KR20000052844A - Method for preparing trimethylbenzoquinone - Google Patents
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Abstract
Description
예를 들면, 미츠비시 가스 가가쿠(주)의 특허(EP 127 888 또는 EP 167 153)에 따라 TMP를 비타민 E의 합성시 주요 중간체인 TMBQ로 산화시키는 것이 오랜 동안 알려져 왔다.For example, according to Mitsubishi Gas Kagaku Co., Ltd. patent (EP 127 888 or EP 167 153), it has been known for a long time to oxidize TMP to TMBQ, which is a major intermediate in the synthesis of vitamin E.
상기 특허에 따르면, TMP는 산소가 풍부한 공기에 의해 산화되는데, 이때 반응은 3상 가스/알콜/물 시스템에서 구리 염에 의해 촉매된다. 용융된 TMP는 지속적으로 러닝된다. 반응 말미에, 경사 후, 수성상 중의 촉매는 재순환되고 알콜상 중의 TMBQ는 각종 처리 후에 분리된다. 이러한 공정에 따라 100%의 TMP 전환율 및 95%의 TMBQ 수율 달성이 가능하다.According to the patent, TMP is oxidized by oxygen-rich air, where the reaction is catalyzed by copper salts in a three-phase gas / alcohol / water system. The molten TMP runs continuously. At the end of the reaction, after decantation, the catalyst in the aqueous phase is recycled and the TMBQ in the alcohol phase is separated off after various treatments. This process allows for 100% TMP conversion and 95% TMBQ yield.
반응식Scheme
촉매 시스템이 TMBQ 및 용매로 구성된 유기상에 부분 가용성이므로 상기 방법은 다수의 단점이 있다. 이의 재생에는 촉매의 정량적 회수를 위한 유기상의 산성처리가 요구된다. 이러한 유형의 촉매작용은 본질적으로 촉매작용으로부터의 염소화 유도체 사용에 기인하는 부식을 회피하기 위하여 특수물질의 사용을 필요로 한다.The method has a number of disadvantages because the catalyst system is partially soluble in the organic phase consisting of TMBQ and solvent. Its regeneration requires acidification of the organic phase for quantitative recovery of the catalyst. This type of catalysis essentially requires the use of specialty materials to avoid corrosion resulting from the use of chlorinated derivatives from catalysis.
이러한 산화를 위한 특정 촉매(헤테로폴리산 촉매) 및 분배계수가 촉매의 회수와 재순환에 호적한 용매 매질을 사용함으로써 이러한 공정의 단점에 대처하여 왔다.Certain catalysts (heteropolyacid catalysts) and partition coefficients for this oxidation have been addressed by the disadvantages of this process by using solvent media suitable for recovery and recycling of the catalyst.
헤테로폴리산(HPA)이란 헤테로폴리음이온의 산 형태를 의미하며; 헤테로폴리음이온은 1 개 또는 2 개의 중앙원자인 헤테로원자 X(X= B3+, Si4+, Ge4+, P5+, As5+등), 및 4 내지 18 개의 주변 배위원자인 폴리원자 Y(Y = W, Mo, V)를 함유하는 옥소음이온이다.Heteropolyacid (HPA) refers to the acid form of heteropolyanions; Heteropolyanions are heteroatoms X (X = B 3+ , Si 4+ , Ge 4+ , P 5+ , As 5+, etc.), which are one or two central atoms, and polyatoms which are 4 to 18 periphery It is an oxoanion containing Y (Y = W, Mo, V).
헤테로폴리산 안에 헤테로폴리음이온 또는 이의 염 중 하나를 포함하는 것도 가능하다. 고체 상태에서, HPA 또는 이의 염은 헤테로폴리음이온, 카운터이온(H+이온 또는 금속 양이온) 및 결정수 분자로 구성된다.It is also possible to include heteropolyanions or one of salts thereof in the heteropolyacids. In the solid state, HPA or salts thereof are composed of heteropolyanions, counterions (H + ions or metal cations) and crystalline water molecules.
헤테로폴리음이온은 주요 두 구조로 구별될 수 있다.Heteropolyanions can be distinguished into two main structures.
