KR20200043648A - Method for producing 2,5-furandicarboxylic acid using ionic liquid and carbon dioxide - Google Patents

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KR20200043648A
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing 2,5-furandicarboxylic acid, comprising the following steps: generating an ionic liquid by an acid-base reaction of an organic base and 2-Furoic acid; and conducting a reaction of the ionic liquid, a catalyst, and carbon dioxide to manufacture 2,5-furandicarboxylic acid. By the same, it is possible to manufacture 2,5-furandicarboxylic acid in a high yield by directly conduct reaction in a simple process in a single container. In addition, it is possible to eco-friendly manufacture 2,5-furandicarboxylic acid in large quantities, and have an effect of easy storage and input of raw materials.

Description

이온성 액체와 이산화탄소를 이용한 2,5-퓨란디카르복시산의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING 2,5-FURANDICARBOXYLIC ACID USING IONIC LIQUID AND CARBON DIOXIDE}Manufacturing method of 2,5-furandicarboxylic acid using ionic liquid and carbon dioxide {METHOD FOR PRODUCING 2,5-FURANDICARBOXYLIC ACID USING IONIC LIQUID AND CARBON DIOXIDE}

본 발명은 퓨로익산계 이온성 액체를 이용한 2,5-퓨란디카르복시산의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기성 염기와 2-퓨로익산의 산-염기 반응으로 생성된 이온성 액체와 이산화탄소를 촉매를 사용하여 무용매 조건에서 반응시켜 2,5-퓨란디카르복시산을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing 2,5-furandicarboxylic acid using a fluoroic acid-based ionic liquid, and more specifically, an ionic liquid and carbon dioxide produced by an acid-base reaction of an organic base and 2-furic acid. It relates to a method for producing 2,5-furandicarboxylic acid by reacting in a solventless condition using a catalyst.

제2차 세계대전을 기점으로 공업적 생산 체계를 갖추게 되면서 다양한 수지를 기초로 하는 플라스틱들이 소비재로 대량 생산되기 시작하였다. 특히 1970년대 후반부터는 철강의 생산량을 넘어서서 최근에는 3억톤이 넘는 플라스틱이 전세계에서 생산되고 소비되고 있다. 그러나, 플라스틱은 석유 정제과정에서 나온 나프타를 이용하여 생산되는 것이므로 석유자원의 고갈, 이산화탄소 배출이 문제되고 있으며, 일회용품의 주 재료로 사용되어 제품 사용 후 곧바로 폐기됨에 따라 다량의 플라스틱이 폐기되는데 오랜 기간 썩지 않아 매립이 어렵고 소각하는 경우 다이옥신을 비롯한 발암물질이 대기 상에 배출되어 환경 문제를 초래하고 있어 이에 대한 대체소재에 관한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.With the establishment of an industrial production system starting from World War II, plastics based on various resins began to be mass-produced as consumer goods. In particular, from the late 1970s, more than 300 million tons of plastic has been produced and consumed worldwide, exceeding steel production. However, since plastic is produced using naphtha from the oil refining process, depletion of petroleum resources and carbon dioxide emissions are a problem, and as it is used as the main material for disposable products, it is discarded immediately after using the product. When it is difficult to incinerate because it does not rot, incineration substances such as dioxin are released into the atmosphere, causing environmental problems, and research on alternative materials has been continuously conducted.

플라스틱의 대체제로서 과학자들은 식물 속 전분이나 셀룰로오스를 이용하는 바이오 플라스틱 소재 개발에 전력을 다하고 있다. 특히 바이오 플라스틱 소재 중에서도 각광받는 소재 중 하나가 2,5-퓨란디카르복시산(FDCA: 2,5-Furandicarboxylic acid)을 기반으로 제조되는 플라스틱이다.As a substitute for plastics, scientists are working hard to develop bioplastic materials using starch or cellulose in plants. In particular, one of the materials in the spotlight among bioplastic materials is a plastic manufactured based on 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA).

2,5-퓨란디카르복시산의 경우, 원료 확보 제한이 있는 5-하이드록시메틸푸르푸랄(HMF, 5-Hydroxymethylfurfural)을 귀금속 촉매 존재 하에 공기나 순산소와 같이 폭발성이 있는 산화제를 사용하여 산화반응을 통하여 제조되는 것이 일반적이다. 그러나, 육탄당인 5-하이드록시메틸푸르푸랄은 원료 공급에 어려움이 있어 대량생산이 어렵고, 산화 반응을 거치게 되는 경우 폭발성이 높은 산화제를 사용해야만 한다는 점에서 안전의 위험이 있어 대규모로 2,5-퓨란디카르복시산을 제조하기는 어렵다는 문제점이 있다.In the case of 2,5-furandicarboxylic acid, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), which has limitations in securing raw materials, is used in the presence of a precious metal catalyst to perform an oxidation reaction using an explosive oxidizing agent such as air or pure oxygen. It is generally manufactured through. However, 5-hydroxymethylfurfural, a hexahedral sugar, is difficult to mass-produce due to difficulty in supplying raw materials, and when it undergoes an oxidation reaction, there is a safety risk in that an oxidizing agent having high explosiveness must be used. There is a problem in that it is difficult to prepare furandicarboxylic acid.

따라서, 육탄당인 5-하이드록시메틸푸르푸랄의 산화 공정을 탈피하고 값싸고 풍부한 이산화탄소와 산업적으로 활용성이 높은 물질인 오탄당 물질을 이용하여 2,5-퓨란디카르복시산을 단일 반응으로 제조할 수 있는 공정이 필요하다.Therefore, it is possible to prepare 2,5-furandicarboxylic acid in a single reaction by avoiding the oxidation process of 5-hydroxymethylfurfural, a hexose sugar, and using inexpensive and abundant carbon dioxide and a pentasaccharide material, which is a material having high industrial utility. Process is required.

본 발명의 목적은 유기성 염기와 2-퓨로익산의 산-염기 반응으로 생성된 이온성 액체와 이산화탄소를 촉매를 사용하여 무용매 조건에서 반응시켜 2,5-퓨란디카르복시산을 제조하는 방법을 제공함으로써, 육탄당인 5-하이드록시메틸푸르푸랄의 산화 공정을 탈피하고, 2,5-퓨란디카르복시산을 대량으로 제조할 수 있는 2,5-퓨란디카르복시산 제조방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a method for preparing 2,5-furandicarboxylic acid by reacting an ionic liquid and carbon dioxide generated by an acid-base reaction of an organic base with 2-furic acid under a solventless condition using a catalyst. , It is to provide a method for preparing 2,5-furandicarboxylic acid that can escape the oxidation process of 5-hydroxymethylfurfural, a hexose sugar, and can prepare 2,5-furandicarboxylic acid in large quantities.

