KR20150145254A - 이온 액체 화합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학식 (I)의 이온 액체 화합물과 알킬화 및 아릴화, 아실화, Diels Alder, 올리고머화화 같은 반응에서 이의 응용을 제공한다.
[(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
화학식 I
본 발명은 화학식 (I)의 이온 액체 화합물 제조 공정을 제공하며 이는 화학식 NR1R2R3의 아민과 화학식 M1Xj의 금속염을 혼합하는 공정과 이온 염 복합체와 화학식 M1Xj 의 금속염을 혼합하여 이온 액체 화합물을 수득하는 공정에 의하여 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n의 이온 염 복합체를 제조하는 공정을 동반한다.

Description

이온 액체 화합물 {IONIC LIQUID COMPOUND}
본 발명은 이온 액체 화합물과 이의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 또한 화학 반응의 촉매 작용을 하는 이온 화합물의 사용에 관한 것이다.
이온 액체는 완전히 이온 또는 양이온 및 음이온의 결합으로 된 액체이다.'저온' 이온 액체는 일반적으로 100℃ 미만, 자주 상온보다도 낮은 용융점을 갖는 유기염이다.이온 액체는, 예를 들어, 알킬화 및 중합화 반응 뿐아니라 이량화 및 올리고머화, 아세틸화, 복분해, 공중합화 반응에서 촉매 및 용매로 이용하는데 적합하다.
한 부류의 이온 액체는 용해된 염 조성물이고, 이는 저온에서 융해되며 촉매 및 용매, 전해질로 유용하다. 이러한 조성물은 성분들의 개별적인 성분의 용융점 미만의 온도에서 액체인 성분들의 혼합물이다.
이온 액체는 구성이 완전히 이온만을 양이온과 음이온의 결합으로 포함하는 액체로 정의할 수 있다. 가장 통상적인 이온 액체는 유기 기반 양이온 및 무기 또는 유기 음이온으로부터 제조된 액체이다. 가장 통상적인 유기 양이온은 암모늄 양이온이지만, 포스포늄 및 설포니움 양이온도 자주 이용된다. 피리디늄 및 이미다졸륨의 이온 액체는 대개 가장 통상적으로 이용되는 양이온이다. 음이온은 BF4- 과 PF6-, Al2Cl7- 과 Al2Br7 같은 헤일로알루미네이트(haloaluminates), [(CF3SO2)2N)]-, 알킬 설페이트 (RSO3-), 카복실레이트 (RCO2-) 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 촉매적으로 가장 흥미있는 이온 액체는 암모늄 할라이드와루이스산(예컨데 AlCl3 및TiCl4, SnCl4, FeCl3 등)에서 유도된 것이다.클로로알루미네이트 이온 액체는 대개 가장 통상적으로 이용되는 이온 액체 촉매 시스템이다.
사슬식 올레핀으로의 벤젠의 알킬화는 광범위하게 실행되는 상업적 공정이다. 이 공정은 최종 생성물이거나 기타 중요한 공업적 화학물질 생산에서 중간 생성물로 이용될 수 있는 다양한 화학적 화합물을 생성하기 위해 실행된다. 방향성 탄화수소의 알킬화를 위한 가장 중요한 공정들 중 한 공정이 액체상 HF를 촉매로 채용하고 알킬 벤젠을 생성하기 위해 실행되며 이는 다시 술폰화 및 중화에 의하여 청정제로 전환된다.
US 특허 No. 3249650는 이소파라핀 및 올레핀의 반응을 위한HF 촉매의 이용을 개시한다. 이 반응은 이소파라핀-올레핀 스트림을 HF 촉매와 함께 알킬화 반응기안으로 통과시키는 공정과 연속적으로 탄화수소-HF 혼합물의 일부를 회수하는 공정을 동반한다.
US특허 No.3494971는 C10-C15올레핀으로 두 단계에서 벤젠을 플루오르화수소를 촉매로 100℉온도에서 알킬화하는 공정을 개시한다. 제1단계에서 채용된 HF 촉매는 이용된 촉매이고 제2단계에서 이용된 HF는 새로운 또는 재생 촉매이다.
US특허 No. 3560587는 올레핀으로 이소파라핀을 알킬화하기 위한 플루오르화수소 촉매의 이용을 개시한다. 이 공정에서 혼합물을 열교환기가 내장된 반응 냉각기를 통과시키고 여기서 혼합물을 HF촉매와 등온 반응 조건하에서 접촉시키고 반응 폐수를 다수의 구멍이 있는 판들이 일정 간격으로 설치된 반응 서커(soaker)로 통과시키며 여기서 알킬화반응이 더 진행된다.
US 특허 No. 3686354는 플루오르화수소 촉매의 존재하에서 이소부텐과 C4 모노 올레핀을 알킬화하여 고옥탄 파라핀 모터 연료를 생산하는 방법을 개시한다.US 특허 No. 3713615는 알킬화 장치의 폐수에서 액체 촉매를 분리하기 위한 침전 칸을 갖는 알킬화 분할기를 개시한다. 산 침전 칸 아래의 분할 칸에서 무거운 유분에서 가벼운 이소 파라핀을 떼낸다.
US 특허 No.4239931는 이소파라핀 제거 칼럼이 일체화된 산 촉매 재생 시스템에서 이소부텐을 프로필렌과 부틸렌의 혼합물로 200℉에서 플루오르화 수소산을 촉매로 알킬화하는 공정을 개시한다.
US 특허 No.3950448는 방향성 탄화수소와 올레핀 탄화수소의 HF 산 촉매 반응에 의하여 청정제 급 알킬레이트를 생성하는 공정을 개시한다. 이 공정은 방향성 농축물의 재생과 이용 및 청정 알킬레이트 생성물 재생을 위한 독특한 분할 설비를 개시한다.
알킬화 용 루이스산 촉매의 이용도 개시되었다. US 특허 No.3104267는 에틸렌을 사염화티타늄 및 알킬알루미늄디클로라이드/디알킬 알루미늄 클로라이드/알킬알루미늄세스키클로라이드를 함유하는 벤젠과 톨루엔, 크실렌과 접촉시켜 에틸렌을 방향성 물질의 실질적인 반응이 없이 긴 사슬 올레핀으로 중합화하는 공정과 상기 반응 혼합물을 건조 HCl/HBr로 접촉시켜 상기 긴 사슬 올레핀 알킬레이트가 방향성 탄화수소로 알킬화되는 공정으로 알킬 방향성 탄화수소를 제조하는 방법을 개시한다.
US 특허 No. 4219686는 두 단계로 이루어지는 무거운 알킬 벤젠 및 선형 도데실 벤젠을 생성하는 방법을 개시한다. 알루미늄클로라이드촉매의 존재하에서 C11 -C14 올레핀을 자동 응축하고 차후 벤젠을 알루미늄클로라이드의 존재하에서 상기 반응 혼합물로 알킬화하는데 여기서 상기 혼합물은 40-42℃에서 기체 염화수소로 포화된다.