→화학식 Xp+M12O40 (8-p)-의 헤테로폴리음이온에 대한 케긴(KEGGIN) 구조KEGGIN structure for heteropolyanions of Formula X p + M 12 O 40 (8-p)-
문헌에 가장 빈번하게 기재되는 구조는 케긴 구조이며, 금속원자/헤테로원자 비는 12/1이다. 이러한 구조에서, VI족 금속원자 M(M은 바람직하게는 Mo 또는 W를 나타낸다)은 V족 원자(M′= V, Co 등)에 의해 대부분 치환되거나 약간 치환될 수 있다. Xp+M12-nM′nO40 (8-p+n)-형의 생성되는 HPA는 혼합 HPA-n으로 언급된다.The structure most often described in the literature is the keggin structure, with a metal atom / heteroatom ratio of 12/1. In this structure, the group VI metal atom M (M preferably represents Mo or W) may be mostly substituted or slightly substituted by group V atoms (M ′ = V, Co, etc.). The resulting HPA of the form X p + M 12-n M ′ n O 40 (8-p + n) -is referred to as mixed HPA-n.
→화학식 (Xp+)2M18O62 (16-2p)-의 헤테로폴리음이온에 대한 도슨(DAWSON) 구조¡ Æ a DAWSON structure for heteropolyanions of formula (X p + ) 2 M 18 O 62 (16-2p)-
이러한 구조에서, 금속원자/헤테로원자 비는 9/1이다. 이러한 구조는 결합되어 있는 두 단편 Xp+M9O34 (14-p)-로 구성된다.In this structure, the metal atom / heteroatom ratio is 9/1. This structure consists of two fragments X p + M 9 O 34 (14-p) -which are bound.
다양한 HPA 제조방법과 관련하여, 일반적으로, 헤테로폴리음이온은 금속 옥사이드와 헤테로원자 X를 함유하는 옥소음이온을 산성매질 중에서 축합시킴으로써 합성된다.In the context of various HPA preparations, heteropolyanions are generally synthesized by condensing oxoanions containing metal oxides and heteroatoms X in an acidic medium.
케긴 구조의 혼합형 헤테로폴리음이온 합성을 위해서는, 문헌에 기술되어 있고 혼합형 헤테로폴리음이온이 직접 수득될 수 있도록 하는 특정 합성법을 사용하는 것이 가능하다.For the mixed heteropolyanion synthesis of the keggin structure, it is possible to use specific synthesis methods described in the literature and allowing the mixed heteropolyanions to be obtained directly.
a)H3+nPMo12-nVnO40형의 HPA-ns 경우(여기에서, n은 1 이상 6 이하이다):a) For HPA-ns of type H 3 + n PMo 12-n V n O 40 , where n is 1 or more and 6 or less:
문헌에는 3 가지 통상적인 방법이 전기투석에 의한 최신의 원방법과 함께 기재되어 있다.Three conventional methods are described in the literature together with the latest original methods by electrodialysis.
문헌[참조:P. COURTIN, F. CHAUVEAU, P. SOUCHAY in a Compte-rendu de l′Academie des Sciences, 258, 1964, 1247-1250]에 기재되어 있는 초창기의 방법으로는 n이 3 이하인 HPA-ns를 용이하게 수득하는 것이 가능하다. 이러한 방법은 나트륨 몰리브데이트, 포스페이트 및 바나데이트 수용액을, 환류가열한 다음 냉각시켜 용해시킨 후에, 농황산 처리하는 것으로 이루어진다. 형성된 HPA-n은 수용액으로부터 에테르로 추출되며, 추출 후 용매를 충분히 증발시켜 결정형태의 HPA-n을 생성시킨다. 그러나, 수율이 낮고, n이 증가할 경우 대 과량의 바나데이트가 사용되어야 하며, 다수의 부산물이 수득된다.See, P. COURTIN, F. CHAUVEAU, P. SOUCHAY in a Compte-rendu de l'Academie des Sciences, 258, 1964, 1247-1250. It is possible. This method consists of treating sulfuric acid with sodium molybdate, phosphate and vanadate, followed by reflux heating, cooling and dissolving. The HPA-n formed is extracted from the aqueous solution with ether, and after extraction, the solvent is sufficiently evaporated to produce HPA-n in crystalline form. However, when the yield is low and n increases, a large excess of vanadate has to be used and a large number of by-products are obtained.
