP)에 대해 에스트로젠 MCF-7 cell의 증식을 비교하여 나타내었다. 17β-estradiol과 노닐페놀의 세포 증식은 촉진되었다. 17β-estradiol은 10pM 농도에서 세포증식률이 크게 증가하였다. 노닐페놀의 세포증식률도 100nM 농도에서 데실 글루코피라노시드 보다 증가하는 현상을 보였다. 이에 비해 데실 글루코피라노시드의 세포증식률은 거의 증가하지 않았다.12 shows the proliferation of estrogen MCF-7 cells compared to 17β-estradiol, nonylphenol, and decyl glucopyranoside (DGP). Cell proliferation of 17? -Estradiol and nonylphenol was promoted. 17β-estradiol significantly increased cell proliferation at 10 pM concentration. The cell proliferation rate of nonylphenol was also increased at a concentration of 100 nM than that of decyl glucopyranoside. On the other hand, the cell growth rate of the decyl glucopyranoside was not substantially increased.

하기 표 3에는 데실 글루코피라노시드와 노닐페놀의 상대 증식 효과(relative proliferation effect; RPE)를 17β-estradiol과 비교하여 정리하였다. In Table 3, the relative proliferation effect (RPE) of decyl glucopyranoside and nonylphenol was compared with that of 17β-estradiol.

compoundscompounds concentration(nM)concentration (nM) RPE(%)RPE (%) RPP(%)RPP (%) 17β-estradiol17β-estradiol 100100 100100 100100 NonylphenolNonylphenol 100100 84.484.4 100100 Decyl glucopyranosideDecyl glucopyranoside 1010 36.436.4 0.0010.001

상기 결과에서 볼 수 있듯이 데실 글루코피라노시드의 RPE와 RPP는 노닐페놀 보다 낮게 나타났다. 그리고 데실 글루코피라노시드의 농도가 10pM 이상일 때는 세포 증식에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 데실 글루코피라노시드가 노닐페놀에 비해 에스트로젠 세포 증식성이 매우 낮음을 보이는 결과이다. As can be seen from the above results, RPE and RPP of decyl glucopyranoside were lower than nonylphenol. And when the concentration of decyl glucopyranoside was 10 pM or more, it did not affect cell proliferation. This is a result that the decyl glucopyranoside shows very low estrogenic cell proliferation compared to nonylphenol.

계면활성제는 공업용뿐만 아니라 유화제, 세제, 화장품 등 일반 가정용 제품에도 많이 사용되는 물질로 인체에 노출될 가능성이 매우 높은 물질이다. 그러나 기존에 사용되었던 노닐페놀은 에스트로젠 활성화 특성을 보이며 호르몬 기능에 장애를 주는 환경호르몬 물질로 밝혀졌다. 위의 실험에서 노닐페놀을 대체하기 위한 데실 글루코피라노시드의 에스트로젠 세포 증식이 노닐페놀에 비해 훨씬 낮다는 것, 그리고 농도가 10 pM 이상일 때는 세포 증식에 영향을 미치지 않는다는 것은 데실 글루코시드가 인체에 접촉되어도 에스트로젠 증식을 활성화시켜 호르몬 변형을 일으킬 염려가 거의 없다는 것을 의미한다. Surfactants are substances that are widely used in general household products such as emulsifiers, detergents, and cosmetics as well as industrial applications, and are highly likely to be exposed to human bodies. However, nonylphenol, which has been used in the past, has been found to be an environmental hormone substance that has estrogen activating properties and impairs hormone function. In the above experiment, it was concluded that the estrogenic cell proliferation of decyl glucopyranoside to replace nonylphenol is much lower than that of nonylphenol, and that when the concentration is above 10 pM, it does not affect cell proliferation. It means that there is little fear of activating estrogenic proliferation and causing hormone degeneration.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

Claims (5)