US 특허 No.5284993는 이소파라핀으로의 올레핀의 알킬화에 이용되는 촉매 재생 방법을 개시한다. 촉매는 플루오로술폰산/트리플루오로메탄술폰산 및 메탄술폰산으로 되어 있다. 이 공정은 대체로 반응 동안에 바람직하지 않은 부산물로 생성되는 산용성 기름(ASO)의 제거에 대해 서술한다. 이 공정은 두 개의 불혼합성상인 ASO 및 메탄술폰산의 형성을 유발하는 물의 이용을 포함한다.
US20100094072A1는 이소파라핀-올레핀 알킬화를 위한 촉매의 이용을 개시한다. 이 촉매는 폴리아크릴산 지지체에 트리플루오로메탄술폰산을 혼합하여 얻어진다. 고체 촉매의 이용이 선형 알킬 벤젠의 생성을 용이하게 한다는 것이 밝혀졌다. US 특허 No. 5334793는 8-16개의 탄소 원자를 갖는 선형 파라핀을 함유하는 탈수소 유닛에서 수득된 올레핀 공급물로 벤젠을 알킬화하기 위한 HF 고체 산 촉매의 이용을 개시한다.
US 특허 No.7737312는 Fischer-Tropsch 반응에서 수득된 올레핀 스트림으로부터 선형 알킬 벤젠(LAB)을 생성하기 위한 UOP DETAL 고체 산 촉매의 이용을 개시한다.
유사하게, 알킬화 반응을 위한 여러 가지 기타 고체 촉매들이 현재까지 알려졌다: US 특허 No.3346657, US4358628, US4368342, US4513156, US4973780, US5196574, US5196624, US5344997, US5574198, US5777187, US5847254, US5894076, US6133492, US7655824,US2011/0118517,US20110144403.
또한, 알킬화 반응을 위한 여러 가지 기타 이온 액체 촉매들이 알려졌다. 예를 들어, WO/1998/003454는 벤젠을 10가 넘는 평균 탄소 함량을 갖는 올레핀 또는 6이 넘는 평균 탄소 함량을 갖는 클로로알칸, 이들의 혼합물과 반응시키기 위한 알킬 함유 아민 히드로 할라이드 이온 액체의 이용을 개시한다.
US 특허 No. 5824832는 선형 알킬 벤젠을 생성하기 위한 금속 할라이드 및 알킬 함유 아민 히드로할라이드 염의 혼합물을 포함하는 이온 액체를 개시한다. 금속 할라이드는 알루미늄 및 갈륨, 철, 동, 아연, 인듐으로 된 그룹에서 선택된 금속을 함유할 수 있는 공유 결합된 금속 할라이드이다.
WO/1999/003163는 유기 염과 금속으로 된 이온 액체를 포화시킨 다공 지지체로 된 촉매를 이용한 방향성 화합물의 알킬화를 개시한다. 유기 염은 피리디늄과 술포늄, 포스포늄, 구아니디늄, 암모늄의 할라이드로 이루어진 그룹에서 선택되며 금속 할라이드는 알루미늄과 갈륨, 철, 동, 아연, 인듐으로 이루어진 그룹에서 선택된다.
WO/2000/04180는 C2-C10올레핀으로 방향성 탄화수소를 알킬화하기 위한 사전 형성된 이온 액체와 방향성 탄화수소의 복합물을 포함한 촉매의 이용을 개시한다. 이온 액체는 화학식 RnMX3_n의 제1성분과 알킬암모늄할라이드 및 이미다졸륨 할라이드, 피리디늄 할라이드, 히드로카르빌 치환 4원소 암모늄 할라이드, 히드로카르빌 치환 4원소 포스포늄 할라이드, 이들의 혼합물로 된 그룹에서 선택된 제2성분을 포함한다.
US 특허 No. 7285698는 복합 이온 액체를 촉매로 이용한 이소부탄 및 C4 올레핀의 알킬화 방법을 개시한다. 이 이온 액체는 알킬 함유 아민 또는 피리딘의 히드로할라이드인 양이온과 알루미늄 할라이드과 동 또는 철, 아연, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 백금의 할라이드 또는 설페이트 또는 질산염의 혼합물인 음이온을 포함한다.
종래 기술 문헌에서 개시된 이온 액체 촉매는 알킬화 반응에서 이용될 때 덜 효과적인 것으로 밝혀졌다. 또한 이 공지된 이온 액체 촉매는 가격이 비싸다. 따라서 알킬화 반응과 같은 Friedel-craft 반응의 효과적인 촉매로 될 수 있는 비용 효과적인 이온 액체 화합물에 대한 필요가 제기된다.
본 발명의 일 실시예가 충족시키는 본 발명의 일부 목적들은 하기와 같다:
본 발명의 일 목적은 이온 액체 화합물의 전구체로 되는 이온 염 복합물을 제공하는 것이다.
볼 발명의 다른 일 목적은 이온 염 복합물의 제조를 위한 간단하고 비용 효과적인 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용매의 존재 또는 비존재하에서의 이온 염 복합물 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 촉매와/또는 용매로 이용될 수 있는 비용 효과적인 이온 액체 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이온 액체 화합물의 제조를 위한 간단하고 비용 효과적인 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용매의 존재하에서 실행되어 이온 액체의 바람직한 점도를 달성하는 이온 액체 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은Diels-Alder 반응, 알킬화 및 아실화, 알킬 술폰화 등과 같은 Friedel-craft 반응에 이용될 수 있는 이온 액체 촉매를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 알킬화 반응에서 촉매로 이용될 수 있는 재생 이온 액체 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이온 액체로 촉매작용된 Diels-Alder 반응, 알킬화 및 아실화, 알킬 술폰화 등과 같은 Friedel-craft 반응을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이온 액체 화합물을 이용한 간단하고 비용 효과적인 알킬화 반응을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이용된 이온 액체 촉매가 용이하게 회수 재생된 알킬화 반응을 제공하는 것이다.
본 발명은 화학식 (I)의 이온 액체 화합물을 제공하며:
[(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
화학식 I
여기서,
NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
X 또는 Y 는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
'n' 은 1 - 4,
'i' 은 1 - 6,
'j '은 1 - 4,
'k' 은 1 - 4,
'L' 은 1 - 7이고,
M1 = M2또는 M1M2,
X = Y 또는 XY이다.
전형적으로, 알킬기는 메틸 및 에틸, 프로필, 부틸, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되고; 아릴기는 벤질 및 페닐, 치환된 벤젠, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되며; 할로겐은F 및 Cl, Br, I로 이루어진 그룹에서 선택된다.
전형적으로, NR1R2R3 은 트리알킬아민이고; M1 또는 M2 은 Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이며; X 또는 Y는 할로겐이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 화학식(I)의 이온 액체 화합물의 제조 공정을 제공하며,
[(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
화학식 I
여기서,
NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
X 또는 Y 는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
'n' 은 1 - 4,
'i' 은 1 - 6,
'j '은 1 - 4,
'k' 은 1 - 4,
'L' 은 1 - 7이고,
M1 = M2또는 M1M2,
X = Y 또는 XY이다.