예를 들면, 일본 특허 JP 77138499에 따르면 몰리브덴 옥사이드(MoO3)와 바나듐 옥사이드(V2O5) 및 인산으로부터 화학식 H5PMo10V2O40의 헤테로폴리산을 제조하는 것 또한 공지되어 있다. 상기 화합물 3 종을 20일간 환류가열로 물에 용해시킨다. 이어서, 용액을 농축시켜 HPA-2의 순수결정을 유도해낸다.For example, according to Japanese Patent JP 77138499 it is also known to prepare heteropolyacids of the formula H 5 PMo 10 V 2 O 40 from molybdenum oxide (MoO 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ) and phosphoric acid. The three compounds are dissolved in water by reflux heating for 20 days. The solution is then concentrated to drive pure crystals of HPA-2.
또한, 문헌[참조:ODYAKOV et al., Kinetics and Catalysis, 36, 1995, 733-738]에 따르면, H3PO4, MoO3및 데카바나듐산 H6V10O28의 용액으로부터 n이 1 이상 6 이하인 HPA-ns를 제조하는 것도 공지되어 있다.Furthermore, according to ODYAKOV et al., Kinetics and Catalysis, 36, 1995, 733-738, n is 1 or more from a solution of H 3 PO 4 , MoO 3 and decabanadium acid H 6 V 10 O 28 . It is also known to produce HPA-ns of 6 or less.
도입될 P, Mo 및 V 3 종의 양은 합성하고자 하는 HPA-n의 화학양론에 따라 조정된다. 데카바나듐산 용액은 과산화수소 4 내지 6%를 함유하는 냉각 수용액에 오산화바나듐 V2O5를 용해시켜 수득한다.The amounts of P, Mo and V 3 species to be introduced are adjusted in accordance with the stoichiometry of the HPA-n to be synthesized. The decabanadium acid solution is obtained by dissolving vanadium pentoxide V 2 O 5 in a cooled aqueous solution containing 4 to 6% hydrogen peroxide.
n이 1 내지 4인 HPA-ns를 합성하기 위해서는 데카바나듐산 용액을 MoO3와 H3PO4의 희석 혼합물에 점진적으로 첨가하여 이를 비등시킨다. MoO3가 완전히 용해될 때까지 교반과 비등을 계속한 후, 혼합물을 여과한다. 여액을 회수하며 이는 HPA-n의 수용액이다.To synthesize HPA-ns with n of 1 to 4, the decabanadium acid solution is gradually added to a dilute mixture of MoO 3 and H 3 PO 4 to boil it. Stirring and boiling continue until MoO 3 is completely dissolved, then the mixture is filtered. The filtrate is recovered, which is an aqueous solution of HPA-n.
n이 4보다 큰 HPA-ns를 합성하기 위해서는, MoO3대신 n′이 1 이상 4 이하인 HPA-n′용액을 사용한다. HPA-n′용액을 H3PO4와 혼합하고, 혼합물을 비등시킨 다음, 데카바나듐산 용액을 서서히 첨가한다. 물을 증발시켜, 혼합물을 여과하고 잔사를 과산화수소 5% 용액에 용해시킨 다음 여액에 다시 첨가한다.In order to synthesize HPA-ns in which n is larger than 4, HPA-n 'solution in which n' is 1 or more and 4 or less is used instead of MoO 3 . The HPA-n 'solution is mixed with H 3 PO 4 , the mixture is boiled and then the decabanadium acid solution is added slowly. Water is evaporated, the mixture is filtered and the residue is dissolved in 5% hydrogen peroxide solution and added back to the filtrate.
1995년 문헌[참조:KHOZHEVNIKOV Catalysis Reviews-Sciences Engineering, 37, 1995, 311-352]에서는 전기투석에 의한 신규 합성법이 제안되었다. HPA는 수용액 중 애노드에서 형성되는 반면에 물의 전기분해는 캐소드에서 일어난다. 두 전극은 양이온 교환막에 의해 분리되어 있다. 어떠한 부산물도 형성되지 않는다. 수율은 100%에 이른다.In 1995, KHOZHEVNIKOV Catalysis Reviews-Sciences Engineering, 37, 1995, 311-352, proposed a novel synthesis method by electrodialysis. HPA is formed at the anode in aqueous solution, while electrolysis of water occurs at the cathode. The two electrodes are separated by a cation exchange membrane. No by-products are formed. The yield reaches 100%.