본 발명의 또 다른 목적은 오탄당 물질과 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산을 합성시 수분에 영향을 받지 않는 이온성 액체 형태의 오탄당 물질을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a pentagonal substance in the form of an ionic liquid that is not affected by moisture when synthesizing 2,5-furandicarboxylic acid from a pentose substance and carbon dioxide.

본 발명의 또 다른 목적은 오탄당 물질과 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산을 합성시 사용할 수 있는 2,5-퓨란디카르복시산 제조용 촉매를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a catalyst for the production of 2,5-furandicarboxylic acid that can be used in synthesizing 2,5-furandicarboxylic acid from pentose substance and carbon dioxide.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 2,5-퓨란디카르복시산 제조방법에 따라 제조된 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof prepared according to the 2,5-furandicarboxylic acid production method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 반응식 1에 따라, (a) 화학식 1로 표시되는 2-퓨로익산(2-Furoic acid)과 유기성 염기(Base)를 산-염기 반응시켜 화학식 2로 표시되는 이온성 액체를 제조하는 단계; 및 (b) 화학식 2로 표시되는 이온성 액체, 촉매 및 이산화탄소를 반응시켜 화학식 3으로 표시되는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는 단계;를 포함하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, according to Reaction Scheme 1, (a) 2-Furoic acid represented by Chemical Formula 1 (2-Furoic acid) and an organic base (Base) by an acid-base reaction to the ionic represented by Chemical Formula 2 Preparing a liquid; And (b) reacting an ionic liquid represented by Chemical Formula 2, a catalyst, and carbon dioxide to prepare 2,5-furandicarboxylic acid represented by Chemical Formula 3 or a salt thereof; 2,5-furandicarboxylic acid containing or Methods of preparing the salts thereof are provided.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 반응식 1에서, M은 양성자 또는 알칼리 금속 이온이다.In Reaction Scheme 1, M is a proton or alkali metal ion.

또한, 상기 단계 (b)의 촉매가 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 화학식 5로 표시되는 화합물일 수 있다.In addition, the catalyst of step (b) may be a compound represented by Formula 4 or a compound represented by Formula 5.

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 4 및 화학식 5에서, M1 및 M2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 알칼리 금속이고, Y는 피라졸리드([Pyr]-), 이미다졸리드([Im]-), 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 1,2,3-트리아졸리드([3-Triaz]-), 테트라졸리드([Tet]-), 인돌리드([Ind]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나이다.In Chemical Formulas 4 and 5, M 1 and M 2 are the same as or different from each other, and each independently an alkali metal, and Y is pyrazolide ([Pyr] - ), imidazolide ([Im] - ), 1, 2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), 1,2,3-triazolide ([3-Triaz] - ), tetrazolide ([Tet] - ), indolide ([Ind] - ), Benzotriazole ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide ([3-AT] - ).

또한, 상기 화학식 5에서 Y가 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.In addition, in Chemical Formula 5, Y is 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide It may be any one selected from ([3-AT] - ).

또한, 상기 단계 (b)가 무용매 조건으로 수행되는 것일 수 있다.In addition, the step (b) may be performed under a solvent-free condition.

또한, 상기 촉매가 상기 이온성 액체 1mmol 기준으로 1.0 내지 2.0mmol인 것일 수 있다.In addition, the catalyst may be 1.0 to 2.0 mmol based on 1 mmol of the ionic liquid.

또한, 상기 단계 (a)에서 상기 유기성 염기가 1-알킬이미다졸(1-alkylimidazole), 콜린(choline), 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운덱-7-엔(1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene), 트리알킬피리딘(trialkylpyridine), 트리알킬포스핀(trialkylphosphine), 트리아졸(triazoles) 및 테트라졸(tetrazoles) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.In addition, in the step (a), the organic base is 1-alkylimidazole, choline, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undec-7-ene (1 , 8-Diazabicyclo (5.4.0) undec-7-ene), trialkylpyridine, trialkylphosphine, triazoles and tetrazoles May be

또한, 상기 알칼리 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 류비듐 및 세슘 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.In addition, the alkali metal may be any one selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium.

또한, 상기 단계 (b)의 반응이 100 내지 300℃의 온도로 수행되는 것일 수 있다.In addition, the reaction of step (b) may be carried out at a temperature of 100 to 300 ℃.

또한, 상기 단계 (b)의 반응이 (b-1) 상기 반응기에 이산화탄소의 주입과 배출을 1회 내지 10회 수행하여 상기 반응기 내부의 공기를 배출하는 단계; 및 (b-2) 상기 공기가 배출된 상기 반응기 내부에 상기 이산화탄소를 공급하고 화학식 2로 표시되는 이온성 액체를 교반하여 상기 이산화탄소와 상기 이온성 액체를 반응시켜 화학식 3으로 표시되는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.In addition, the reaction of the step (b) (b-1) performing the injection and discharge of carbon dioxide into the reactor 1 to 10 times to discharge the air inside the reactor; And (b-2) 2,5- represented by Chemical Formula 3 by reacting the carbon dioxide and the ionic liquid by supplying the carbon dioxide inside the reactor from which the air is discharged and stirring the ionic liquid represented by Chemical Formula 2 The step of preparing a furandicarboxylic acid or a salt thereof; may be to include.

또한, 상기 단계 (b-2)의 이산화탄소가 50 내지 1,000psi의 압력으로 공급되는 것일 수 있다.In addition, carbon dioxide in step (b-2) may be supplied at a pressure of 50 to 1,000 psi.

또한, 상기 단계 (b-2)의 교반 속도가 300 내지 1,000rpm인 것일 수 있다.In addition, the stirring speed in step (b-2) may be 300 to 1,000 rpm.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 화합물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a compound represented by Chemical Formula 4 or Chemical Formula 5 is provided.

