KR20090098917A - 낮은 포름산 함량을 갖는 포름알데히드로부터 폴리알콜을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매로서 3급 아민을 사용하는 알돌 반응에서 포름알데히드와 2개 내지 24개 탄소 원자를 갖는 알데히드의 축합에 의해 하기 화학식 II의 알칸알을 형성하고, 후속적으로 화학식 II의 알칸알을 수소화시켜 하기 화학식 I의 폴리메틸올 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
<화학식 I>
Figure 112009047636403-PCT00006
<화학식 II>
Figure 112009047636403-PCT00007
식 중, 라디칼 R은 추가 메틸올기 또는 1개 내지 22개 탄소 원자를 갖는 알킬기, 또는 6개 내지 22개 탄소 원자를 갖는 아릴 또는 아르알킬기이다.
상기 방법의 구체적인 발명의 특징은 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만의 포름산 함량을 갖는 포름알데히드 수용액을 사용하는 알돌 반응을 수행하는 것이다.
상기 방식의 방법의 수행에서, 유리하게는 부산물의 형성을 표적화된 방식으로 방지하며, 이에 따라 목적 폴리메틸올 화합물의 수율을 증가시킬 수 있다.
알돌 반응, 폴리메틸올, 포름알데히드, 포름산

Description

낮은 포름산 함량을 갖는 포름알데히드로부터 폴리알콜을 제조하는 방법 {PROCESS FOR PREPARING POLYALCOHOLS FROM FORMALDEHYDE WITH A LOW FORMIC ACID CONTENT}
본 발명은 일반적으로 폴리알콜, 예컨대 네오펜틸 글리콜 또는 트리메틸올프로판으로도 불리는 폴리메틸올 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.
언급된 폴리알콜 중, 예를 들어 네오펜틸 글리콜 ("NPG") 및 트리메틸올프로판 ("TMP")은 표면 코팅, 우레탄 및 폴리에스테르의 제조를 위한 플라스틱 분야에서 사용된다. 일반적으로, 이들은 카니자로 (Cannizzaro) 방법에 의해 산업적으로 제조된다. 이 방법에 의해 트리메틸올프로판을 제조하기 위해, n-부티르알데히드를 무기 염기의 존재 하에 과량의 포름알데히드와 반응시킨다. 1 당량의 무기 포르메이트가 부산물로서 동시에 생성된다. 트리메틸올프로판으로부터의 염의 분리는 복잡하며 추가 비용을 초래한다. 또한, 이로운 방식으로 이용하는 경우 무기 염을 후처리 및 정제하여야 하며, 부산물의 형성은 화학량론적인 양의 사용되는 수산화나트륨 및 포름알데히드의 손실을 나타낸다. 추가적으로, 무기 카니자로 반응에서의 n-부틸알데히드를 기초로 한 수율은 만족스럽지 않은데, 추가로 이용할 수 없는 고비점 구성성분이 반응 과정 동안 형성되기 때문이다.
트리메틸올프로판에 대해 언급된 것과 유사한 문제점이 다른 폴리알콜, 예컨 대 트리메틸올에탄의 제조 (n-프로판알 및 포름알데히드로부터) 또는 트리메틸올부탄의 제조 (n-펜탄알 및 포름알데히드로부터) 또는 네오펜틸 글리콜의 제조 (이소부티르알데히드 및 포름알데히드로부터)에 존재한다. 이러한 불리함을 피하기 위해, WO 98/28253은 먼저 촉매로서 3급 아민을 사용하는 알돌 반응에서 포름알데히드와 2개 내지 24개 탄소 원자를 갖는 알데히드의 축합에 의해 상응하는 알칸알을 형성시키고, 이를 후속적으로 상응하는 폴리알콜로 수소화시키는 (수소화 과정) 폴리알콜의 제조 방법을 개시한다. 이러한 방법은 부산물이 적다. 제1 단계 이후, 미반응 알데히드 및 아민 염기의 일부를 일반적으로 증류에 의해 메틸올알칸알로부터 분리 제거하고, 재순환시킨다. 증류 탑저물은 물, 사용된 염기의 포름산 염 및 포름산과 함께 알돌화 생성물, 즉 메틸올알칸알, 예를 들어 히드록시피발알데히드 ("HPA")를 포함한다. 상기 방법에서, 메틸올알칸알을 20 내지 70 중량％ 농도 수용액으로 얻는다.