상기 공정은 하기 단계들을 포함한다:
i. 화학식NR1R2R3으로 표현되는 아민과 화학식M1Xj으로 표현되는 금속염을 혼합하여 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-으로 표현되는 이온 염 복합물 전구체를 제조하는 단계;
ii. 상기 염 복합물 전구체와 화학식 M2Yk으로 표현되는 금속염을 혼합하여 이온 액체 화합물을 수득하는 단계.
전형적으로, 단계 (i)은 -20 - 100의 온도에서 실행된다.
전형적으로, 단계 (i)은 에틸 아세테이트 및 에타놀, 메타놀, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된 용매의 존재하에서 실행된다.
전형적으로, 단계 (ii) -20 - 100의 온도에서 실행된다.
전형적으로, 단계 (ii) 메틸 이소 부틸 케톤 및 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된 용매의 존재하에서 실행된다.
전형적으로, 아민 대 금속염의 몰비는 1:0.1 - 1:0.5이다.
전형적으로, 이온 염 복합물 전구체 대 금속염의 몰비는 1:3 - 1:6이다.
전형적으로, 이온 액체 화합물은 트리에틸아민과 AlCl3 을 혼합하여 이온 염 복합물 전구체, [(Et3N)3-Al]3+[(Cl)3]3 - 을 형성하는 단계;와 상기 이온 염 복합물 전구체를AlCl3으로 컴플렉싱하는 단계에 의하여 제조되는 [(Et3N)3-Al]3+[(AlCl3)6Cl3]3-이다. .
본 발명의 또 다른 일 양태에 따라, 화학식 (II)에 의하여 표현되는 이온 염 복합물 전구체가 제공되며,
[(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-
화학식 II
여기서,
NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
X 또는 Y 는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
'n' 은 1 - 4,
'i' 은 1 - 6,
'j '은 1 - 4이다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따라, 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-에 의하여 표현되는 이온 염 복합물 전구체의 제조 공정이 제공되며 이는 화학식 NR1R2R3에 의하여 표현되는 아민과 화학식 M1Xj에 의하여 표현되는 금속염을 혼합하는 단계를 포함한다.
전형적으로, 이온 염 복합물 전구체는 트리에틸아민과 AlCl3을 혼합하여 제조된 [(Et3N)3-Al]3+[(Cl)3]3 - 이다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따라, 20-100의 온도에서, 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-의 이온 액체 화합물의 존재하에서, C1-C20 지방성 화합물 및 C6-C8 방향성 화합물, 헤테로 아릴 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 화합물의 알킬화 반응 및 알릴화 반응, 아실화 반응, Diels-Alder 반응, 올리고머 반응으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 반응을 실행하기 위한 공정을 제공한다. 여기서,
NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
X 또는 Y 는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
'n' 은 1 - 4,
'i' 은 1 - 6,
'j '은 1 - 4,
'k' 은 1 - 4,
'L' 은 1 - 7이고,
M1 = M2또는 M1M2,
X = Y 또는 XY이다.
전형적으로, 상기 반응은 올레핀, 파라핀, 알킬 또는 아릴할라이드, 디알킬 또는 디아릴설페이트, 디알킬 또는 디아릴카보네이트, 알코올, 카복실산, 에스테르, 티올, 카르벤으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 반응물질을 이용하여 실행된다.
전형적으로, 상기 반응물질은 2-50개의 탄소 원자를 갖는 올레핀 또는 올레핀의 혼합물이다.
전형적으로, 이온 액체 화합물 대 상기 화합물의 부피비는 0.01-1.5이다.
이 공정은 또한 상기 공정은 상기 이온 액체 화합물을 회수 재생하는 단계를 포함한다.
전형적으로, 상기 이온 액체 화합물은 새로운 이온 액체 화합물 및 재생 이온 액체 화합물, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
일 실시예에서 상기 반응은 벤젠의 알킬화이며; 상기 반응은 20-100의 온도에서, 바람직하게는 30-60의 온도에서 화학식
[(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-의 이온 액체 화합물과 알킬화제의 존재하에서 벤젠을 알킬화하여 선형 알킬 벤젠을 수득하는 단계를 포함한다.
전형적으로, 알킬화제는 적어도 C2-C50을 함유하는 올레핀 및C2 - C50을 함유하는 파라핀의 혼합물이다.
전형적으로, 알킬화제는 C10-C14 올레핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 올레핀이다.
전형적으로,벤젠 대 알킬화제의 비는 1:1-20:1, 바람직하게는, 6:1-10:1이다.
전형적으로, 벤젠의 알킬화는 1-10 대기, 바람직하게는 1-6 대기의 압력에서 진행된다.
도1은 이온 염 복합물 전구체의 제조에 관한 공정 흐름도를 예시한다;
도2는 이온 액체 화합물의 제조에 관한 공정 흐름도를 예시한다;
도3은 본 발명의 이온 액체 화합물을 이용한 알킬화 공정을 예시한다.
본 발명은 알킬화와 아실화, 알킬-술폰화 등과 같은 Diels-Alder 반응, Friedel-crafts 반응의 촉매작용을 하는 촉매와/또는 용매로 효과적으로 이용될 수 있는 이온 액체 화합물을 제공한다.
본 발명의 이온 액체 화합물은 화학식 (I)로 표현된다:
[(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
화학식 I
본 발명에 따라, NR1R2R3 은 아민을 나타내며, 여기서 R1과 R2, R3 은 알킬 기 또는 아릴기 또는 H이고 즉 아민은 알킬 아민 또는 아릴 아민이다. 알킬 기는 메틸 및 에틸, 프로필, 부틸,이들의 결합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 아릴기는 벤질과 페닐, 치환된벤젠, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된다.
M1 또는 M2 은Al과 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이다.
본 발명에 따라, X 또는 Y는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택된다. 본 발명에 따라, 할로겐은F와 Cl, Br, I로 이루어진 그룹에서 선택된다.
화학식 I에서,
'n' 은 1 - 4,
'i' 은 1 - 6,
'j '은 1 - 4,
'k' 은 1 - 4,
'L' 은 1 - 7이고,
M1 = M2또는 M1M2,
X = Y 또는 XY이다.
일 실시예에서, NR1R2R3은 트리알킬아민이고, M1 또는 M2 는 Al 및 Fe, Zn, Mn 및 Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물에서 선택된 금속이고 X 또는 Y는 할로겐이다.
전형적인 일 실시예에서, 이온 액체 화합물은 [(Et3N)3-Al]3+[(AlCl3)6Cl3]3-이다.
또 다른 본 발명의 일 양태에 따라, 화학식 (I)의 이온 액체 화합물의 제조를 위한 공정이 제공된다:
[(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
이 공정은 하기 단계들을 포함한다:
제1단계에서, 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-의 이온 염 복합체는 화학식 NR1R2R3의 아민과화학식 M1Xj 의 금속염을 혼합하여 제조한다.
제1단계는-20 - 100의 온도에서, 용매의 존재 및 비존재하에서 실행된다. 이 용매는 에틸 아세테이트 및 에타놀, 메타놀, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따라, 아민 대 금속염의 몰비는 1:0.1-1:0.5이다.
