KR20010019332A - 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법 - Google Patents

Abstract

메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법에 대해 기재한다. 메틸아크릴레이트와 상기 메틸아크릴레이트 1몰을 기준하여 1 내지 3몰의 메탄올을 포함하는 출발물질을 준비하는 단계; 알칼리금속 알콕사이드를 반응촉매로 첨가하여 하기 반응식 1에 따른 반응을 실시하는 단계; 및

[반응식 1]

aCH₃OH + CH₂=CHCOOCH₃--＞ CH₃OC₂H₄COOCH₃+ (a-1)CH₃OH

(상기 반응식 1에서, a는 1 내지 3이다)

상기 반응결과물에 산을 첨가하여 반응촉매를 중화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 고수율의 메틸 메톡시 프로피오네이트를 공급할 수 있어 제품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

Description

메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법{Process for preparing methyl methoxy propionate}

본 발명은 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메탄올과 메틸아크릴레이트를 출발물질로 하여 고수율의 메틸 메톡시 프로피오네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

메틸 메톡시 프로피오네이트는 다양한 종류의 물질, 특히 페인트, 반도체 공정에 이용되는 다양한 용질들을 녹일 수 있는 용제로서, 화학물질이 관여되는 다양한 공정에서 일반적으로 사용되고 있다.

메틸 메톡시 프로피오네이트는, 랭카스터 씬쎄시스(Lancaster Synthesis)사에서 제공하는 스펙에 따르면, 순도 99, 화학식은 C₅H₁₀O₃, 화학식량은 118.13, 끓는점은 142 내지 143℃, 인화점은 47℃, 비중은 1.009이며, 굴절지수(20℃에서)는 1.4027로 측정되는 물질이다. 한편, 에프린(Epryn Ltd.)사에서 제공하는 스펙에 따르면, 끓는점이 143 내지 144℃, 굴절질수가 1.4028인 것을 제외하고는 상기 랭카스터 씬쎄시스사에서 제공하는 물성과 거의 동일하다.

그러나, 종래에 시중에서 유통되고 있는 메틸 메톡시 프로피오네이트의 제조 방법은 수율이 높지 아니하며, 그 제조 공정이 복잡하고, 따라서 고비용이 소요되어 제품가격이 높기 때문에, 그 범용성에도 불구하고 입수 및 사용에 제약이 있는문제점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명에서는 전술한 종래의 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조 방법이 갖는 제조 공정 상의 번잡함과, 고비용 및 저수율의 문제를 해결할 수 있는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 메틸 메톡시 프로피오네이트를 제조하는 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 메틸아크릴레이트와 상기 메틸아크릴레이트 1몰을 기준하여 1 내지 3몰의 메탄올을 포함하는 출발물질을 준비하는 단계;

알칼리금속 알콕사이드를 반응촉매로 첨가하여 하기 반응식 1에 따른 반응을 실시하는 단계; 및

aCH₃OH + CH₂=CHCOOCH₃--＞ CH₃OC₂H₄COOCH₃+ (a-1)CH₃OH

(상기 반응식 1에서, a는 1 내지 3이다)

상기 반응결과물에 산을 첨가하여 반응촉매를 중화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법이 제공된다. 상기 반응물인 메탄올은 메틸아크릴레이트와 1:1의 몰비로 반응하여 메틸 메톡시 프로피오네이트를 생성하지만, 과량으로 사용하면 반응이 촉진될 수 있다.

상기 반응단계는 40 내지 70℃의 범위 내에서 실시하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 화학 반응은 발열반응이므로, 반응 온도 조절에 각별한 주의가 요망된다.

상기 반응촉매로 이용되는 알칼리 금속 알콕사이드 중 가장 바람직한 예는 메톡시화나트륨이다.

상기 중화단계에서 첨가되는 산은 황산, 염산 등이 바람직하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 중화 단계 이후에 반응산물 내에 포함된 메틸 메톡시 프로피오네이트의 순도를 향상시키기 위해 증류단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 증류 단계의 저비점 산물인 메탄올을 반응물로 재이용하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 본 발명에서 메틸 메톡시 프로피오네이트를 제조하기 위해 사용되는 메탄올과 메틸 아크릴레이트는 다음과 같은 물성을 가지고 있으며, 이들 물질은 화학분야에서는 이미 잘 알려져 있는 물질이다.