다가 알콜, 예컨대 펜타에리스리톨, 네오펜틸 글리콜 ("NPG") 또는 트리메틸올프로판 ("TMP")이 메틸올알칸알 수용액으로부터 제조되는 것인 경우, 이들 용액은 수소화시켜야 한다.
이러한 수소화는 일반적으로 80℃ 이상의 온도에서 수행된다. 유리 알데히드로의 메틸올기의 재해리, 및 또한 에테르, 에스테르 및 아세탈 형성이 수소화 반응기에서 관찰된다. 이러한 부반응은 낮은 수소화 선택성 및 낮은 다가 알콜 수율을 유발한다.
추가적으로, 여러 수소화 촉매는 이들 조건 하에 안정하지 않다. 특히, EP- A 44 444 및 DE-A 19 57 591로부터 알려진 것과 같은 구리의 산화물 기재의 촉매는 수소화 조건 하에서 이들 메틸올알칸알 수용액의 존재 하에 수소화 활성을 계속적으로 손실하며, 그의 작동 수명은 감소하여, 최악의 경우에 사용할 수 없게 된다.
제조 방법의 결과로서 포름알데히드에 존재하거나 또는 알돌 반응 중 카니자로 반응을 통해 포름알데히드로부터의 부산물로서 형성되는 포름산이 수소화 과정 동안 CO2 및 H2로, 또는 CO 및 H2O로 분해된다는 것을 알게 되었다. CO 및 CO2는 수소화로부터의 폐가스에서 검출할 수 있다. 포름산의 분해 속도는 온도 및 촉매 수명에 의존성이라는 것이 관찰되게 되었다.
CO 및 CO2가 특히 구리 촉매의 수소화 활성에 악영향을 갖는 촉매 활성 억제제라는 것이 밝혀졌다. CO 및 CO2를 수소에 조심스럽게 첨가하는 것은 수소화 반응기에서 H2 부분압, H2의 절대량 및 pH가 일정하게 유지된 경우에서도 구리 촉매의 수소화 활성에서 상당한 감소를 유발한다.
촉매의 감소된 수소화 활성은 적어도 일부 시간에 걸쳐 반응 온도의 증가에 의해 상쇄될 수 있다. 그러나, 반응 온도의 상승과 함께 부반응이 증가하며, 증가된 사용량 뿐만 아니라 오염된 생성물 또한 유발한다는 불리함이 있다. 따라서, 예를 들어 상응하는 알콜 NPG 및 TMP로의 히드록시피발알데히드 또는 디메틸올부탄알의 수소화에서 온도가 증가하기 때문에 레트로알돌 반응이 일어난다. 여기서 형성된 알데히드는 바람직하지 않은 부산물로 수소화되며 (NPG의 경우 이소부탄올 및 메탄올이 이러한 방식으로 형성되며, TMP의 경우 2-메틸부탄올, 2-에틸-1,3-프로판 디올 및 메탄올이 형성됨), 수율은 상응하게 감소된다. NPG의 합성의 경우, NPG 및 HPA의 시클릭 아세탈의 증가된 형성이 승온에서 관찰된다. 이러한 부산물은 증류에 의해 NPG로부터 분리될 수 없으며, 이에 따라 덜 순수한 목적 생성물을 생성한다. 추가로, 높은 온도는 HPA의 열 티슈첸코 (Tishchenko) 반응을 촉진하여 히드록시피발린산 (HPN)의 네오펜틸 글리콜 에스테르를 형성한다. 이러한 부반응으로 인해, 촉매 상수의 수소화 활성을 유지하기 위한 수단으로서 온도를 상승시키는 것은 경제적 인자, 예컨대 수율 및 생성물 순도에 의해 제한된다.