제2단계에서, 이온 염 복합체와 화학식M2Yk의 금속염을 혼합하여 이온 액체 화합물을 수득한다. 이온 염 복합체 대 금속염의 몰비는 1:3-1:6에서 유지된다. 제2단계는-20 - 100의 온도에서 용매의 존재 또는 비존재하에서 진행된다 이 용매는 에틸 아세테이트 및 에타놀, 메타놀, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
이온 염 복합체와 금속염을 반응시켜 형성된 복합체(이온 액체 화합물)는 공융 또는 비공융이다.
일 전형적인 실시예에서, 이온 액체 화합물은 [(Et3N)3-Al]3+[(AlCl3)6Cl3]3-이며, 이는 트리에틸아민 및 AlCl3을 혼합하여 이온 염 복합물 전구체를 형성하는 단계와 이온 염 복합물 전구체를 AlCl3로 컴플렉싱하는 단계에 의하여 제조된다.
본 발명은 화학식 (II)의 이온 염 복합물 전구체를 제공한다.
[(NR1R2R3)iM1]n+[Xj] n -
화학식 II
여기서, NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
X 또는 Y 는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
'n' 은 1 - 4,
'i' 은 1 - 6,
'j '은 1 - 4이다.
화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-의 이온 염 복합물 전구체는 화학식 NR1R2R3의 아민과 화학식 M1Xj금속염을 혼합하여 제조된다.일 실시예에서, 이온 염 복합물 전구체는 [(Et3N)3-Al]3+[(Cl)3]3 - 이며 이는 트리에틸아민과 AlCl3을 혼합하여 제조된다.
본 발명의 일 실시예에서, 이용된 AlCl3는 수화형태로 되어있다.
본 발명은 또한 첨부된 도면에 의하여 예시된다.
이온 염 복합물 전구체의 제조에 관한 공정 흐름도는 도1에서 예시된다. 이 공정은 배치(batch) 또는 반연속 또는 연속 모드로 실행된다.
도1에서,
(102) 는 예비혼합기이고; 이 예비혼합기는 배치(batch) 또는 연속, 피복된 교반기 또는 공전 혼합기 또는 제트 혼합기 또는 펌프 혼합기이다;
(104)는 이온 염 전구체 형성이 아민과 금속 할라이드 사이에서 진행되는 반응기를 나타내며, 이 반응기(104)는 피복된 교반기 또는 공전 혼합기, 슬러리 반응기 또는 이들의 결합물이 될 수 있다;
(106)은 (104)에서 수득된 슬러리가 여과되는 여과기를 나타낸다. 여과기(106)는 누체여과기 또는 누체 압력 여과기 또는 원심 또는 진공 여과기 또는 교반 누체여과기 및 건조기가 될 수 있다.
(108) 전구체가 완전히 건조되어 잔여의 용매를 제거하는 건조기를 나타내며, 건조기(108)는 트레이 건조기 및 칼럼 건조기, 진공 건조기, 교반식 박막건조기 또는교반 누체여과기 및 건조기와 같은 여과기와 건조기의 결합물이 될 수 있다.
(110)은 여과기 (106)에서 수득한 여과물에서 아민과 용매를 회수하기 위한 증류 시스템을 나타낸다. 이 증류 시스템(110)은 트레이 또는 버블 또는 충전층 증류 칼럼이 될 수 있으며 여기서 아민과 용매의 회수가 공중과 바닥 생성물로서 각기 진행될 수 있으며, 선택적으로 (110)은 강하막 증발기 또는 교반식 박막증발기 또는 강하막 증발기 또는 교반식 박막증발기의 결합물 또는 단일 또는 다중 작용 증발기가 될 수 있으며 여기서 아민과 용매가 같은 스트림으로 회수되어 예비혼합기(102)로 재순환된다.
일 실시예에서, 스트림1을 통한 AlCl3은 예비혼합기(102)에서 용매 스트림2와 혼합된다. 혼합은 배치(batch) 모드 또는 연속 모드로 진행된다. 초기 용매가 충진되고 차후 금속 할라이드가 연속 또는 반 연속모드로 서서히 추가될 수 있다. 이 용매는 에틸 아세테이트 및 에타놀, 메타놀, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
금속 할라이드 대 용매의 중량 대 부피 비는 1:0.5-1:10으로 다양하며 바람직하게는 1:5이다. 이 공정은 용매의 비존재하에서 실행될 수 있다.
냉각수 또는 냉각 소금물을 재킷 안으로 순환하여 예비 혼합기에서 유리된 열을 제거한다. 예비 혼합된 공급물을 스트림3을 통하여 반응기(104)로 이송한다. 반응기(104)에서 트리에틸아민을 스트림4를 통하여 반연속 모드 또는 연속 모드로 추가한다. 추가후, 30분-5시간의 혼합 시간을 주어 이온 염 전구체 형성을 보장한다.
일 실시예에서 첨가 순서를 변화시킬수 있고 즉 스트림1을 통한 트리에틸아민을 예비혼합기(102)에서 용매 스트림2와 혼합한다. 다음 예비 혼합 공급물을 스트림3을 통하여 반응기(104)에로 이송한다. 반응기 (104)에서, AlCl3을 스트림 4를 통하여 반 연속 모드 또는 연속 모드로 첨가한다.
첨가후, 30분-5시간의 혼합시간을 주어 이온 염 전구체 형성을 보장할 수 있다.
슬러리 물질을 차후 스트림 5를 통하여 여과기(106)으로 이송하며 여기서 고체물질이 여과된다. 이 고체 물질들을 건조기(108)로 이송하여 완결 건조된 이온 염 전구체를 얻는다.
일 실시예에서 선택적으로 용매 세척을 젖은 고체물질에 진행하여 건조 공정을 피한다. 이 용매에는 벤젠 및 톨루엔, 디클로로메탄 등이 포함되지만 이에 제한되지 않는다.
(106)에서 수득된 여과물을 스트림 14을 통하여 증류 (110) 처리하며 여기서 아민과 용매가 증류되어 (104) 및 (102)로 재순환된다. 선택적으로 스트림 14를 직접 증류처리(110) 하지 않고 (102)로 재순환할 수 있다. 건조기 (108)에서 수득된 잔여의 용매를 직접 스트림 8을 통하여 (102)로 재순환한다.
이온 염 복합물 전구체를 AlCl3 과 혼합하여 이온 액체 화합물을 형성한다.
도2는 이온 액체 화합물 /촉매의 제조를 위한 공정 흐름도이다. 이 공정은 배치(batch) 또는 반 연속 또는 연속 모드로 진행된다.
도2 에서,
(112) 는 단계에서 건조 이온 염 전구체 및 용매를 혼합하기 위한 제2 예비혼합기를 나타낸다. 예비혼합기(112)는 배치(batch) 또는 연속, jacketed 교반 용기 또는 정지 혼합기 또는 제트 혼합기 또는 펌프 혼합기가 될 수 있다;
(114)는 이온 액체 형성이 전구체 및 금속 할라이드에서 진행되는 반응기를 나타내며 이 반응기(114)는 재킷 교반기 또는 정지 혼합기, 슬러리 반응기, 이들의 결합물이 될 수 있다.