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 화학식 1 및 화학식 2에서, M1 및 M2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 알칼리 금속이고, Y는 피라졸리드([Pyr]-), 이미다졸리드([Im]-), 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 1,2,3-트리아졸리드([3-Triaz]-), 테트라졸리드([Tet]-), 인돌리드([Ind]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나이다.In the above Chemical Formulas 1 and 2, M 1 and M 2 are the same or different from each other, and each independently an alkali metal, and Y is pyrazolide ([Pyr] - ), imidazolide ([Im] - ), 1, 2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), 1,2,3-triazolide ([3-Triaz] - ), tetrazolide ([Tet] - ), indolide ([Ind] - ), Benzotriazole ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide ([3-AT] - ).

또한, 상기 화학식 5에서 Y가 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.In addition, in Chemical Formula 5, Y is 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide It may be any one selected from ([3-AT] - ).

또한, 화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 화합물이 유기 혹은 무기 2-퓨로에이트(2-Furoate)와 이산화탄소를 사용하여 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는데 사용하기 위한 촉매인 것일 수 있다.Further, the compound represented by Chemical Formula 4 or Chemical Formula 5 may be a catalyst for use in preparing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof using organic or inorganic 2-Furoate and carbon dioxide. .

또한, 상기 알칼리 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 류비듐 및 세슘 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.In addition, the alkali metal may be any one selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 2,5-퓨란디카르복시산 제조방법에 따라 제조된 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염이 제공된다.According to another aspect of the present invention, 2,5-furandicarboxylic acid prepared according to the 2,5-furandicarboxylic acid production method or a salt thereof is provided.

본 발명의 2,5-퓨란디카르복시산 제조방법은 유기성 염기와 2-퓨로익산의 산-염기 반응으로 생성된 이온성 액체 및 이산화탄소를 단일 용기 내에서 간단한 공정으로 직접 반응하여 높은 수율의 2,5-퓨란디카르복시산을 제조할 수 있다.The method for producing 2,5-furandicarboxylic acid of the present invention directly reacts ionic liquid and carbon dioxide generated by an acid-base reaction of an organic base and 2-furic acid in a single container in a simple process, resulting in a high yield of 2,5 -Can produce furandicarboxylic acid.

또한, 중국에서 대량 생산 중인 퍼퓨랄을 산화시켜 얻은 2-퓨로익산과 같은 물질을 원료로 사용하여 유기성 염기와 반응시켜 생성된 이온성 액체 및 값싸고 풍부한 이산화탄소를 반응물로 사용하여 2,5-퓨란디카르복시산을 제조하므로, 친환경적이고 대량으로 제조 가능한 효과가 있다.In addition, 2,5-furan is used as a reactant using ionic liquid and cheap and abundant carbon dioxide produced by reacting with an organic base using a material such as 2-furic acid obtained by oxidizing perfural in mass production in China. Since dicarboxylic acid is produced, it is eco-friendly and has an effect capable of being manufactured in large quantities.

또한, 기존에 사용된 흡습성이 높은 기질을 이온성 액체로 대체하여 원료 보관 및 투입이 용이한 효과가 있다.In addition, by replacing the previously used substrate with a high hygroscopicity with an ionic liquid, there is an effect of easy storage and input of raw materials.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 2,5-퓨란디카르복시산의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a는 실시예 3에 따라 생성된 반응물의 LC-MS 스펙트럼이고, 도 2b는 시료 세슘 2-퓨로에이트의 LC-MS 스펙트럼, 도 2c는 시료 세슘 2,5-퓨란디카르복시산의 LC-MS 스펙트럼이다.
Since these drawings are for reference to explain exemplary embodiments of the present invention, the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a flow chart showing a method for producing 2,5-furandicarboxylic acid.
2A is an LC-MS spectrum of the reactant produced according to Example 3, FIG. 2B is an LC-MS spectrum of sample cesium 2-furoate, and FIG. 2C is an LC-MS spectrum of sample cesium 2,5-furandicarboxylic acid to be.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification exists, or that one or more other features or It should be understood that numbers, steps, operations, elements, or combinations thereof do not preclude the presence or addition possibilities of those in combination.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Further, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when a component is said to be "formed" or "stacked" on another component, it may be formed or stacked directly attached to the front or one side of the surface of the other component, but may be intermediate. It should be understood that other components may exist in the.

이하, 본 발명의 이온성 액체와 이산화탄소를 이용한 2,5-퓨란디카르복시산의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a method for producing 2,5-furandicarboxylic acid using the ionic liquid and carbon dioxide of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of claims to be described later.

본 발명의 2,5-퓨란디카르복시산의 제조방법은 이온성 액체와 이산화탄소를 반응시키는 것이다.The method for producing 2,5-furandicarboxylic acid of the present invention is to react ionic liquid with carbon dioxide.

상세하게는, 반응식 1에 따라, (a) 화학식 1로 표시되는 2-퓨로익산(2-Furoic acid)과 유기성 염기(Base)를 산-염기 반응시켜 화학식 2로 표시되는 이온성 액체를 제조하는 단계; 및 (b) 화학식 2로 표시되는 이온성 액체, 촉매 및 이산화탄소를 반응시켜 화학식 3으로 표시되는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는 단계;를 포함하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법이다.In detail, according to Reaction Scheme 1, (a) an acid-base reaction of 2-Furoic acid represented by Chemical Formula 1 and an organic base to prepare an ionic liquid represented by Chemical Formula 2 step; And (b) reacting an ionic liquid represented by Chemical Formula 2, a catalyst, and carbon dioxide to prepare 2,5-furandicarboxylic acid represented by Chemical Formula 3 or a salt thereof; 2,5-furandicarboxylic acid containing or It is a method for preparing the salt.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 반응식 1에서, M은 양성자 또는 알칼리 금속 이온인 것이 바람직하다.In Reaction Scheme 1, M is preferably a proton or alkali metal ion.

또한, 상기 단계 (b)의 촉매가 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 화학식 5로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the catalyst of step (b) is a compound represented by Formula 4 or a compound represented by Formula 5.

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 화학식 4 및 화학식 5에서, M1 및 M2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 알칼리 금속이고, Y는 피라졸리드([Pyr]-), 이미다졸리드([Im]-), 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 1,2,3-트리아졸리드([3-Triaz]-), 테트라졸리드([Tet]-), 인돌리드([Ind]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.In Chemical Formulas 4 and 5, M 1 and M 2 are the same as or different from each other, and each independently an alkali metal, and Y is pyrazolide ([Pyr] - ), imidazolide ([Im] - ), 1, 2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), 1,2,3-triazolide ([3-Triaz] - ), tetrazolide ([Tet] - ), indolide ([Ind] - ), Benzotriazide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide ([3-AT] - ) is preferably one selected from.