따라서, 본 발명의 목적은 예를 들어 본원에 명백히 참고로 포함되는 WO 98/28253으로부터 알려지게 된 것과 같이, 촉매로서 3급 아민을 사용하는 알돌 반응으로 포름알데히드와 알데히드의 축합에 의해 상응하는 알칸알을 형성하고, 후속적으로 수소화시켜 폴리메틸올 화합물을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이며, 여기서 형성되는 메틸올 알칸알의 재해리가 대부분 억제되며, 에테르, 에스테르 및 아세탈의 형성이 대부분 방지되고, 긍정적인 영향이 촉매의 작동 수명에 발휘된다. 추가적으로, 상기 방법은 양호한 수소화 선택성 및 수율로 다가 알콜을 얻는 것이 가능하도록 하여야 한다.
상기 목적은 촉매로서 3급 아민을 사용하는 알돌 반응에서 포름알데히드와 2개 내지 24개 탄소 원자를 갖는 알데히드의 축합에 의해 하기 화학식 II의 알칸알을 형성하고, 후속적으로 수소화시켜 하기 화학식 I의 목적 폴리메틸올 화합물을 제조하며, 여기서 상기 알돌 반응은 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 바람직하게는 50 ppm 미만의 포름산 함량을 갖는 포름알데히드 수용액을 사용하여 수 행하는 방법에 의해 달성된다.
Figure 112009047636403-PCT00001
Figure 112009047636403-PCT00002
식 중, 라디칼 R은 각각 서로 독립적으로 추가의 메틸올기 또는 1개 내지 22개 탄소 원자를 갖는 알킬기, 또는 6개 내지 22개 탄소 원자를 갖는 아릴 또는 아르알킬기이다.
산업적으로 이용가능한 포름알데히드는 일반적으로 30, 37 및 49 중량％의 농도의 수용액으로 시판된다. 이러한 공업용-등급 포름알데히드는 메탄올의 탈수소화에 의한 그의 제조 결과로서 포름산을 포함한다. 이러한 포름산 함량은 공업용-등급 포름알데히드의 저장 동안 추가로 증가한다. 본 발명에 따라 크게 감소된 포름산 함량을 갖는 포름알데히드 수용액의 사용은 달성되는 양호한 수율과 함께 수소화 촉매의 긴 작동 수명을 부여할 수 있다는 것을 알게 되었다.
시판 염기성 이온 교환체로 처리된 포름알데히드 또는 포름알데히드 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 가능한 음이온 교환체는 그 자체로 공지된 강염기, 약염기 및 중염기 겔 또는 거대다공질 이온 교환체이다. 예를 들어, 디비닐벤젠과 가교된 폴리스티렌 구조를 가지며 관능기로서 3급 아미노기를 함유하는 음이온 교 환체가 있다. 디비닐벤젠와 가교된 아크릴산 또는 메타크릴산 기초의 이온 교환체, 또는 포름알데히드 및 페놀의 축합에 의해 제조된 수지 또한 가능성이 있다.
가능한 음이온 교환체의 구체적인 예는 시판 제품 앰버셉(Ambersep)® 900, 앰버리스트(Amberlyst)® 및 앰버라이트(Amberlite)® (롬 앤 하스 (Rohm and Haas; 미국 필라델피아 (Philadelphia, USA) 소재)), 및 또한 르와팃(Lewatit)® (란세스 (Lanxess; 레버쿠젠 (Leverkusen) 소재))이 있다.
네오펜틸 글리콜의 제조에 대한 예로서 비제한적으로 기재될 수 있는 본 발명의 방법의 수행에서, 이소부티르알데히드를 먼저 알돌 반응에서 150 ppm 미만, 바람직하게는 100 ppm 미만, 바람직하게는 50 ppm 미만의 포름산 함량을 갖는 포름알데히드 수용액 및 3급 아민 형태의 촉매와 반응시킨다. 이는 히드록시피발알데히드, 미반응 이소부티르알데히드 및 포름알데히드, 및 또한 언급된 아민 촉매 및 가능하게는 물의 혼합물을 제공한다.
후속적으로, 언급된 반응 혼합물을 증류 장치로 공급하며, 여기서 이를 쉽게 휘발되는 구성성분 및 덜 휘발되는 구성성분으로 분리한다. 중요한 성분으로서 미반응 이소부티르알데히드, 포름알데히드, 가능하게는 물 및 아민 촉매의 일부를 포함하는 저비등물 분획이 형성되도록 증류 조건을 선택한다. 이러한 저비등물 분획을 상기 기재된 것과 같이 알돌 반응의 수행시 재사용한다.