메탄올(methanol)의 물성

메틸알코올, 목정 또는 젯트스피리트로 불리워지는 물질로서, 화학식은 CH₃OH, 끓는점은 64.7℃의 무색 투명 휘발성 액체, 메탄올은 목재의 건류에 의해 만들어진 것이기 때문에 목정이라고도 불리워졌다. 현재는 수소와 일산화탄소 또는 탄산 가스에서 탄산수소의 산화반응에 의해서 제조되는 것이 일반적이다. 유지, 니트로 셀룰로이드, 염료, 왁스 접착제 등의 용제로 이용되거나, 부동액, 연료, 포름알데히드의 제조에 이용되거나 그 이외의 유기합성 반응에 범용되는 물질이다.

메틸 아크릴레이트(methyl acrylate)의 물성

메틸 아크릴레이트는 CH₂=CHCOOCH₃의 시성식을 가진 무색 액체로서, 비중이 0.9754, 끓는점은 80.5℃이며, 물에 대한 용해도는 25 내지 70℃에서 약 5.2g/100g이고, 유기용제와 잘 혼합하는 특징을 갖는 물질이다. 이는 중합에 의해 용이하게 제조되며, 메틸 아크릴레이트의 단독중합체는 취화온도 20℃로 비교적 단단한 물성을 갖는다. 한편, 공중합용단량체로서 흔히 사용되고 메틸 아크릴레이트 중합체는 섬유처리제, 접착제에 이용되고 있다.

실시예

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해 첨부도면과 적절한 실시예를 들어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 메틸 메톡시 프로피오네이트를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이며, 상기 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

(1) 재료 및 설비의 준비 단계(S1)

메탄올 42.5g(1.33몰), 메틸 아크릴레이트 107.5g(1.25몰), 메톡시화나트륨(촉매) 0.75g 및 황산(중화제) 0.7g(0.07몰)을 각각 칭량하여 준비하였다. 스터러, 적하 깔대기 및 리플럭스 콘덴서가 구비된 플라스크를 준비하였다.

(2) 반응 단계(S2)

상기 플라스크 내에 메톡시화나트륨이 용해된 메탄올 용액을 넣고, 물중탕 용기 내에 장착하였다. 이어서, 상기 플라스크 입구에 구비된 적하 깔대기에 메틸 아크릴레이트를 장착하였다. 상기 메틸 아크릴레이트를 적하하면서, 상기 플라스크 내의 반응온도가 약 55℃로 유지되도록 조절하였다. 2시간 정도 반응을 진행시켰다. 이때, 반응온도는 40 내지 70℃의 범위 내로 조절하면 바람직하지만, 상기 실시예에서는 약 55℃로 유지하도록 조절하였다. 상기 준비된 메탄올과 메틸 아크릴레이트는 실제 반응에서는 몰비로 1:1로 반응하지만, 반응 촉진을 위해 과량의 메탄올을 사용하였다. 따라서, 반응 종결 후에도 메탄올은 반응에 관여하지 않은 상당량은 그대로 잔류할 수 있으며, 이는 후속 증류 단계에 의해 분리하였다.

(3) 중화단계(S3)

상기 준비된 황산을 상기 반응 결과물 내에 부어 반응촉매로 이용된 메톡시와 나트륨을 중화시켰다. 이때 중화시간은 1시간 정도로 진행하였다. 만일, 반응촉매의 중화를 하지 않으면, 본 발명에 따른 화학 반응의 역반응이 일어날 수 있으므로 반드시 필요한 단계이다. 이는 저비점 산물인 메탄올이 증류에 의해 반응 결과물 내에서 분리되면 역반응에 의해 기생성된 메틸 메톡시 프로피오네이트가 메톡시화나트륨의 촉매 작용에 의해 최초 반응의 출발물질인 메탄올과 메틸아크릴레이트로 분해될 수 있다. 이 경우에는 메틸 메톡시 프로피오네이트의 수율이 감소될 수 있으므로, 고수율의 메틸 메톡시 프로피오네이트를 제조하기 위해서는 매우 중요한 단계이다.

(4) 분별 증류단계(S4)

반응 결과물 내에 포함되어 있는 과량의 메탄올을 분별 증류 방법으로 분리시켰다. 이때, 분별 증류 시간은 반응기의 크기, 분별 증류 컬럼의 크기, 열유입속도, 예상 생산 용량 등에 의존하지만, 통상 최적화된 조건에서는 5 내지 10시간 정도 진행하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 분별 증류를 6시간 정도 수행하였다.