HPA는 균질촉매 및 비균질 촉매 모두에서 사용된다. 이들은 실리카, 활성탄 또는 이온 교환수지상에 담지되어 사용될 수 있다.HPA is used in both homogeneous and heterogeneous catalysts. These may be supported on silica, activated carbon or ion exchange resins.
산 촉매작용에서 HPA의 주된 적용으로는 페놀의 축합, 수화와 탈수, 에스테르화와 에테르화, 질산화, 에폭사이드상 반응, 아세토라이시스(acetolysis), 카보닐화, 이성화, 올리고머화, 알킬화, 탈알킬화 및 트랜스알킬화를 들 수 있다.The main applications of HPA in acid catalysis include condensation of phenols, hydration and dehydration, esterification and etherification, nitrification, epoxide phase reactions, acetolysis, carbonylation, isomerization, oligomerization, alkylation, dealkylation And transalkylation.
산화와 관련하여, 가장 통용되는 HPA는 높은 산화 전위와 우수한 열 안정성에 기인하여 몰리브도바나도인산이다. 이러한 HPA-ns는 두 유기 및 무기 물질 모두의 산화반응을 촉매한다. 이 경우, 반응의 산화제는 O2또는 H2O2일 수 있다.In terms of oxidation, the most commonly used HPA is molybdobanadophosphate due to its high oxidation potential and good thermal stability. This HPA-ns catalyzes the oxidation of both organic and inorganic materials. In this case, the oxidizing agent of the reaction may be O 2 or H 2 O 2 .
이들 HPA의 환원형은 O2에 의해 손쉽게 재산화될 수 있다.The reduced forms of these HPAs can be readily reoxidized by O 2 .
산화환원 촉매작용에서의 주된 적용은 알칸(말레산 무수물의 제조, 사이클로알칸의 알콜과 케톤으로의 산화, 산화적 탈수소화, 메탄의 산화 등), 알켄, 알콜(1차, 2차 알콜 등), 알데하이드, 및 무기물(N2H4, NO, H2S 등)의 산화이다.The main applications in redox catalysis are alkanes (preparation of maleic anhydride, oxidation of cycloalkanes to alcohols and ketones, oxidative dehydrogenation, oxidation of methane, etc.), alkenes, alcohols (primary, secondary alcohols, etc.) , Aldehydes, and inorganics (N 2 H 4 , NO, H 2 S, etc.).
균질 H2O/AcOH 시스템내 HPA-함유 시스템에 의한 TMP →TMBQ로의 산화를 촉매할 가능성을 다수의 저자들이 구상하였다. 다양한 유형의 HPA가 상이한 절차에 따라 시험되었다.Many authors have envisioned the possibility of catalyzing the oxidation of TMP → TMBQ by HPA-containing systems in a homogeneous H 2 O / AcOH system. Various types of HPA were tested according to different procedures.
즉, 문헌[참조: Journal of Molecular Catalysis, 75, 1992, 235-244]에 실린 KHOLDEEVA 등의 발표에 따르면, 몰비가 20인 TMP/HPA(H7PMo8V4O40케긴 구조)로 86%의 TMBQ 수율이 달성될 수 있음이 공지되어 있다.That is, according to the publication of KHOLDEEVA et al. In Journal of Molecular Catalysis, 75, 1992, 235-244, 86% with TMP / HPA (H 7 PMo 8 V 4 O 40 keggin structure) with molar ratio of 20. It is known that the TMBQ yield of can be achieved.
또한, 문헌[참조:Tetrahedron Letters, 30, 1989, 471-474]에 실린 SHIMIZU 등의 논문에 따르면, TMP →TMBQ로의 산화가 화학식 H7PMo12O40의 HPA와 과산화수소의 존재하에 수행될 수 있음이 공지되어 있다.In addition, according to SHIMIZU et al., Published in Tetrahedron Letters, 30, 1989, 471-474, the oxidation of TMP → TMBQ can be carried out in the presence of HPA and hydrogen peroxide of formula H 7 PMo 12 O 40 . This is known.