저비등물 분획을 분리 제거한 이후, 히드록시피발알데히드 및 물, 및 아민 촉매의 일부를 주성분으로 하는 상대적으로 비휘발성인 탑저 생성물은 언급된 증류에 의한 후처리에서 잔류한다.
본 발명의 포름알데히드 수용액에서의 감소된 포름산 함량으로 인해, 에테르 및 아세탈의 현저한 부산물 형성을 염려할 필요가 없다.
이후, 상기 방식으로 얻어진 히드록시피발알데히드를 그 자체로 공지된 방법에서 수소를 통해 촉매적으로 수소화시켜 네오펜틸 글리콜을 형성한다.
상기 기재된 작동 방식에 대한 별법으로서, 본 발명의 방법은 증류 장치 대신 상 분리기에 공급되는 알돌 반응에서 얻어진 반응 혼합물, 및 이러한 상 분리기에서 일어나는 반응 혼합물의 수성 상 및 유기 상으로의 분리로 수행할 수도 있다. 여기서는 문헌 [Ullmanns Encyklopaedie der technischen Chemie, 4th edition, volume 2, pp. 560 - 565, Verlag Chemie, Weinheim, 1972]에 기재된 것과 같은 액체-액체 분리에 통상적으로 사용되는 상 분리 장치를 사용하는 것이 가능하다.
알돌 반응은 일반적으로 5 내지 100℃, 바람직하게는 15 내지 80℃에서 수행하며, 체류 시간은 일반적으로 온도에 따라 0.25 내지 12시간으로 설정한다.
알돌 반응에서, 새로 첨가된 이소부티르알데히드 대 첨가된 포름알데히드의 양의 몰 비는 유리하게는 1:2 내지 1:5, 바람직하게는 1:2 내지 1:3.5이다. 알돌 반응에서 첨가되는 3급 아민 촉매의 양은 첨가된 이소부티르알데히드를 기준으로 일반적으로 0.001 내지 0.2 당량, 바람직하게는 0.01 내지 0.07 당량이며, 즉 아민은 촉매량으로 사용된다.
반응 혼합물을 저비등물 분획 및 탑저 생성물로 분리하기 위한 후속적인 증류는 일반적으로 50 내지 200℃, 바람직하게는 90 내지 160℃에서, 및 일반적으로 0.1 mbar 내지 10 bar, 바람직하게는 0.5 내지 5 bar, 특히 대기압에서 수행한다.
이는 필수적으로 메틸올알칸알, 예컨대 히드록시피발알데히드, 또는 사용되는 출발 화합물에 따라 상응하는 알칸알로 이루어진 알돌화 생성물을 제공한다. 이는 수소화 공급물로서 작용하며, 적합한 수소화 반응기에서 촉매적으로 수소화된다.
본 발명에 따라 사용할 수 있는 촉매는 수소화에 적합하며 바람직하게는 통상적인 지지 물질, 특히 바람직하게는 티탄, 지르코늄, 하프늄, 규소 및/또는 알루미늄의 산화물 중 하나 상의 하나 이상의 원소 주기율 표의 8 내지 12족의 전이 금속, 예를 들어 Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, An, Zn, Cd, Hg, 바람직하게는 Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Pd, Pt, 특히 바람직하게는 Cu를 포함하는 촉매이다. 본 발명에 따라 사용할 수 있는 촉매는 상기 지지된 촉매의 제조에 대해 선행 기술로부터 알려진 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 하나 이상의 마그네슘, 바륨, 아연 및 크롬 원소의 존재 또는 부재 하에 산화알루미늄 또는 이산화티탄을 포함하는 지지 물질 상의 구리를 포함하는 지지된 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 촉매 및 그의 제조법은 WO 99/44974에 알려져 있다.
추가적으로, 예를 들어 WO 95/32171에 기재된 것과 같은 구리를 포함하는 지지된 촉매, 및 EP-A 44 444 및 DE 19 57 591에 개시된 촉매 또한 본 발명에 따른 수소화에 적합하다.