Figure pat00009
Figure pat00009

또한, 상기 화학식 5에서 Y가 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-), 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, in Chemical Formula 5, Y is 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ), and 3-amino-1,2,4-triazoli De ([3-AT] - ) is preferably any one selected from.

또한, 상기 단계 (b)가 무용매 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that step (b) is performed under solvent-free conditions.

또한, 상기 촉매가 상기 이온성 액체 1mmol 기준으로 1.0 내지 2.0mmol일 수 있으며, 바람직하게는 1.3 내지 1.8mmol, 보다 바람직하게는 1.5 내지 1.6mmol일 수 있다. In addition, the catalyst may be 1.0 to 2.0 mmol on the basis of 1 mmol of the ionic liquid, preferably 1.3 to 1.8 mmol, more preferably 1.5 to 1.6 mmol.

또한, 상기 단계 (a)에서 상기 유기성 염기가 1-알킬이미다졸(1-alkylimidazole), 콜린(choline), 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운덱-7-엔(1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene), 트리알킬피리딘(trialkylpyridine), 트리알킬포스핀(trialkylphosphine), 트리아졸(triazoles) 및 테트라졸(tetrazoles) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1-알킬이미다졸, 더욱 바람직하게는 1-메틸이미다졸, 1-프로필이미다졸, 1-부틸이미다졸, 더욱 바람직하게는 1-메틸이미다졸을 포함할 수 있다. In addition, in the step (a), the organic base is 1-alkylimidazole, choline, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undec-7-ene (1 , 8-Diazabicyclo (5.4.0) undec-7-ene), trialkylpyridine, trialkylphosphine, triazoles and tetrazoles. And preferably 1-alkylimidazole, more preferably 1-methylimidazole, 1-propylimidazole, 1-butylimidazole, more preferably 1-methylimidazole can do.

또한, 상기 알칼리 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 류비듐 및 세슘 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있으며, 바람직하게는 세슘일 수 있다.In addition, the alkali metal may be any one selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, and preferably cesium.

또한, 상기 단계 (b)의 반응이 100 내지 300℃, 바람직하게는 150 내지 250℃, 보다 바람직하게는 180 내지 230℃의 온도로 수행될 수 있다. 상기 단계 (b)의 반응 온도가 100℃ 미만일 경우 이온성 액체와 이산화탄소의 반응시간이 길어져 바람직하지 않고, 300℃를 초과할 경우 부반응이 증가하여 2,5-퓨란디카르복시산을 제조하기 어려우므로 바람직하지 않다.In addition, the reaction of step (b) may be carried out at a temperature of 100 to 300 ° C, preferably 150 to 250 ° C, more preferably 180 to 230 ° C. When the reaction temperature in step (b) is less than 100 ° C, the reaction time between the ionic liquid and carbon dioxide is long, which is undesirable, and when it exceeds 300 ° C, side reactions increase, making it difficult to prepare 2,5-furandicarboxylic acid. Do not.

또한, 상기 단계 (b)의 반응이 (b-1) 상기 반응기에 이산화탄소의 주입과 배출을 1 내지 10회 수행하여 상기 반응기 내부의 공기를 배출하는 단계; 및 (b-2) 상기 공기가 배출된 상기 반응기 내부에 상기 이산화탄소를 공급하고 화학식 2로 표시되는 이온성 액체를 교반하여 상기 이산화탄소와 상기 이온성 액체를 반응시켜 화학식 3으로 표시되는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step (b) of the reaction (b-1) to perform the injection and discharge of carbon dioxide to the reactor 1 to 10 times to discharge the air inside the reactor; And (b-2) 2,5- represented by Chemical Formula 3 by reacting the carbon dioxide and the ionic liquid by supplying the carbon dioxide inside the reactor from which the air is discharged and stirring the ionic liquid represented by Chemical Formula 2 Preparing a furandicarboxylic acid or a salt thereof.

또한, 상기 단계 (b-2)의 이산화탄소가 50 내지 1,000psi, 바람직하게는 150 내지 500psi, 보다 바람직하게는 250 내지 350psi의 압력으로 공급될 수 있다. 상기 단계 (b-2)의 이산화탄소가 50psi 미만의 압력으로 공급될 경우 2,5-퓨란디카르복시산의 수율이 감소하므로 바람직하지 않고, 1,000psi를 초과할 경우 더 이상 수율 향상을 기대할 수 없으므로 불필요하다.In addition, carbon dioxide of step (b-2) may be supplied at a pressure of 50 to 1,000 psi, preferably 150 to 500 psi, more preferably 250 to 350 psi. When the carbon dioxide of step (b-2) is supplied at a pressure of less than 50 psi, the yield of 2,5-furandicarboxylic acid decreases, which is not preferable, and when it exceeds 1,000 psi, it is unnecessary because yield improvement cannot be expected any more. .

또한, 상기 단계 (b-2)의 교반 속도가 100 내지 1,000rpm, 바람직하게는 300 내지 800rpm, 보다 바람직하게는 400 내지 600rpm일 수 있다. 상기 단계 (b-2)의 교반속도가 100rpm 미만일 경우 이온성 액체, 이산화탄소 및 촉매가 충분히 혼합되지 못하여 2,5-퓨란디카르복시산의 수율이 감소하므로 바람직하지 않고, 1,000rpm을 초과할 경우 더 이상 수율 향상을 기대할 수 없으므로 불필요하다.In addition, the stirring speed of step (b-2) may be 100 to 1,000 rpm, preferably 300 to 800 rpm, more preferably 400 to 600 rpm. When the stirring speed of step (b-2) is less than 100 rpm, the ionic liquid, carbon dioxide, and catalyst are not sufficiently mixed and thus the yield of 2,5-furandicarboxylic acid decreases, which is undesirable, and when it exceeds 1,000 rpm, it is no longer This is unnecessary since yield improvement cannot be expected.

이하, 본 발명의 2,5-퓨란디카르복시산 제조용 촉매에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the catalyst for producing 2,5-furandicarboxylic acid of the present invention will be described.

본 발명의 2,5-퓨란디카르복시산 제조용 촉매는 화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 화합물이다.The catalyst for the production of 2,5-furandicarboxylic acid of the present invention is a compound represented by Formula 4 or Formula 5.