문헌[참조:Tetrahedron Letters, 33, 1992, 1795-1798]에서 R. NEUMANN은 TMP/HPA 비 50에 대해 60℃에서 4 시간 동안 산소 1 기압하에서 헥산올 중 H5PV2Mo10O40에 의해 촉매된, 2,3,5-트리메틸페놀 → TMBQ로의 산화에 대하여 기재하고 있다. 이 사람은 75% 전환율에 대해 73%의 선택성을 달성하였다.In Tetrahedron Letters, 33, 1992, 1795-1798, R. NEUMANN was reacted with H 5 PV 2 Mo 10 O 40 in hexanol under 1 atmosphere of oxygen for 4 hours at 60 ° C. for a TMP / HPA ratio of 50. The oxidation from catalyzed, 2,3,5-trimethylphenol to TMBQ is described. This person achieved 73% selectivity for 75% conversion.
탄소상 담지된 HPA에 의해 TMP를 TMBQ로 산화시킬 수 있도록 한 다른 연구가 존재하며; 문헌[참조: Journal of Molecular Catalysis A chemical, 107, 1996, 241-246]에 실린 JANSEN과 그의 동료에 의한 연구가 이러한 범주에 들 수 있다.There is another study that has made it possible to oxidize TMP to TMBQ by carbon-supported HPA; Research by JANSEN and colleagues in the Journal of Molecular Catalysis A chemical, 107, 1996, 241-246 falls into this category.
본 발명은 트리메틸페놀(TMP)의 산화에 의한 트리메틸벤조퀴논(TMBQ)의 신규 제조방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로 말하면, 본 발명은 헤테로폴리산으로 구성된 촉매 시스템에 의한 트리메틸페놀의 산화방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel process for the production of trimethylbenzoquinone (TMBQ) by oxidation of trimethylphenol (TMP). More specifically, the present invention relates to a process for the oxidation of trimethylphenol by a catalyst system consisting of heteropolyacids.
촉매를 손쉽게 재순환시키면서 이러한 산화반응을 실현하는 것에 대해서는 어떠한 논문에도 기재되어 있지 않다. 본 발명은 이러한 목적을 달성하였다, 본 발명은 산소와 과산화수소 중에서 선택된 산화제와 헤테로폴리산의 존재하에 트리메틸페놀을 산화시킴에 의한 트리메틸벤조퀴논의 제조방법에 관한 것으로, 이러한 반응은 2상 액체매질 중에서 수행됨을 특징으로 한다.The realization of this oxidation reaction with easy recycling of the catalyst is not described in any paper. The present invention has achieved this object. The present invention relates to a process for preparing trimethylbenzoquinone by oxidizing trimethylphenol in the presence of an oxidant selected from oxygen and hydrogen peroxide and a heteropolyacid, wherein the reaction is carried out in a two-phase liquid medium. It features.
트리메틸페놀은 바람직하게는 2,3,6-트리메틸페놀이고 수득된 트리메틸벤조퀴논은 특히 2,3,5-트리메틸벤조퀴논이다.The trimethylphenol is preferably 2,3,6-trimethylphenol and the trimethylbenzoquinone obtained is especially 2,3,5-trimethylbenzoquinone.
헤테로폴리산은 바람직하게는 케긴-구조 헤테로폴리산 또는 도슨-구조 헤테로폴리산 중에서 선택되며, 본 발명의 맥락에서 헤테로폴리산의 염도 사용될 수 있다.Heteropolyacids are preferably selected from kegin-structured heteropolyacids or Dawson-structured heteropolyacids, and salts of heteropolyacids may also be used in the context of the present invention.
반응매질은 물과 탄소수 2 내지 6의 일염기성 또는 이염기성 유기 카복실산, 바람직하게는 아세트산으로 이루어진 수성 혼합물로 구성된다. 유기산과 물의 체적비 95/5 내지 20/80을 사용하는 것이 바람직하며; 특히 80/20 내지 60/40의 체적비를 사용하는 것이 바람직하다.The reaction medium consists of an aqueous mixture consisting of water and monobasic or dibasic organic carboxylic acids having 2 to 6 carbon atoms, preferably acetic acid. Preference is given to using volume ratios of organic acids and water of 95/5 to 20/80; It is particularly preferable to use a volume ratio of 80/20 to 60/40.