수소화는 예를 들어 촉매 층으로 충전된 반응기 튜브에서 배치식 또는 연속식으로 수행할 수 있으며, 여기서 반응 용액은 DE-A 19 41 633 또는 DE-A 20 40 501에 기재된 것과 같이 예를 들어 하향 또는 상향 방식으로 촉매 층을 통과한다. 반응으로부터의 산출물의 서브스트림을 적절한 경우 냉각시키면서 재순환시키고, 다시 고정된 촉매 층에 통과시키는 것이 유리할 수 있다. 유사하게는, 예를 들어 2개 내지 4개 반응기가 직렬로 연결된 다수의 반응기에서 수소화를 수행하는 것이 유리할 수 있으며, 여기서 수소화 반응은 최종 반응기의 개개 반응기 업스트림에서 예를 들어 50 내지 98％의 부분 전환만을 수행하며, 수소화는 단지 최종 반응기에서 완료된다. 여기서는 이전 냉각기로부터의 수소화 산출물이 다음 반응기로 들어가기 전에 예를 들어 냉각 장치를 통해, 또는 냉각 기체, 예컨대 수소 또는 질소의 주입 또는 냉각 반응 용액의 서브스트림의 도입에 의해 냉각시키는 것이 유리할 수 있다.
수소화 온도는 일반적으로 50 내지 180℃, 바람직하게는 90 내지 140℃ 범위이다. 사용되는 수소화 압력은 일반적으로 10 내지 250 bar, 바람직하게는 20 내지 120 bar이다.
수소화 산출물이 pH 7 내지 9를 가질 때까지 수소화 반응기로의 주입구의 3급 아민 업스트림과 수소화 공급물을 혼합한다. 또한, 3급 아민의 수소화 공급물을 별도로 반응기로 공급하고, 이를 거기서 혼합하는 것이 가능하다.
달리, 알데히드의 수소화에 통상적이며 표준 문헌에 상세히 기재된 임의의 수소화 방법을 이용하고 수소화 촉매를 사용하는 것이 가능하다.
이러한 방식으로 얻어진 조질의 네오펜틸 글리콜을 통상적인 방법으로 증류하여 정제할 수 있다.
본 발명의 방법은 유기 용매 또는 가용화제를 첨가하거나 또는 첨가하지 않 고 수행할 수 있다. 특히 장쇄 알데히드를 출발 물질로서 사용하는 경우, 용매 또는 가용화제의 첨가가 유리하다는 것을 입증할 수 있다. 본 발명의 방법의 개별적 증류에서의 저비등 화합물을 갖는 적합한 최소 비점 비등방성 혼합물을 형성하는 용매의 사용은 이러한 증류에서 에너지 소모가 감소되고/거나 보다 쉽게 제조되도록 증류에 의해 고비등 화합물로부터 저비등물을 분리할 수 있다.
적합한 용매는 예를 들어 시클릭 및 비-시클릭 에테르, 예컨대 THF, 디옥산, 메틸 tert-부틸 에테르, 또는 알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올 또는 2-에틸헥산올이다.
알돌화 반응에 대해 기재된 반응 절차는 1 내지 30 bar, 바람직하게는 1 내지 15 bar, 특히 바람직하게는 1 내지 5 bar 압력에서, 유리하게는 해당 반응 시스템의 내재적 압력 하에 수행할 수 있다.