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 화학식 1 및 화학식 2에서,In Formula 1 and Formula 2,

M1 및 M2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 알칼리 금속이고,M 1 and M 2 are the same or different from each other, and each independently an alkali metal,

Y는 피라졸리드([Pyr]-), 이미다졸리드([Im]-), 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 1,2,3-트리아졸리드([3-Triaz]-), 테트라졸리드([Tet]-), 인돌리드([Ind]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나이다.Y is pyrazolide ([Pyr] - ), imidazolide ([Im] - ), 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), 1,2,3-triazolide ([3-Triaz] - ), tetrazolide ([Tet] - ), indolide ([Ind] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-tria Zolid ([3-AT] - ).

Figure pat00012
Figure pat00012

또한, 상기 화학식 5에서 Y가 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In addition, in Chemical Formula 5, Y is 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide It may be any one selected from ([3-AT] - ).

또한, 화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 화합물이 유기 혹은 무기 2-퓨로에이트(2-Furoate)와 이산화탄소를 사용하여 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는데 사용하기 위한 촉매일 수 있다.Further, the compound represented by Chemical Formula 4 or Chemical Formula 5 may be a catalyst for use in preparing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof using organic or inorganic 2-Furoate and carbon dioxide.

또한, 상기 알칼리 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 류비듐 및 세슘 중에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있으며, 바람직하게는 세슘일 수 있다.In addition, the alkali metal may be any one selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, and preferably cesium.

상기 화합물을 이용하여 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하면 유독한 반응물을 사용하지 않고 에너지, 비용 및 시간을 절약하는 공정을 제공할 수 있다.When 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof is prepared using the compound, a process that saves energy, cost, and time without using a toxic reactant may be provided.

따라서, 상기 화합물에 의해 2-퓨로익산(2-Furoic acid)계 이온성 액체와 이산화탄소가 반응하여 단일용기 내에서 간단하게 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염이 제조될 수 있다.Therefore, the 2-Furoic acid-based ionic liquid and carbon dioxide react with the compound to easily prepare 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof in a single container.

본 발명의 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법은 종래방법의 원료 확보 제한이 있고, 육탄당인 5-하이드록시메틸푸르푸랄(HMF: 5-hydroxylfurfural)을 귀금속 촉매 존재하에 공기나 순산소와 같이 폭발성이 있는 산화제를 사용하여 산화반응을 통하여 제조되었던 방법에서 산화 공정을 탈피하고 산업적으로 활용성이 높은 오탄당의 대표물질인 퍼퓨랄을 산화시켜 얻은 2-퓨로익산(FA: 2-Furoic acid)을 유기성 염기와 반응시켜 생성된 이온성 액체를 이산화탄소와 반응시켜 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조할 수 있는 기술을 제공한다.The method for preparing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof of the present invention is limited in securing raw materials in the conventional method, and the hexahedral sugar 5-hydroxylfurfural (HMF: 5-hydroxylfurfural) in the presence of a precious metal catalyst is air or pure oxygen. 2-Furoic acid (FA) obtained by oxidizing perfural, a representative material of pentose, which is highly industrially applicable, by avoiding the oxidation process in a method that has been produced through an oxidation reaction using an explosive oxidizing agent such as ) To react with an organic base to react the ionic liquid produced with carbon dioxide to provide a technique for preparing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof.

또한, 오탄당인 퍼퓨랄을 산화시켜 얻은 2-퓨로익산(FA: 2-Furoic acid)을 유기성 염기와 반응시켜 이온성 액체를 만들어 반응물로 사용하여 기존의 흡습성이 높은 고체 반응물인 세슘 2-퓨로익산염을 액체 상태의 이온성 액체계 반응물로 변경하여 공정 운전의 용이함 및 반응의 효율을 증가시켰다.In addition, 2-puroic acid (FA) obtained by oxidizing perfural, a pentose sugar, is reacted with an organic base to form an ionic liquid and used as a reactant. The salt was changed to a liquid ionic liquid-based reactant to increase the ease of process operation and the efficiency of the reaction.

따라서, 고체를 반응물로 사용한 종래보다 효율적인 공정으로 공정으로 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 대량으로 제공할 수 있다.Therefore, it is possible to provide a large amount of 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof as a process in a more efficient process than a conventional method using a solid as a reactant.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes, and the scope of the present invention is not limited thereby.

제조예Manufacturing example 1: 11: 1 -- 메틸이미다졸리움Methylimidazolium 2- 2- 퓨로에이트Furoate (1-(One- methylimidazoliummethylimidazolium 2-furoate) 2-furoate)

1-메틸이미다졸(1-methylimidazole) 100mmol(8.21g)을 에틸아세테이트(EA:, ethyl acetate) 10mL에 녹이고 2-퓨로익산(FA: 2-Furoic acid) 99mmol(11.10g)을 에틸아세테이트 50mL에 녹인 후 2-퓨로익산 용액을 아이스 배스에 담근 상태에서 1-메틸이미다졸 용액을 한 방울씩 떨어트려 두 용액을 산-염기 반응 시킨다. Dissolve 100 mmol (8.21 g) of 1-methylimidazole in 10 mL of ethyl acetate (EA), and 50 mL of 99 mmol (11.10 g) of 2-Furoic acid (FA) in ethyl acetate After dissolving in the 2-furic acid solution in an ice bath, the 1-methylimidazole solution is dropped dropwise, and the two solutions are acid-base reacted.

1-메틸이미다졸 용액을 모두 떨어트린 뒤 상온에서 1시간 이상 반응시킨 후 에틸아세테이트를 증발기로 제거한 후, 남은 이온성 액체를 디에틸에테르(diethylether)로 3회 이상 세척한다. After dropping all the 1-methylimidazole solution, after reacting at room temperature for 1 hour or more, ethyl acetate is removed by an evaporator, and the remaining ionic liquid is washed three times or more with diethylether.

디에틸에테르를 증발기로 제거한 후 감압 오븐에서 70℃의 온도에서 24시간동안 건조시켜 하기 화학식 6의 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트를 제조하였다. After diethyl ether was removed by an evaporator, the mixture was dried in a reduced pressure oven at a temperature of 70 ° C. for 24 hours to prepare 1-methylimidazolium 2-furate represented by Chemical Formula 6.