수성상과의 2상 시스템 수득을 가능케하는 수-비혼화성 용매는 지방족 또는 방향족 탄화수소와 이들의 할로겐화 유도체, 바람직하게는 이들의 염소화 유도체 중에서 선택된다. 오르토-디클로로벤젠을 사용하는 것이 특히 바람직하다.The water-immiscible solvents that enable the obtaining of a two-phase system with the aqueous phase are selected from aliphatic or aromatic hydrocarbons with their halogenated derivatives, preferably their chlorinated derivatives. Particular preference is given to using ortho-dichlorobenzene.
용매와 수성 시스템(물과 유기산) 간의 체적비는 바람직하게는 30/70 내지 90/10, 더욱 바람직하게는 30/70 내지 50/50이다.The volume ratio between the solvent and the aqueous system (water and organic acid) is preferably 30/70 to 90/10, more preferably 30/70 to 50/50.
트리메틸페놀과 헤테로폴리산 간의 몰비는 바람직하게는 200/1 내지 5/1, 더욱 바람직하게는 대략 10/1이다.The molar ratio between trimethylphenol and heteropolyacid is preferably 200/1 to 5/1, more preferably approximately 10/1.
용매와 수성 매질로 구성된 액체매질에 대한 HPA와 TMP 조립체 간의 중량비는 바람직하게는 0.1 내지 15%, 더욱 바람직하게는 대략 6%이다.The weight ratio between the HPA and the TMP assembly for a liquid medium consisting of a solvent and an aqueous medium is preferably 0.1 to 15%, more preferably approximately 6%.
반응조건과 관련하여, 30℃ 이상, 바람직하게는 50 내지 70℃의 온도에서 작업하는 것이 바람직하다. 산소압력은 바람직하게는 0.2 내지 1 바이다.Regarding the reaction conditions, it is preferable to work at a temperature of 30 ° C. or higher, preferably 50 to 70 ° C. The oxygen pressure is preferably 0.2 to 1 bar.
본 발명의 바람직한 양태에 따라, 반응 후, 반응매질을 경사시켜 HPA를 함유하는 수성상으로부터 TMBQ를 함유하는 용매를 분리시킨다. 뒤이어 유기상을 탈수하고 용매를 증류한 다음 새로운 산화단계로 재순환시켜 TMBQ를 증류시킨다. 수성상을 임의로 오르토-디클로로벤젠 처리하여 용해된 TMBQ를 제거한 다음 산화단계로 재순화시키기 전에 임의로 농축한다.According to a preferred embodiment of the present invention, after the reaction, the reaction medium is decanted to separate the solvent containing TMBQ from the aqueous phase containing HPA. The organic phase is then dehydrated, the solvent is distilled off and recycled to a new oxidation step to distill the TMBQ. The aqueous phase is optionally ortho-dichlorobenzene treated to remove dissolved TMBQ and then optionally concentrated before recycling to the oxidation step.
이러한 공정에 의해, 어떠한 염수 수처리도 요구되지 않으며 어떠한 무기염도 생성되지 않으며, 사용된 용매 전부가 재순환되며 제조된 TMBQ는 고순도이다. 사용되는 반응물의 성질에 기인하여, 상용성 물질의 선택이 단순화되는데, 그 이유는 염소화 촉매의 사용으로 전술한 부식문제가 소멸되기 때문이다.By this process, no brine water treatment is required and no inorganic salts are produced, all of the solvent used is recycled and the TMBQ produced is of high purity. Due to the nature of the reactants used, the choice of compatible materials is simplified because the use of chlorination catalysts eliminates the aforementioned corrosion problems.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 완벽하게 설명된다.The invention is more fully illustrated by the following examples.
I)헤테로폴리산의 제조I) Preparation of Heteropoly Acid
문헌[참조:ODYAKOV et al., Kinetics and Catalysis, 36, 1995, 733-738]에 기술된 절차에 따른 H7PMo8V4O40의 제조Preparation of H 7 PMo 8 V 4 O 40 according to the procedure described in ODYAKOV et al., Kinetics and Catalysis, 36, 1995, 733-738.