신규 방법은 카르보닐기에 대한 α 위치에서 메틸렌기를 갖는 실질적으로 모든 알칸알에 적용할 수 있다. 2개 내지 24개 탄소 원자를 가지며 선형 또는 분지형이거나, 출발 물질로서 알리시클릭기를 포함할 수 있는 지방족 알데히드를 사용하는 것이 가능하다. 유사하게, 출발 물질로서 아르지방족 알데히드를 사용하는 것이 가능하되, 단 이들은 카르보닐기에 대한 α 위치에 메틸렌기를 포함한다. 일반적으로, 출발 물질로서 8개 내지 24개 탄소 원자, 바람직하게는 8개 내지 12개 탄소 원자를 갖는 아르알킬 알데히드, 예를 들어 페닐아세트알데히드를 사용한다. 2개 내지 12개 탄소 원자를 갖는 지방족 알데히드, 예를 들어 3-에틸부탄알, 3-n-프로필부탄알, 3-이소프로필부탄알, 3-n-부틸부탄알, 3-이소부틸부탄알, 3-sec-부 틸부탄알, 3-tert-부틸부탄알 및 또한 상응하는 -n-펜탄알, -n-헥산알, -n-헵탄알; 4-에틸펜탄알, 4-n-프로필펜탄알, 4-이소프로필펜탄알, 4-n-부틸펜탄알, 4-이소부틸펜탄알, 4-sec-부틸펜탄알, 4-tert-부틸펜탄알, 상응하는 -n-헥산알, -n-헵탄알; 5-에틸-n-헥산알, 5-n-프로필-n-헥산알, 5-이소프로필-n-헥산알, 5-n-부틸-n-헥산알, 5-이소부틸-n-헥산알, 5-sec-부틸-n-헥산알, 5-tert-부틸-n-헥산알, 상응하는 -n-헵탄알; 3-메틸헥산알, 3-메틸헵탄알; 4-메틸펜탄알, 4-메틸헵탄알, 5-메틸-헥산알, 5-메틸헵탄알; 3,3,5-트리메틸-n-펜틸, 3,3-디에틸펜틸, 4,4-디에틸펜틸, 3,3-디메틸-n-부틸, 3,3-디메틸-n-펜틸, 5,5-디메틸헵틸, 3,3-디메틸헵틸, 3,3,4-트리메틸펜틸, 3,4-디메틸헵틸, 3,5-디메틸헵틸, 4,4-디메틸헵틸, 3,3-디에틸헥실, 4,4-디메틸헥실, 4,5-디메틸헥실, 3,4-디메틸헥실, 3,5-디메틸헥실, 3,3-디메틸헥실, 3,4-디에틸헥실, 3-메틸-4-에틸펜틸, 3-메틸-4-에틸헥실, 3,3,4-트리메틸펜틸, 3,4,4-트리메틸펜틸, 3,3,4-트리메틸헥실, 3,4,4-트리메틸헥실, 3,3,4,4-테트라메틸펜틸 알데히드; 특히 C2-C12-n-알칸알이 바람직하다.
그의 제조법이 본질적 요소에 관하여 예로서 본원에 기재되어 있는 상기 언급된 네오펜틸 글리콜과 별개로, 또한 트리메틸올프로판의 제조에 대해 n-부티르알데히드, 펜타에리스리톨의 제조에 대해 아세트알데히드, 트리메틸올에탄의 제조에 대해 프로피온알데히드, 및 트리메틸올부탄의 제조에 대해 n-펜탄알을 사용하는 것이 바람직하다.
포름알데히드와 알데히드의 축합에 적합한 3급 아민은 예를 들어 DE-A 28 13 201 및 DE-A 27 02 582에 기재된 것과 같은 그 자체로 공지되어 있는 아민이다. 트리-n-알킬아민, 예컨대 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리-n-부틸아민, 및 특히 트리메틸아민이 특히 바람직하다.
본 발명은 출발 알데히드 및 포름알데히드 둘 다를 기초로 높은 수율을 제공하며, 아민 촉매의 매우 적은 손실을 유발한다.
하기 실시예의 도움으로 본 발명을 예시한다.
포름산 함량의 측정
포름알데히드의 포름산 함량을 NaOH 수용액 (0.01 mol/L)을 사용하여 ppm (백만당 부) 단위로 산정량적으로 측정하였다. 도시맷(Dosimat) E685를 갖는 티트리노(Titrino) 736GP, 메트롬(Metrohm) 조합 유리 전극 (6.0210.100) 및 메트롬 온도 센서 PT100/PT1000을 갖는 메트롬 티넷(TiNet) 적정 시스템을 사용하여 측정을 수행하였다.
49％ 농도 수용액 형태의 포름알데히드 46 g을 실온에서 HPLC 용수로 100 ml로 희석시켰다. 샘플을 pH 6 내지 6.5에서 종말점 (EP1)까지 NaOH 용액으로 동적 적정하였다.
포름산 함량을 아래와 같이 계산하였다.