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00013
Figure pat00013

제조예Manufacturing example 2: 12: 1 -- 프로필이미다졸리움Profile Imidazolium 2- 2- 퓨로에이트Furoate (1-(One- propylimidazoliumpropylimidazolium 2-furoate) 2-furoate)

1-메틸이미다졸 대신에 1-프로필이미다졸(1-propylimidazole)을 100mmol(11.01g) 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 1-프로필이미다졸리움 2-퓨로에이트를 제조하였다.1-propylimidazole 2-puroate was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 100 mmol (11.01 g) of 1-propylimidazole was used instead of 1-methylimidazole. .

제조예Manufacturing example 3: 13: 1 -- 부틸이미다졸리움Butyl imidazolium 2- 2- 퓨로에이트Furoate (1-(One- butylimidazoliumbutylimidazolium 2- 2- furoatefuroate ))

1-메틸이미다졸 대신에 1-부틸이미다졸(1-butylimidazole)을 100mmol(12.42g) 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 1-부틸이미다졸리움 2-퓨로에이트를 제조하였다.1-butylimidazole 2-puroate was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 100 mmol (12.42 g) of 1-butylimidazole was used instead of 1-methylimidazole. .

제조예Manufacturing example 4: 콜린 2- 4: Choline 2- 퓨로에이트Furoate (( cholinecholine 2- 2- furoatefuroate ))

1-메틸이미다졸 대신에 콜린하이드록사이드(Choline hydroxide) 메탄올 용액(45질량%)을 100mmol(20g) 사용하고, 에틸아세테이트 대신에 메탄올을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 콜린 2-퓨로에이트를 제조하였다.Choline hydroxide was used in the same manner as in Production Example 1, except that 100 mmol (20 g) of choline hydroxide methanol solution (45 mass%) was used instead of 1-methylimidazole, and methanol was used instead of ethyl acetate. 2-Furoate was prepared.

제조예Manufacturing example 5: 15: 1 ,8-,8- 디아자비시클로(5,4,0)운덱Diazabicyclo (5,4,0) undec -7--7- 엔(1,8-Diazabicyclo(5.4.0)Yen (1,8-Diazabicyclo (5.4.0) undec-7-ene)계 undec-7-ene) series 퓨로에이트Furoate

1-메틸이미다졸 대신에 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운덱-7-엔(1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene) 100mmol(15.224g)을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운덱-7-엔계 퓨로에이트를 제조하였다.1,8-Diazabicyclo (5,4,0) undec-7-ene (1,8-Diazabicyclo (5.4.0) undec-7-ene) 100mmol (15.224g) instead of 1-methylimidazole A 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undec-7-ene-based furoate was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that it was used.

제조예Manufacturing example 6:  6: 트리부틸피리디늄Tributylpyridinium 2- 2- 퓨로에이트Furoate

1-메틸이미다졸 대신에 트리부틸피리딘(tributhylpyridine) 100mmol을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 트리부틸피리디늄 2-퓨로에이트를 제조하였다.Tributylpyridinium 2-furoate was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 100 mmol of tributylpyridine was used instead of 1-methylimidazole.

제조예Manufacturing example 7:  7: 트리부틸포스포늄Tributylphosphonium 2- 2- 퓨로에이트Furoate

1-메틸이미다졸 대신에 트리부틸포스핀(tributhylphosphine) 100mmol을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 트릴부틸포스포늄 2-퓨로에이트를 제조하였다.Tributylbutylphosphonium 2-furoate was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that 100 mmol of tributylphosphine was used instead of 1-methylimidazole.

제조예Manufacturing example 8:  8: 세슘트리아졸라이드Cesium triazole (Cs[1,2,4-(Cs [1,2,4- triazolidetriazolide ])])

세슘카보네이트(Cs2CO3) 50mmol(16.3g)과 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole) 100mmol(6.91g)을 메탄올 25mL에 녹이고 하루 동안 환류시켜 반응시킨다.50 mmol (16.3 g) of cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) and 100 mmol (6.91 g) of 1,2,4-triazole (1,2,4-triazole) are dissolved in 25 mL of methanol and reacted by refluxing for one day.

반응 후, 용매인 메탄올을 증발기로 제거한 후 생성된 입자 형태의 염을 감압 오븐에서 100℃의 온도에서 24시간동안 건조시켜 세슘트리아졸라이드를 제조하였다.After the reaction, methanol, a solvent, was removed by an evaporator, and the resulting salt in the form of particles was dried in a vacuum oven at 100 ° C. for 24 hours to prepare cesium triazole.

제조예Manufacturing example 9:  9: 세슘벤조트리아졸라이드Cesium benzotriazole (Cs[(Cs [ BenzotriazolideBenzotriazolide ])])

1,2,4-트리아졸 대신에 벤조트리아졸(Benzotriazole)을 100mmol(11.91g) 사용한 것을 제외하고는 제조예 8과 동일한 방법으로 세슘벤조트리아졸라이드를 제조하였다.Cesium benzotriazole was prepared in the same manner as in Preparation Example 8, except that 100 mmol (11.91 g) of benzotriazole was used instead of 1,2,4-triazole.

제조예Manufacturing example 10: 세슘 2- 10: cesium 2- 퓨로에이트Furoate (Cesium 2-(Cesium 2- FuroateFuroate ))

1,2,4-트리아졸 대신에 2-퓨로익산(FA: 2-Furoic acid) 25mmol(2.80g)을 사용하고, 메탄올 대신에 물 100mL를 사용한 것을 제외하고는 제조예 8과 동일한 방법으로 세슘 2-퓨로에이트를 제조하였다.Cesium in the same manner as in Preparation Example 8, except that 25 mmol (2.80 g) of 2-Furoic acid (FA) was used instead of 1,2,4-triazole and 100 mL of water was used instead of methanol. 2-Furoate was prepared.

실시예Example 1 One

자기 교반기 및 전기 히터가 장착된 고압의 스테인리스 스틸 반응기 100m에 제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 및 탄산세슘(Cs2CO3)의 몰비가 1:1.6이 되도록 각각 5mmol 및 8mmol을 용매 없이 혼합하여 혼합물을 제조하였다. High-pressure stainless steel reactor 100 m equipped with a magnetic stirrer and an electric heater, respectively, so that the molar ratio of 1-methylimidazolium 2-furoate and cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) prepared according to Preparation Example 1 was 1: 1.6, respectively. A mixture was prepared by mixing 5 mmol and 8 mmol without solvent.

상기 혼합물에 80psi 압력으로 이산화탄소를 반응기로 퍼지한 후 대기를 3회 배기시켰다.After purging carbon dioxide into the reactor at 80 psi pressure, the atmosphere was evacuated three times.