II)TMP→TMBQ로의 산화II) Oxidation from TMP to TMBQ
일부 실험은 반응개시시에 모든 반응물을 도입하여 뱃치식으로 수행하며; 다른 실험은 산화시키고자 하는 소정량의 TMP를 점진적으로 도입하여 반뱃치식으로 수행한다.Some experiments are performed batchwise by introducing all reactants at the start of the reaction; Another experiment is carried out in a semi-batch manner by gradually introducing a predetermined amount of TMP to be oxidized.
a)조립a) assembly
반응을 냉각기, 프릿 및 기계 교반기가 장치된 250 ml 들이 4목 환저 플라스크에서 수행한다. 반응매질을 항온조를 사용하여 가열한다. 순수한 산소를 반응기 안에서 순환시켜 반응매질에 1 기압의 산소압력이 걸리게 한다. 유량계로 산소의 순환 유동율을 조절한다.The reaction is carried out in a 250 ml four neck round bottom flask equipped with a cooler, frit and a mechanical stirrer. The reaction medium is heated using a thermostat. Pure oxygen is circulated in the reactor so that the reaction medium is subjected to one atmosphere of oxygen pressure. The flow meter controls the circulating flow rate of oxygen.
반뱃치식 실험의 경우, 유기용매에 용해된 TMP를 시린지와 시린지 펌프를 이용하여 반응매질에 적가한다. 시린지 펌프의 속도는 조정가능하므로, 첨가속도를 세팅하는 것이 가능하다.In the case of semi-batch experiments, TMP dissolved in an organic solvent is added dropwise to the reaction medium using a syringe and a syringe pump. Since the speed of the syringe pump is adjustable, it is possible to set the addition speed.
b)절차b) procedure
모든 실험을 12 ℓ/h의 산소 유동율로 50℃ 항온조에서 수행한다.All experiments are carried out in a 50 ° C. thermostat at an oxygen flow rate of 12 L / h.
뱃치식 수행 실험의 경우For batch run experiments
TMP 3 g을 용융형태로, 즉, 오븐에서 70℃로 가열한 후 반응기에 충진한다. 농도가 0.15 몰/ℓ인 HPA 수용액(H7PMo8V4O40) 15 ml를 가한 다음, 아세트산 55 ml, 이어서 오르토-디클로로벤젠 50 ml를 가한다.3 g of TMP are heated in molten form, ie in an oven at 70 ° C. and then charged into the reactor. 15 ml of an aqueous solution of HPA (H 7 PMo 8 V 4 O 40 ) having a concentration of 0.15 mol / l are added, followed by 55 ml of acetic acid followed by 50 ml of ortho-dichlorobenzene.
교반 및 산소 순환을 개시한다. 반응매질을 50℃의 수조에 넣는다.Agitation and oxygen circulation are initiated. The reaction medium is placed in a water bath at 50 ° C.
2 시간 반응시킨 후, 반응 혼합물을 경사 깔때기 중으로 비우고 반응기를 오르토-디클로로벤젠 30 ml로 세정한다. 회수한 수성상을 오르토-디클로로벤젠 30 ml로 2회 세척하여 바닥에서 촉매에 용해된 TMBQ를 추출한다. 모든 상을 회수하고 칭량하여 이들의 상대 체적을 측정한다.After 2 hours of reaction, the reaction mixture is emptied into a decanting funnel and the reactor is washed with 30 ml of ortho-dichlorobenzene. The recovered aqueous phase is washed twice with 30 ml of ortho-dichlorobenzene to extract TMBQ dissolved in catalyst at the bottom. All phases are recovered and weighed to determine their relative volume.
반뱃치식 수행 실험의 경우For half-batch performance experiments
전술한 절차에 따르되 다음과 같이 변형한다:Follow the above procedure but modify it as follows:
TMP 3 g을 유기용매(50 ml)에 용해시키고 용액을 1 시간 30 분에 걸쳐 시린지와 시린지 펌프를 이용하여 공급하며; 첨가 말미에, 교반 및 산소 압력하에 30 분의 마무리 시간을 허용한다.3 g of TMP was dissolved in an organic solvent (50 ml) and the solution was fed over 1 hour 30 minutes using a syringe and a syringe pump; At the end of the addition, a finishing time of 30 minutes is allowed under stirring and oxygen pressure.