분별 증류 단계를 거치면서 63 내지 64℃의 범위 내에서 반응산물 내의 저비점 산물인 과량의 메탄올이 먼저 분리되고, 이후에 143 내지 144℃의 범위에서 본 발명에서 목적하는 메틸 메톡시 프로피오네이트(1.1몰)가 분리되었다. 이러한 분별 증류 단계를 거친 후에 반응 산물의 분리 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

분리물질구분	분리온도(℃)	질량(g)
메탄올	63 ~ 64	7.6(0.24몰)
메틸메톡시프로피오네이트	143 ~ 144	130.1(1.1몰)
잔류물	-	14.8
합계	-	152.5

한편, 이러한 분별증류 후에도 잔류물 또는 반응 부산물이 소량 존재하므로, 이후 단계에서 이들 잔류물을 완전히 제거함으로써 제조된 메틸 메톡시 프로피오네이트의 순도를 향상시킬 수 있다.

(5) 메탄올 회수 재이용 단계(S5)

이와 더불어, 상기 분리된 메탄올은 본 발명의 반응물의 일부인 메탄올과 다름없는 물질이므로, 이를 회수하여 반응물로 다시 이용할 수 있다. 이로써, 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조에 소요되는 비용을 절감할 수도 있다.

(6) 패킹단계(S6)

상기 분별증류 후에 남겨진 잔류물, 예를 들어 메틸 메톡시 프로필렌 프로피오네이트를 수집하였다. 이후, 사용된 기구 등에 잔존하는 화학물질을 깨끗하게 세척함으로써, 연속 공정 내지 반복 공정에서 불순물이 함유되지 않도록 하였다.

(7) 반응 수율

상기 실시예 및 상기 표 1에 따라, 반응물 메틸아크릴레이트의 양을 기준으로 하여 생성된 메틸 메톡시 프로피오네이트의 양을 몰비로 환산한 이론적 수율은 약 88로 계산되었다. 그러나, 제조 공정 스케일에 따라서 수율은 다소 변화될 수 있으며, 특히 제조 공정 스케일을 증대하면, 메킬 메톡시 프로피오네이트의 수율을 95이상으로 확보할 수도 있다. 한편, 재생가능한 물 또는 증기 등의 열매체를 이용하여 온도조절을 하였다. 특히, 본 발명에 따른 실시예에서는 반응 부산물인 메탄올을 다시 회수하여 이를 반응물로 재이용함으로써 제조 비용을 절감할 수 있는 장점을 갖는다.

(8) 반응시 주의사항

본 발명에 따른 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법은 발열반응이기 때문에, 온도 조절에 특별한 주의를 요한다. 따라서, 본 발명에서는 메틸 아크릴레이트를 한꺼번에 메탄올과 반응시키지 않도록 하기 위해 적하 깔대기를 이용하여 상당 시간 동안 서서히 적하하면서 반응기 내의 온도 조절에 각별한 주의를 기울였다.

이상에서 구체적인 실시예를 들어 설명한 것은 본 발명의 이해를 돕기위한 것이므로, 상기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 목적으로 사용되어서는 안된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명은 다양하게 변형될 수 있으며, 이들 또한 본 발명의 범위에 속함은 자명하다.

본 발명에 따른 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법에 따르면, 고수율로 메틸 메톡시 프로피오네이트를 공급할 수 있어 제품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (4)

1. 메틸아크릴레이트와 상기 메틸아크릴레이트 1몰을 기준하여 1 내지 3몰의 메탄올을 포함하는 출발물질을 준비하는 단계;

   알칼리금속 알콕사이드를 반응촉매로 첨가하여 하기 반응식 1에 따른 반응을 실시하는 단계; 및

   [반응식 1]

   aCH₃OH + CH₂=CHCOOCH₃--＞ CH₃OC₂H₄COOCH₃+ (a-1)CH₃OH

   (상기 반응식 1에서, a는 1 내지 3이다)

   상기 반응결과물에 산을 첨가하여 반응촉매를 중화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 반응단계는 40 내지 70℃의 범위 내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 반응촉매로 메톡시화나트륨을 이용하는 것을 특징으로 하는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 중화단계에서 첨가되는 산은 황산인 것을 특징으로 하는 메틸 메톡시 프로피오네이트 제조방법.