글루코스(glucose) 100중량부에 대하여 데칸올(decanol) 200 내지 3000중량부를 반응기에 투입하는 투입단계와;
상기 글루코스와 상기 데칸올을 제올라이트 촉매하에서 반응시켜 데실 글루코피라노시드(decyl glucopyranoside) 및 데실 글루코푸라노시드(decyl glucofuranoside)를 생성시키는 반응단계;를 포함하고,
상기 반응단계는 a)상기 글루코스와 상기 데칸올이 투입된 상기 반응기 내부의 공기를 제거하기 위하여 상기 반응기 내부로 질소를 주입하여 충전하는 단계와, b)상기 질소 충전 후 상기 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 500rpm으로 1차 교반하는 단계와, c)상기 1차 교반 후 상기 반응기에 아세트산을 주입한 후 30분 동안 500rpm으로 2차 교반하는 단계와, d)상기 2차 교반 후 상기 글루코스 100중량부를 기준으로 제올라이트 촉매 5 내지 50중량부를 상기 반응기에 주입한 다음 상기 반응기의 내부 온도를 80℃로 유지시킨 후 1시간 동안 500rpm으로 3차 교반하는 단계와, e)상기 3차 교반 후 상기 반응기의 내부 온도를 130℃로 승온시킨 후 5시간 동안 500rpm으로 4차 교반하는 단계로 이루어지고,
상기 4차 교반하는 단계는 상기 반응기에서 기화된 반응물을 5℃로 유지되는 응축기에서 액화시켜 상기 반응기로 유입시키며,
상기 제올라이트 촉매는 H-MOR, H-MFI, H-FAU, H-BEA 중에서 선택된 어느 하나이며,
상기 데실 글루코피라노시드의 선택성을 높이기 위해서 상기 제올라이트 촉매로 H-MFI와 H-FAU 중 어느 하나를 사용하고, 상기 데실 글루코푸라노시드의 선택성을 높이기 위해서 상기 제올라이트 촉매로 H-MOR와 H-BEA 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매를 이용한 데실 글루코시드의 제조방법.
A feeding step of feeding 200 to 3000 parts by weight of decanol to 100 parts by weight of glucose into the reactor;
And a reaction step of reacting the glucose and the decanol under a zeolite catalyst to produce decyl glucopyranoside and decyl glucofuranoside,
Wherein the reaction step comprises the steps of: a) injecting nitrogen into the reactor to remove air from the reactor into which the glucose and the decanol have been charged, and b) charging the internal temperature of the reactor to 80 ° C C) stirring the mixture at 500 rpm for 30 minutes after acetic acid is injected into the reactor after the primary stirring, and d) stirring the glucose 100 5 to 50 parts by weight of a zeolite catalyst is fed into the reactor, and then the internal temperature of the reactor is maintained at 80 DEG C and then the reactor is stirred for 3 hours at 500 rpm for 1 hour. E) And then stirring the mixture at 500 rpm for 5 hours,
Wherein the fourth stirring step includes liquefying the reactants vaporized in the reactor in a condenser maintained at 5 DEG C and introducing the reactants into the reactor,
The zeolite catalyst is any one selected from H-MOR, H-MFI, H-FAU and H-BEA,
To increase the selectivity of the desilyl glucopyranoside, any one of H-MFI and H-FAU was used as the zeolite catalyst, and H-MOR and H-FA were used as the zeolite catalyst in order to increase the selectivity of the desilyl glucopyranoside. BEA. ≪ / RTI >
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 H-MFI는 Si/Al 몰비가 25이고, 상기 H-FAU는 Si/Al 몰비가 3이고, 상기 H-MOR는 Si/Al 몰비가 10이고, 상기 H-BEA는 Si/Al 몰비가 13인 것을 특징으로 하는 제올라이트 촉매를 이용한 데실 글루코시드의 제조방법. The method of claim 1, wherein the H-MFI has a Si / Al molar ratio of 25, the H-FAU has a Si / Al molar ratio of 3, the H-MOR has a Si / Al molar ratio of 10, And a Si / Al molar ratio of 13. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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