Figure 112009047636403-PCT00003
히드록시피발알데히드의 네오펜틸 글리콜로의 수소화
비교예: 수소화 공급물 A
a) 알돌화
이소부티르알데히드 1.1 mol을 75℃에서 1시간 동안 이소부티르알데히드를 기준으로 1.5 중량％의 메탄올 및 포름산 200 ppm 및 트리메틸아민 4 mol％의 함량을 갖는 49 중량％ 농도 형태의 포름알데히드 1 mol과 함께 교반하였다. 대기압에서 저비등물, 예컨대 이소부티르알데히드 및 물의 일부의 증류 제거에 의해 반응 용액을 농축시켰다. 얻어진 탑저물은 히드록시피발알데히드 75 중량％, 물 20 중량％ 및 다른 유기 부 성분 약 5 중량％를 포함하였다.
실시예 1: 수소화 공급물 B
포름알데히드 49 중량％, 메탄올 1.5 중량％ 및 포름산 200 ppm의 함량을 갖는 포름알데히드 수용액을 시판 염기성 이온 교환체 앰버셉® 900 OH (롬 앤 하스; 미국 필라델피아 소재)에 통과시켰다. 이러한 처리 이후, 적정을 통해 포름산 함량을 측정하였으며, 10 ppm인 것으로 밝혀졌다.
수소화 공급물 A 및 B의 수소화
a) 촉매 활성화
EP 44444의 실시예 1에 기재된 것과 같은 Cu/Al2O3 촉매 150 ml를 190℃에서 24시간 동안 대기압에서 촉매를 통해 수소 5 부피％ 및 질소 95 부피％의 혼합물 (총 부피: 50 표준 l/h)을 통과시켜 튜브 반응기에서 활성화시켰다.
수소화
수소화 공급물 A로서의 상기 기재된 혼합물을 출발 용액으로서 제공하였다. 수소화 공급물을 105℃로 가열된 반응기를 통해 37 bar의 H2 압력에서 하향 통과시킨다. WHSV는 히드록시피발알데히드/ (lcat.*h) 0.2 kg이었다. 15 중량％ 농도 용액 형태의 트리에틸아민을 수소화 공급물에 첨가하여 수소화 산출물에서 pH 7.9를 설정하였다. 수소화 산출물의 일부를 다시 공급물에 혼합하였다 (재순환 방식). 평균 pH 8.8에서 95.3％의 평균 전환율이 수일에 걸쳐 달성되었다.
후속적으로, 공급물을 본 발명에 따른 수소화 공급물 B로 변경하였다. 상기 설정에서 평균 전환율은 95.9％였다.

Claims (6)

  1. 촉매로서 3급 아민을 사용하는 알돌 반응에서 포름알데히드와 2개 내지 24개 탄소 원자를 갖는 알데히드의 축합에 의해 하기 화학식 II의 알칸알을 형성하고, 후속적으로 화학식 II의 알칸알을 수소화시키며, 여기서 알돌 반응은 150 ppm 미만의 포름산 함량을 갖는 포름알데히드 수용액을 사용하여 수행하는 것인, 하기 화학식 I의 폴리메틸올 화합물의 제조 방법.
    <화학식 I>
    Figure 112009047636403-PCT00004
    <화학식 II>
    Figure 112009047636403-PCT00005
    식 중, 라디칼 R은 각각 서로 독립적으로 추가의 메틸올기 또는 1개 내지 22개 탄소 원자를 갖는 알킬기, 또는 6개 내지 22개 탄소 원자를 갖는 아릴 또는 아르알킬기이다.
  2. 제1항에 있어서, 알돌 반응을, 100 ppm 미만의 포름산 함량을 갖는 포름알데히드 수용액을 사용하여 수행하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 프로피온알데히드를 트리메틸올에탄으로 전환시키거나, n-부티르알데히드를 트리메틸올프로판으로 전환시키거나, 아세트알데히드를 펜타에리스리톨로 전환시키거나, 또는 이소부티르알데히드를 네오펜틸 글리콜로 전환시키는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반응을 연속적으로 수행하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매로서 3급 아민을, 5 내지 12의 pH가 반응 혼합물에서 달성되도록 하는 양으로 사용하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매로서 트리메틸아민을 사용하는 방법.
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