일 실시예에서, 이온 염 전구체는 스트림 9를 통하여 예비혼합기(112)로 이송되며 여기서 스트림 10을 통하여 이송되는 적합한 용매와 혼합된다.
이용된 이온 염 전구체는 건조 또는 용매 세척될 수 있다. 이 용매는 벤젠 및 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
수득된 슬러리는 다음 스트림11을 통하여 반응기(114)로 이송되며, 여기서 AlCl3을 스트림 12를 통하여 슬러리에 첨가하여 이온 액체를 형성한다. 첨가는 연속적일 수도 있고 반연속적일 수도 있다. 첨가후, 30분-5시간의 혼합 시간을 주어 이온 액체 형성의 완결을 보장할 수 있다. 이 이온 액체 화합물/촉매가 차후 스트림 13에 의하여 수집된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-.의 이온 액체 화합물의 존재하에서, C1 - C20 지방성 화합물 및 C6 - C8 방향성 화합물, 헤테로 아릴 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 화합물의 알킬화 반응 및 알릴화 반응, 아실화 반응, Diels Alder 반응, 올리고머 반응으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 반응을 실행하기 위한 공정을 제공한다.
일 실시예에서, 이 반응은 올레핀, 파라핀, 알킬 또는 아릴할라이드, 디알킬 또는 디아릴설페이트, 디알킬 또는 디아릴카보네이트, 알코올, 카복실산, 에스테르, 티올, 카르벤으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 반응물질을 이용하여 진행된다.
일 실시예에서 반응물질은 2-50의 탄소 원자를 갖는 올레핀 또는 올레핀 혼합물이다.
본 발명에서, 이온 액체 화합물 대 이 화합물의 부피비는 0.01-1.5이다. 이용된 이온 액체 화합물은 새로운 이온 액체 화합물 및 재순환 이온 액체 화합물, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된다. 이 공정은 또한 상기 이온 액체 화합물의 회수 및 재순환단계를 포함한다.
전형적인 실시예에서, 본 발명의 이온 액체 화합물 및 적어도 한가지 알킬화제의 존재하에서 벤젠을 알킬화하여 선형 알킬 벤젠을 수득하는 공정이 제공된다. 벤젠의 알킬화는 20-100, 바람직하게는 30-60의 온도에서 진행되었다. 이용된 알킬화제는 C10-C14올레핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 올레핀이다. 선택적으로 알킬화제는 적어도 한가지 C2 - C50 함유 올레핀과 C2 - C50함유 파라핀의 혼합물이다.
벤젠 대 알킬화제의 비는 1:1-20:1, 바람직하게는, 6:1-10:1이다.
벤젠의 알킬화는 1-10 대기, 바람직하게는 1-6 대기의 압력에서 진행되었다.
이 공정은 또한 트리알킬아민 또는 트리아릴아민과 같은 아민을 이용된 또는 불활성화된 이온 액체에서 회수하는 단계를 포함한다.
이 알킬화 공정은 도3의 방조로 하기에서 예시되었다.
도3에서,
(116)은 제1 혼합기를 나타내며;
(118)은 제2 혼합기를 나타내고; 혼합기 M1와 M2는 교반용기 또는교반용기또는 플러그 흐름 반응기 또는 정지 혼합기 또는 제트 혼합기 또는 펌프 혼합기 또는 이들의 결합물을 나타내며; (120)은 제1 침전기를 나타내며 이 침전기는 수평 또는 수직의 중력 침전 용기가 될 수 있고, 이는 일련의 수평 또는 수직 침전기로 진행되는단일 단계 침전 또는 다중 단계 침전일 수 있다;
(122)는 교반용기 또는 정지 혼합기 또는 제트 혼합기 또는 펌프 혼합기일 수 있는 제3 혼합기를 나타낸다;
(124)는 제2 침전기를 나타내며 이 침전기는 수평 또는 수직의 중력 침전 용기가 될 수 있고, 이는 일련의 수평 또는 수직 침전기로 진행되는 단일 단계 침전 또는 다중 단계 침전일 수 있다;
선택적으로 한 개의 침전기를 갖는 단 한 개의 혼합기 (116)만 있을 수 있고 여기서 상기 혼합기 (116)는 교반 용기 및 정지 혼합기, 제트 혼합기, 펌프 혼합기 또는 두 개의 침전기를 갖는 혼합기 (116)과 (118)일 수 있고, 여기서 상기 혼합기들 (116)과 (118)은 교반용기 또는 정지 혼합기 또는 제트 혼합기 또는 펌프 혼합기, 이들의 결합물일 수 있고, 또는 선택적으로 또 다른 침전기가 필요하다면 (116)과 (118) 사이에 포함될 수 있다;
(126)은 청정기를 나타내며 이는 교반용기 또는 원심분리기 또는 산흔적을 제거하기 위한 알루미나로 가득 찬 칼럼일 수 있다;
(128)은 제3 침전기를 나타내고;
(132)은 제1 분별증류 칼럼을 나타내며;
(134)은 제2 분별증류 칼럼을 나타내고;
(136)은 제3 분별증류 칼럼을 나타내며;
(130)은 촉매 회수 유닛을 나타낸다.
일 실시예에서, 예비 혼합 공급물은 라인1과 2에서 각각 오는 벤젠 및 올레핀 스트림을 혼합하여 제조된다. 예비 혼합된 공급물은 혼합기 (116)로 공급되며 여기서 새로운/재순환된/재생된 촉매가 라인3을 통하여 첨가된다.
또 다른 실시예에서 촉매(이온 액체 화합물)와 벤젠이 또 다른 예비혼합기에서 혼합되어 혼합기(116)에로 공급될 수 있다.
일 실시예에서 올레핀 공급 스트림은 순수한 올레핀 및 올레핀과 2-50, 바람직하게는 10-15개의 탄소원자를 갖는 파라핀 혼합물이 될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 혼합 올레핀 스트림은 85-90 wt% 파라핀과 10-15 wt% 올레핀을 함유한다.
알킬화 반응은 혼합기(116)에서 진행된다. (116)의 출구는 직접 제2 혼합기 (118)로 원료를 보내며 여기서 다른 반응이 진행된다. (118)에서 온도와 압력 조건은 (116)과 같거나 다를수 있다. 선택적으로 (116)과 (118) 사이의 침전기가 있을수 있고 여기서 (116)으로부터의 반응 혼합물이 이 침전기로 공급될 수 있고 층분리후 상부 탄화수소층이118로 새로운 촉매와 함께 이송될 수 있고 하부 촉매 층이 혼합기 (116)/(118)으로 직접 또는 촉매 회수 유닛 (130)으로 재순환될 수 있다.
특정한 실시예에서 올레핀 스트림은 분리될 수 있고 동시에 혼합기 (116)과 (118)로 보내질 수 있으며 이는 벤젠 대 올레핀의 몰비를 올리는 유리성을 갖는다.