500rpm으로 교반하며 220℃까지 가열하고 이산화탄소 압력을 300psi로 상승시킨 다음 압력을 300psi로 유지하면서 12시간동안 반응시켜 하기 화학식 7의 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.While stirring at 500 rpm, heated to 220 ° C., the carbon dioxide pressure was raised to 300 psi, and then the reaction was maintained for 12 hours while maintaining the pressure at 300 psi to prepare a 2,5-furandicarboxylic acid salt of Chemical Formula 7 below.

[화학식 7] [Formula 7]

Figure pat00014
Figure pat00014

상기 구조의 M은 촉매의 알칼리금속 양성자 이온이며 추후 염산 수용액으로 반응시켜 2,5-퓨란디카르복시산으로 전환할 수 있다.  M of the above structure is an alkali metal proton ion of the catalyst and can be converted to 2,5-furandicarboxylic acid by reacting with an aqueous hydrochloric acid solution later.

실시예Example 2 2

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트를 공기 중에 하루 노출시킨 뒤 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1-methylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 1 was exposed to air for one day and then used.

실시예Example 3 3

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 2에 따라 제조된 1-프로필이미다졸리움 2-퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2 in the same manner as in Example 1, except that 1-propylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 2 was used instead of 1-methylimidazolium 2-purate prepared according to Preparation Example 1 , 5-furandicarboxylic acid salt was prepared.

실시예Example 4 4

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 3에 따라 제조된 1-부틸이미다졸리움 2-퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2 in the same manner as in Example 1, except that 1-butylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 3 was used instead of 1-methylimidazolium 2-purate prepared according to Preparation Example 1 , 5-furandicarboxylic acid salt was prepared.

실시예Example 5 5

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 4에 따라 제조된 콜린 2-퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2,5-furandi in the same manner as in Example 1, except that choline 2-furoate prepared according to Preparation Example 4 was used instead of 1-methylimidazolium 2-purate prepared according to Preparation Example 1 A carboxylic acid salt was prepared.

실시예Example 6 6

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 5에 따라 제조된 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운덱-7-엔계 퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.The 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undec-7-ene-based furoate prepared according to Preparation Example 5 was used instead of the 1-methylimidazolium 2-puroate prepared according to Preparation Example 1 A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above.

실시예Example 7 7

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 6에 따라 제조된 트리부틸피리디늄 2-퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2,5 in the same manner as in Example 1, except that tributylpyridinium 2-furoate prepared according to Preparation Example 6 was used instead of 1-methylimidazolium 2-purate prepared according to Preparation Example 1 -Furandicarboxylic acid salt was prepared.

실시예Example 8 8

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 7에 따라 제조된 트리부틸포스포늄 2-퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2,5 in the same manner as in Example 1, except that tributylphosphonium 2-furoate prepared according to Preparation Example 7 was used instead of 1-methylimidazolium 2-purate prepared according to Preparation Example 1 -Furandicarboxylic acid salt was prepared.

실시예Example 9 9

탄산세슘을 사용한 것 대신에 제조예 6에 따라 제조된 세슘트리아졸라이드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that cesium triazide prepared according to Preparation Example 6 was used instead of cesium carbonate.

실시예Example 10 10

탄산세슘을 사용한 것 대신에 제조예 7에 따라 제조된 세슘벤조트리아졸라이드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1 except that cesium carbonate was used instead of cesium benzotriazole prepared according to Preparation Example 7.

실시예Example 11 11

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 210℃까지 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was heated to 210 ° C instead of heating to 220 ° C.

실시예Example 12 12

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 200℃까지 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was heated to 200 ° C instead of heating to 220 ° C.

실시예Example 13 13

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 190℃까지 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was heated to 190 ° C instead of heating to 220 ° C.

실시예Example 14 14

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 180℃까지 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was heated to 180 ° C instead of heating to 220 ° C.

실시예Example 15 15

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 200℃까지 가열하고, 반응 압력을 300psi로 유지한 것 대신에 800psi로 유지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2,5-furandicarboxylic acid salt in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was heated to 200 ° C. instead of heating to 220 ° C., and the reaction pressure was maintained at 800 psi instead of maintaining at 300 psi. Was prepared.

실시예Example 16 16

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 200℃까지 가열하고, 반응 압력을 300psi로 유지한 것 대신에 1040psi로 유지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다. 2,5-furandicarboxylic acid salt in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was heated to 200 ° C instead of heating to 220 ° C, and the reaction pressure was maintained at 1040psi instead of maintaining at 300psi. Was prepared.

실시예Example 17 17

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 200℃까지 가열하고, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비를 1:1.6로 수행한 것 대신에 1:1로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.The reaction temperature was heated to 200 ° C. instead of heating to 220 ° C., and the same as in Example 1, except that the molar ratio of 2-furoate and cesium was 1: 1 instead of 1: 1.6. 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared by the method.

실시예Example 18 18

반응 온도를 220℃까지 가열한 것 대신에 200℃까지 가열하고, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비를 1:1.6로 수행한 것 대신에 1:0.5로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.The reaction temperature was heated to 200 ° C. instead of heating to 220 ° C., and the same as in Example 1 except that the molar ratio of 2-furoate and cesium was 1: 0.5 instead of 1: 1.6. 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared by the method.

비교예Comparative example 1 One

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 10에 따라 제조된 세슘 2-퓨로에이트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.2,5-furandi in the same manner as in Example 1, except that cesium 2-furoate prepared according to Preparation Example 10 was used instead of 1-methylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 1 A carboxylic acid salt was prepared.

비교예Comparative example 2 2

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 제조예 10에 따라 제조된 세슘 2-퓨로에이트를 공기중에 하루 노출시킨 뒤 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.Instead of 1-methylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 1, cesium 2-furoate prepared according to Preparation Example 10 was exposed to air for one day and then used in the same manner as in Example 1 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared.

비교예Comparative example 3 3

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 2-퓨로익산 5mmol을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다. A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that 5 mmol of 2-furic acid was used instead of 1-methylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 1.

비교예Comparative example 4 4

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 1-메틸이미다졸 100mmol(8.21g)과 2-퓨로익산 99mmol(11.10g)을 따로 넣어 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다. Example 1, except that 1-methylimidazole 2- furoate prepared in accordance with Preparation Example 1 was used instead of 1-methylimidazole 100mmol (8.21g) and 2-furoic acid 99mmol (11.10g) In the same manner as 1, 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared.