바닥에서의 TMBQ와 촉매 회수처리는 뱃치식 공정과 동일하다.TMBQ and catalyst recovery at the bottom are the same as in the batch process.
c)결과c) results
두 상, 즉 수성상과 유기상을 HPLC 분석한다:HPLC analysis of two phases, aqueous phase and organic phase:
TMP의 전환율은 DC=100%이고 TMBQ의 수율, 즉 도입된 TMP에 대해 수득된 TMBQ의 양은 RY=84%이다. 주요 불순물은 분석되지 않은 무거운 산물 외에도, 반응 부산물로 잘 알려져 있는 헥사메틸디페놀(HMDP)이다. 뱃치 및 반연속식 결과는 실질적으로 동일하다.The conversion of TMP is DC = 100% and the yield of TMBQ, ie the amount of TMBQ obtained for the introduced TMP, is RY = 84%. The main impurity is hexamethyldiphenol (HMDP), which is well known as a reaction byproduct, in addition to heavy products that are not analyzed. Batch and semicontinuous results are substantially the same.
가장 관심을 끄는 결과 중 하나는 촉매가 수성상에 정량적으로 잔류하고 추가처리 없이 그 자체로 재순환된다는 점이다.One of the most interesting results is that the catalyst remains quantitative in the aqueous phase and is recycled to itself without further treatment.
III)촉매 시스템의 재순환성 연구III) Recyclability Study of Catalyst System
재순환성 실험Recyclability Experiment
본 발명자는 최고 성능의 2상 시스템, 즉, 오르토-디클로로벤젠/아세트산/물 매질 = 50 ml/56 ml/14 ml에서의 촉매 시스템의 재순환성을 조사하였다. 본 발명자는 뱃치식으로 작업하였다.We investigated the recyclability of the catalyst system in the highest performance two phase system, namely ortho-dichlorobenzene / acetic acid / water medium = 50 ml / 56 ml / 14 ml. The inventors worked batchwise.
a)조립a) assembly
재순한 실험에 사용된 조립체는 불균질 매질에서의 뱃치 실험에 사용된 것과 동일하다.The assembly used for the repeated experiments is the same as that used for the batch experiments in heterogeneous media.
b)절차b) procedure
전술한 문단에 기재된 1차 촉매 사이클의 말미에 수득된 촉매를 함유하는 수성상을 검은색 오일이 수득될 때까지 Rotavapor 상에서 증발시킨다. 이어서, 이를 아세트산으로 56 ml가 되게 만든 후에, 물 14 ml를 첨가한다.The aqueous phase containing the catalyst obtained at the end of the first catalyst cycle described in the preceding paragraph is evaporated on a Rotavapor until black oil is obtained. It is then made 56 ml with acetic acid and then 14 ml of water is added.
TMP(3 g)를 용융형태로, 즉, 오븐에서 70℃로 가열한 후 반응기에 충진한다. 상기 촉매 용액을 가한 다음, 오르토-디클로로벤젠 50 ml를 가한다.TMP (3 g) is heated in molten form, ie in an oven at 70 ° C. and then charged into the reactor. The catalyst solution is added followed by 50 ml of ortho-dichlorobenzene.
이렇게 한 후 절차는 1차 촉매 사이클에서와 동일하다.After doing this, the procedure is the same as in the first catalyst cycle.
c)결과c) results
본 발명자는 동일 촉매 시스템으로부터 출발하여 3 사이클을 수행하였다. 각각의 산화반응은 동일 작업조건하에서 일어났다.We performed three cycles starting from the same catalyst system. Each oxidation reaction occurred under the same operating conditions.
사용된 HPA: H7PMo8V4O40 HPA used: H 7 PMo 8 V 4 O 40
T = 50℃T = 50 ° C
P = 산소 1 atmP = oxygen 1 atm
TMP의 몰수/HPA의 몰수 = 10Moles of TMP / Mole of HPA = 10
유기용매/아세트산/물 매질의 조성: 50 ml/56 ml/14 mlComposition of organic solvents / acetic acid / water medium: 50 ml / 56 ml / 14 ml
지속시간 = 2 hDuration = 2 h
촉매 시스템의 활성은 각 사이클 간에 감소하지 않았다.The activity of the catalyst system did not decrease between each cycle.
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