118의 출구는 침전기 (120)로 원료를 보내며 여기서 탄화수소와 촉의 층들이 분리된다. (120)으로부터 보다 무거운 층이 라인 4를 통하여 혼합기 (116)/(122)로 직접 또는 촉매 회수 유닛 (130)을 통하여 재순환된다. 상부층은 탄화수소층이고혼합기 (122)로 라인 5를 통하여 공급되며 여기서 새로운/재순환/재생 촉매가 라인 3을 통하여 첨가된다. (122)으로부터의 출구가 침전기(124)로 원료를 공급하며 여기서 탄화수소와 촉매층이 분리된다. 선택적으로 혼합기 (116), (118)과 (122) 대신에 단 한 개의 혼합기가 있을수 있으며 여기서 (116)의 출구가 침전기(124)에 원료를 공급하거나 선택적으로 두 개의 혼합기 (116)과 (118)이 있을수 있으며 여기서 (118)의 출구는 침전기(124)에 원료를 공급할 수 있다. 무거운 촉매층이 (124)에서 라인6을 통하여 혼합기 (116)/(122)로 (130)를 통하여 재순환된다. 상부 탄화수소 층이 탄화수소층 청정기 (126)으로 라인7을 통하여 공급되며 여기서 탄화수소층의 탈산화가 진행된다.
일 실시예에서 탄화수소층이 물이나 알칼리 용액으로 라인8을 통하여세척되거나 직접 물이나 알칼리 용액의 첨가가 없이 직접 원심분리되어 탄화수소층에서 흔적 산 내용물을 제거한다.
일 실시예에서 물 또는 알칼리 대 탄화수소 층의 부피비는 0.2:1이며 알칼리의 농도는 알칼리 용액에서 2-50%일 수 있다.
일 실시예에서, 청정기 (126)은 탄화수소 층에서 산 흔적을 제거하기 위한 알루미나염기를 채운 충진 칼럼일 수 있다. 다른 실시예에서 청정기는 또는 스트리퍼 칼럼일 수 있고 여기서 산 흔적은 탄화수소층을 가열하여 제거하고 이에 의해산과 함께 벤젠을 부분제거 할 것이다.
또 다른 실시예에서 상기 청정기는 알루미나염기를 채운 스트리퍼 칼럼 및 충진 칼럼의 결합물일 수도 있고 그 반대일 수도 있다.
126의 출구는 침전기 (128)에 원료를 공급하며 여기서 층 분리가 일어난다. 물이나 알칼리 세척의 경우 바닥층은 양이 많은 수성 층일 수 있고 이는 라인9에 의한 폐수 처리를 위해 보내지며 반면에 원심분리 또는 결정화의 경우 바닥층은 작은 양의 촉매 층일 수 있고 이는 라인9를 통하여 (130)에 원료를 보낸다. (128)로 부터의 상부 탄화수소층은 분별증류 칼럼(132)으로 공급될 수 있고 여기서 벤젠이 증류되고 라인 11를 통하여 라인 1로 재순환된다. (132)의 잔여물을 라인 12을 통하여 분별증류 칼럼(134)으로 공급하여 라인 13을 통하여 파라핀을 회수한다. 분별증류 칼럼(134)의 잔여물은 분별증류 칼럼(136)으로 공급되어 라인 15에 의하여 선형 알킬 벤젠 생성물과 라인 16에 의해 무거운 알킬화된 생성물을 분리한다.
일 실시예에서 증류 칼럼 (132), (134)과 (136)은 압축 또는 대기압 또는 진공하에서 가동될 수 있다.
본 발명의 공정은 또한 아래에서 하기 실시예들에 의하여 예시된다. 여기서 이용된 실시예들은 다만 본 발명의 실시방식들이 실행된 방식을 용이하게 이해하도록 하고 당업자들이 이 실시방식들을 실시할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 따라서 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다.
실시예 -1: 트리에틸아민- 알루미늄 클로라이드 염 전구체의 제조
8.08 gm (0.061 mol)의 AlCl3 및 50 ml 의 에틸 아세테이트를250 ml RB 플라스크에N2 대기하에서 채웠다. 서서히 교반하면서, 18.4 gm (0.0182 mol)의 트리에틸아민을 30 분동안 15-20 ℃에서 첨가하여 물질을 수득하였다. 이 전체 물질을 4시간 동안 교반하였다. 결과의 혼합물을 차후 여과법으로 분리하였다. 이 고체물질을 100ml의 새로운 에틸 아세테이트로 세척하고 차후 건조하여 22gm의 트리에틸아민-알루미늄클로라이드 염 전구체를 수득하였다.
실시예 - 2:이온 액체의 제조
실시예1에서 수득한 15gm(0.034 mol) 의 전체 고체 가루와 20 ml 벤젠을 자기 교반기에 보관된 100ml 1목 RB 플라스크에 채웠다. N2흐름을 플라스크내부에 보장하였다. 이 플라스크를 물중탕에 10-15 ℃에서 보관하였다. 자기 바늘을 교반을 위하여 플라스크에 보관하였다. 서서히 27.5gm(0.206mol)의 AlCl3을 플라스크에 첨가하여 30분동안 교반하였다. 수득한 물질을 3-4시간 동안 교반하였다. 결과의 이온 액체를 닫긴 조건에서 보관하였다.
실시예 -3: 이온 액체의 제조
실시예1에서 수득한 15gm(0.034mol)의 전체 고체 가루를 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지된 100ml 1목 RB 플라스크에 채웠다. N2 흐름이 플라스크내부에 있도록 하였다. 이플라스크를 물중탕에 10-15℃에서 보관하였다. 서서히 29.3gm(0.21mol)의 AlCl3을 플라스크에 첨가하여 30분동안 교반하였다. 수득한 물질을 3-4시간 동안 교반하였다. 결과의 이온 액체를 닫긴 조건에서 보관하였다.
실시예 -4: 알킬화 반응
10-13% C10-C14 올레핀 과 87-90% 파라핀을 함유한 52.02 리터의 탄화수소 스트림과 20.02 리터의 벤젠을 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지된 250L 유리 반응기에 채워 가열 맨틀에 놓아두었다. N2 흐름을 반응기 내부에 보장하였다. 이 반응기를 차후 38-39℃로 가열하였다. 일단 온도에 이르면 실시예2에 의해 제조된 0.7kg의 이온 액체 촉매가 반응기에 첨가되고 5분동안 교반하였다. 5분후에 이 반응 물질을 10분간 침전하였다. 이 층들을 분리하였다. 상부 탄화수소 층을 분석하였다. 벤젠이99.7% 선형 알킬 벤젠으로 변화되었다.
실시예 -5
실시예4에 의해 수득된 하부 촉매 층이 새로운 탄화수소 스트림과 실시예3에서 제공된 벤젠과 함께 재순환되었다. 벤젠이99.7% 선형 알킬 벤젠으로 변화되었다.
실시예 -6: 알킬화 반응
141.5ml(124.3gm)의 벤젠을 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지된 250 ml RB 플라스크에 N2 atm 아래서 첨가되었다. 실시예2에서 제조된 7.5gm의 이온 액체 촉매를 플라스크에 첨가하였다. 23.4ml 벤질 클로라이드를 45-46℃의 플라스크에 첨가하고 15분간 교반하였다. 반응 완결 후, 촉매와 탄화수소층을 분리하였다. 상부 탄화수소층을 벤질 클로라이드 전환에 대하여 기체크로마토그래피로 분석하였다.
실시예 -7
실시예6에 의해 수득된 하부 촉매 층이 새로운 벤젠과 실시예6에서 제공된 벤젠과 함께 재순환되었다. 벤젠이99.7% 선형 알킬 벤젠으로 변화되었다.
실시예 -8: 올리고머화
10-13% C10-C14 올레핀과 87-90% 파라핀을 함유한 탄화수소 100mL를 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지한 250 mL 유리 반응기에 채워 가열맨틀에 놓아두었다.N2 흐름을 반응기 내에 보장하였다. 이 반응기를 차후 45℃로 가열하였다. 일단 온도에 이르면, 실시예-2 에서 제조된 0.1g의 이온 액체 촉매를 반응기에 첨가하고 10분동안 교반하였다. 10분 후에 이 반응 물질을 10분동안 침전시켰다. 이 층들을 분리하였다. 상부 탄화수소층을 분석하였다. 전환된 벤젠이 96.15% 였다.
실시예 -9: 페놀의 알킬화
23.5 g 의 Phenol 과 2.2 g 메틸 테르트-부틸 에테르 (MTBE)을 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지한 100mL 유리 반응기에 채워 가열맨틀에 놓아두었다. N2 흐름을 반응기내에 보장하였다. 이 반응기를 차후 60℃로 가열하였다. 일단 온도에 이르면, 실시예-2 에서 제조된 0.25g의 이온 액체 촉매를 반응기에 첨가하고 3시간동안 교반하였다. 3시간후에 이 반응 물질을 25mL 증류수와 혼합하였다. 전환된MTBE이 95% 였다.
실시예 -10: Diels Alder 반응
2.76 g 의 이소프렌과 1.02g 비닐 아세테이트를 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지한 100mL 유리 반응기에 채워 가열맨틀에 놓아두었다.N2 흐름을 반응기내에 보장하였다. 이 반응기를 차후 60℃로 가열하였다. 일단 온도에 이르면, 실시예-2에서 제조된 0.03g의 이온 액체 촉매를 반응기에 첨가하고 4시간동안 교반하였다. 4시간 후에 이 반응 물질을 10mL 에틸 아세테이트와 혼합하였다. 전환된 반응물이 98% 였다.
실시예 -11: 아세틸 클로라이드에 의한 벤젠의 아실화
19.5g의 벤젠과 3.5g 아세틸 클로라이드를 오버헤드스터러(overhead stirrer)하에 유지한 100mL 유리 반응기에 채워 가열맨틀에 놓아두었다. N2 흐름을 반응기내에 보장하였다. 이 반응기를 차후 60℃로 가열하였다. 일단 온도에 이르면, 실시예-2 에서 제조된 0.21g의 이온 액체 촉매를 반응기에 첨가하고 2시간 동안 교반하였다. 2시간 후에 이 반응 물질을 25mL 증류수와 혼합하였다. 전환된 아세틸 클로라이드를98% 였다.
실시예 -12: 염화벤조일에 의한 벤젠의 아실화
19.5g 의 벤젠과 1.95g 염화벤조일을 오버헤드스터러(overhead stirrer) 하에 유지한 100mL 유리 반응기에 채워 가열맨틀에 놓아두었다. N2 흐름을 반응기내에 보장하였다. 이 반응기를 차후 60℃로 가열하였다. 일단 온도에 이르면, 실시예-2 에서 제조된 0.21g의 이온 액체 촉매를 반응기에 첨가하고 3시간동안 교반하였다. 3시간후에 이 반응 물질을 15 mL증류수와 혼합하였다. 전환된 염화벤조일은 90% 였다.
실시예 -13: AlCl3-TEA/ ZnCl2 이온 액체의 합성
10g 의 AlCl3-TEA를 오버헤드스터러(overhead stirrer) 하에 유지한 100mL 유리 반응기에 채워 수욕조에 놓아두었다. 다음 18.66g 아연 클로라이드를 서서히 계속 저으면서 여기에 첨가하였다. N2 흐름을 반응기 내에 보장하였다. 이 혼합물을 3시간동안 교반하여 점성의 이온 액체를 얻었다.
실시예 -14: SbCl3-TEA/ FeCl3 이온 액체의 합성
22.5 g 의 SbCl3 와 100 mL 에타놀을 오버헤드스터러(overhead stirrer) 하에 유지한 100 mL 유리 반응기에 채워 수욕조에 놓아두었다. 다음 36g TEA를 서서히 계속 저으면서 여기에 첨가하였다. N2 흐름을 반응기 내에 보장하였다. 이 혼합물을 4시간 동안 교반하여 흰색의 고체를 얻었다. 이 반응 물질을 10분간 침전하였다. 이 고체를 분리하여 100℃에서 건조하였다.
10g 의 SbCl3-TEA이온 염 전구체를 오버헤드스터러(overhead stirrer) 하에 유지한 100mL 유리 반응기에 채워 수욕조에 놓아두었다. 다음18.31g FeCl3를 서서히 계속 저으면서 여기에 첨가하였다. N2 흐름을 반응기내에 보장하였다. 이 혼합물을 3시간동안 교반하여 점성의 이온 액체를 얻었다.
본 명세서에서 단어 《포함한다(comprise)》, 또는 《포함한다 (comprises)》이나 《포함하고 있는(comprising)》와 같은 변형들은 지적된 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수, 또는 단계의 그룹을 포함한다는 것을 나타내는 것으로 이해될 것이며, 임의의 다른 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수, 또는 단계의 그룹의 제외를 나타내는 것이 아니다.
《적어도》 또는 《적어도 한 개의》라는 용어는 본 발명의 실시예에서 하나이상의 바람직한 목적이나 결과를 달성하기 위해 이용되는 하나 이상의 요소 또는 성분 또는 수량의 사용을 나타낸다.
이 설명서에 포함된 문헌이나 행위, 재료, 장치, 제품 등은 본 발명의 컨텍스트를 제공하는 것을 목적으로 할 뿐이다. 본 출원의 우선권 날짜 전에 임의의 곳에 존재한 것으로 하여 이들중 임의의 것이나 모든 것이 종래 기술 기반의 부분으로 되거나 본 발명의 관련 분야의 통상의 지식으로 된다는 것을 인정하는 것으로 간주되지 말아야 한다.
각이한 물리적 파라미터들, 크기들 또는 양들에 대하여 언급된 수값들은 근사값들에 불과하며 파라미터들, 크기들 또는 양들에 배당된 이 수값들보다 크거나 작은 값들도 설명서에서 특별히 반대되게 언급하지 않는 한 본 발명의 범위에 들어간다는 것을 예상한다.
바람직한 실시예들의 특성에 대하여 상당한 강조를 주었으나 본 발명의 원리에서 이탈되지 않으면서 바람직한 실시예들에 많은 추가적인 특징을 추가할 수 있고 본 발명에 많은 변화를 줄 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서 이들 및 다른 변화들은 본 발명으로부터 당업자들에게 명백할 것이며 따라서 앞선 서술부분은 본 발명을 예시하기 위한 것이지 제한하는 것이 아님을 이해해야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 화학식 (I)의 이온 액체 화합물에 있어서,
    [(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
    화학식 I
    NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
    R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
    X 또는 Y 는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    'n' 은 1 - 4,
    'i' 은 1 - 6,
    'j '은 1 - 4,
    'k' 은 1 - 4,
    'L' 은 1 - 7이고,
    M1 = M2또는 M1M2,
    X = Y 또는 XY, 인 것을 특징으로 하는 이온 액체 화합물.
  2. 제1항에 있어서, 알킬기는 메틸 및 에틸, 프로필, 부틸, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되고; 아릴기는 벤질 및 페닐, 치환된 벤젠, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되며; 할로겐은 F 및 Cl, Br, I으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이온 액체 화합물.
  3. 제1항에 있어서, NR1R2R3 는 트리알킬아민이고; M1 또는 M2은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고; X 또는 Y는 할로겐인 것을 특징으로 하는 이온 액체 화합물.
  4. 화학식 (I)의 이온 액체 화합물의 제조 공정에 있어서,
    [(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-
    화학식 I
    NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
    R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
    X 또는 Y는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    'n' 은 1 - 4,
    'i' 은 1 - 6,
    'j '은 1 - 4,
    'k' 은 1 - 4,
    'L' 은 1 - 7이고,
    M1 = M2또는 M1M2,
    X = Y 또는 XY이며,
    상기 공정은 하기 단계들:
    i. 화학식NR1R2R3으로 표현되는 아민과 화학식 M1Xj으로 표현되는 금속염을 혼합하여 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-으로 표현되는 이온 염 복합물 전구체를 제조하는 단계;
    ii. 상기 염 복합물 전구체와 화학식 M2Yk으로 표현되는 금속염을 혼합하여 이온 액체 화합물을 수득하는 단계,
    를 포함하는 이온 액체 화합물 제조 공정
  5. 제4항에 있어서, 단계(i)은 -20-100의 온도에서 진행되는 것을 특징으로하는 공정.
  6. 제4항에 있어서, 단계(i)은 에틸 및 아세테이트, 에타놀, 메타놀, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 벤젠, 톨루엔, 디클로로메탄, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택된 용매의 존재하에서 진행되는 것을 특징으로 하는 공정.
  7. 제4항에 있어서, 단계(ii)는 -20-100℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 제4항에 있어서, 단계(ii)는 벤젠 및 톨루엔, 디클로로메탄, 메틸 이소 부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 이들의 결합물의 존재하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 공정.
  9. 제4항에 있어서, 아민 대 금속염의 몰비는 1:0.1-1:0.5인 것을 특징으로하는 공정.
  10. 제4항에 있어서, 이온 염 복합물 전구체 대 금속염의 몰비는 1:3-1:6인 것을 특징으로하는 공정.
  11. 제4항에 있어서, 이온 액체 화합물은 트리에틸아민과 AlCl3 을 혼합하여 이온 염 복합물 전구체, [(Et3N)3-Al]3+[(Cl)3]3 -을 형성하는 공정과 상기 이온 염 복합물 전구체를 AlCl3과 컴플렉싱하는 공정에 의하여 제조된[(Et3N)3-Al]3 +[(AlCl3)6Cl3]3-인 것을 특징으로 하는 공정
  12. 화학식 (II)의 이온 염 복합물 전구체에 있어서,
    [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-
    화학식 II
    NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
    R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
    X 또는 Y는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    'n' 은 1 - 4,
    'i' 은 1 - 6,
    'j '은 1 - 4, 인 것을 특징으로 하는 이온 염 복합물 전구체.
  13. 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[Xj]n-에 의하여 표현되는 이온 염 복합물 전구체를 제조하는 공정에 있어서, 화학식 NR1R2R3의 아민과 화학식 M1Xj의 금속염을 혼합하는 단계를 포함하는 공정
  14. 제13항에 있어서, 이온 염 복합물 전구체는 트리에틸아민과 AlCl3을 혼합하여 제조한 [(Et3N)3-Al]3+[(Cl)3]3 - 인 것을 특징으로 하는 공정.
  15. 20-100의 온도에서, 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-의 이온 액체 화합물의 존재하에서, C1-C20 지방성 화합물 및 C6-C8 방향성 화합물, 헤테로 아릴 화합물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 화합물의 알킬화 반응 및 알릴화 반응, 아실화 반응, Diels Alder 반응, 올리고머 반응으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 반응을 실행하기 위한 공정에 있어서,
    NR1R2R3 는 아민을 나타내고,
    R1및R2, R3 은 독립적으로 알킬 및 아릴, H로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    M1 또는 M2 은Al 및 Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr, 이들의 결합물들로 이루어진 그룹에서 선택된 금속이고,
    X 또는 Y는 할로겐 및 질산염, 설페이트, 술폰산염, 탄산염, 포스포네이트, 아세테이트로 이루어진 그룹에서 선택되며,
    'n' 은 1 - 4,
    'i' 은 1 - 6,
    'j '은 1 - 4,
    'k' 은 1 - 4,
    'L' 은 1 - 7이고,
    M1 = M2또는 M1M2,
    X = Y 또는 XY, 인 것을 특징으로하는 공정.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 반응은 올레핀 및 파라핀, 알킬 또는 아릴할라이드, 디알킬 또는 디아릴설페이트, 디알킬 또는 디아릴카보네이트, 알코올, 카복실산, 에스테르, 티올, 카르벤으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지 반응물을 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 공정.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 반응물은 2-50개의 탄소 원자를 갖는 올레핀 또는 올레핀의 혼합물인 것을 특징으로 하는 공정.
  18. 제15항에 있어서, 이온 액체 화합물 대 상기 화합물의 부피비는 0.01-1.5인 것을 특징으로 하는 공정.
  19. 제15항에 있어서, 상기 이온 액체 화합물을 회수 및 순환하는 단계를 포함하는 공정.
  20. 제15항에 있어서, 상기 이온 액체 화합물은 새로운 이온 액체 화합물 및 재순환 이온 액체 화합물, 이들의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 반응은 벤젠의 알킬화이고 상기 반응은20-100, 바람직하게는 30-60의 온도에서, 화학식 [(NR1R2R3)iM1]n+[(M2Yk)L Xj]n-으로 표현되는 이온 액체 화합물과 적어도 한 개의 알킬화제의 존재하에서, 선형 알킬 벤젠을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  22. 제21항에 있어서, 상기 알킬화제는 적어도 한 개의 C2-C50함유 올레핀과 적어도 한 개의C2-C50함유 파라핀의 혼합물인 것을 특징으로 하는 공정.
  23. 제21항에 있어서, 상기 알킬화제는C10-C14 올레핀과 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 올레핀인 것을 특징으로 하는 공정.
  24. 제21항에 있어서, 벤젠 대 알킬화제의 비는 1:1-20:1, 바람직하게는 6:1-20:1인 것을 특징으로 하는 공정.
  25. 제21항에 있어서, 벤젠의 알킬화가1-10 대기, 바람직하게는 1-6 대기의 압력에서 실행되는 것을 특징으로 하는 공정.
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