비교예Comparative example 5 5

제조예 1에 따라 제조된 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트 대신에 1-메틸이미다졸 100mmol(8.21g)과 2-퓨로익산 99mmol(11.10g)을 넣고 3시간 교반 후 반응을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 2,5-퓨란디카르복시산 염을 제조하였다.Instead of 1-methylimidazolium 2-furoate prepared according to Preparation Example 1, 100-mmol (8.21g) and 2-mmol-puric acid 99mmol (11.10g) were added, and then reacted after stirring for 3 hours. A 2,5-furandicarboxylic acid salt was prepared in the same manner as in Example 1, except that.

하기 표 1은 실시예 1 내지 10에 따라 2,5-퓨란디카르복시산 제조의 반응 조건을 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below summarizes the reaction conditions for the production of 2,5-furandicarboxylic acid according to Examples 1 to 10.

구분division 기재materials 기질공기 노출 Substrate air exposure 기질 교반 Substrate agitation 촉매catalyst 2-퓨로에이트:세슘
몰비
2-Furoate: cesium
Mole ratio
반응 압력
(psi)
Reaction pressure
(psi)
반응 온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
실시예 1Example 1 1-메틸이미다졸리움
2-퓨로에이트
1-methylimidazolium
2-Puroate
-- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220
실시예 2Example 2 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 실시예 3Example 3 1-프로필이미다졸리움 2-퓨로에이트1-propylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 실시예 4Example 4 1-부틸이미다졸리움2-퓨로에이트1-butylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 실시예 5Example 5 콜린 2-퓨로에이트Choline 2-Furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220 220 실시예 6Example 6 DBU계 퓨로에이트DBU-based furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 실시예 7Example 7 트리부틸피리디늄 2-퓨로에이트Tributylpyridinium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 실시예 8Example 8 트리부틸포스포늄
2-퓨로에이트
Tributylphosphonium
2-Puroate
-- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220
실시예 9Example 9 1-메틸이미다졸리움
2-퓨로에이트
1-methylimidazolium
2-Puroate
-- -- 세슘트리아졸라이드Cesium triazole 1:1.61: 1.6 300300 220220
실시예 10Example 10 1-메틸이미다졸리움
2-퓨로에이트
1-methylimidazolium
2-Puroate
-- -- 세슘벤조트리아졸라이드Cesium benzotriazole 1:1.61: 1.6 300300 220220
실시예 11Example 11 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 210210 실시예12 Example 12 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 200200 실시예 13Example 13 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 190190 실시예 14Example 14 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 180180 실시예 15Example 15 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 800800 200200 실시예 16Example 16 1-메틸이미다졸리움
2-퓨로에이트
1-methylimidazolium
2-Puroate
-- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 10401040 200200
실시예 17Example 17 1-메틸이미다졸리움
2-퓨로에이트
1-methylimidazolium
2-Puroate
-- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:11: 1 300300 200200
실시예 18Example 18 1-메틸이미다졸리움
2-퓨로에이트
1-methylimidazolium
2-Puroate
-- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:0.51: 0.5 300300 200200
비교예 1Comparative Example 1 세슘 2-퓨로에이트Cesium 2-Furoate -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 비교예 2Comparative Example 2 세슘 2-퓨로에이트Cesium 2-Furoate -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 비교예 3Comparative Example 3 2-퓨로익산2-furic acid -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 비교예 4Comparative Example 4 1-메틸이미다졸 및 2-퓨로익산1-methylimidazole and 2-furic acid -- -- 탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220 비교예 5Comparative Example 5 1-메틸이미다졸 및 2-퓨로익산1-methylimidazole and 2-furic acid --
(3h)

(3h)
탄산세슘Cesium carbonate 1:1.61: 1.6 300300 220220

[시험예] [Test Example]

2,5-2,5- 퓨란디카르복시산Furandicarboxylic acid 염의 구조 확인: LC-MS 분석 Structure confirmation of salt: LC-MS analysis

도 2a는 실시예 3에 따라 생성된 반응물의 LC-MS 스펙트럼, 도 2b는 시료 세슘 2-퓨로에이트의 LC-MS 스펙트럼, 도 2c는 시료 세슘 2,5-퓨란디카르복시산의 LC-MS 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 2a is the LC-MS spectrum of the reactant produced according to Example 3, Figure 2b is the LC-MS spectrum of the sample cesium 2-furate, Figure 2c is the LC-MS spectrum of the sample cesium 2,5-furandicarboxylic acid It is shown.

도 2a 내지 2c에 따르면, 실시예 3에 따라 생성된 반응물이 2,5-퓨란디카르복시산 염인 것을 확인할 수 있다.According to Figures 2a to 2c, it can be confirmed that the reactant produced according to Example 3 is a 2,5-furandicarboxylic acid salt.

전환율, 수율 및 Conversion rate, yield and 선택율Selectivity 분석:  analysis: HPLCHPLC

실시예 1 내지 2의 반응이 종결된 후 상온이 될 때까지 기다리고, 생성된 혼합물을 바이알로 옮겨 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 정량 분석하였다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 장비(Agilent Technologies 1200 series, Bio-Rad Aminex HPX-87 H pre-packed column, and UV-detector)를 사용하여 분석하였으며, 물 중의 H2SO4(0.0005M)를 이동상으로 사용하였다. 또한, 이온성 액체의 전환율 및 퓨란디카르복시산(FDCA:2,5-furandicarboxylic acid)의 수율 계산법은 하기 식 1 및 식 2를 이용한 것일 수 있다.After the reactions of Examples 1 to 2 were terminated, wait until the temperature reached room temperature, and the resulting mixture was transferred to a vial and quantitatively analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC). Analysis was performed using a high performance liquid chromatography (HPLC) instrument (Agilent Technologies 1200 series, Bio-Rad Aminex HPX-87 H pre-packed column, and UV-detector), and H 2 SO 4 (0.0005M) in water was mobile phase. It was used as. In addition, the conversion method of the ionic liquid and the yield calculation method of furandicarboxylic acid (FDCA: 2,5-furandicarboxylic acid) may be those using the following Equations 1 and 2.

[식 1] [Equation 1]

Figure pat00015
Figure pat00015

[식 2] [Equation 2]

Figure pat00016
Figure pat00016

하기 표 2 내지 6의 CFA은 기질에서 2-퓨로에이트의 전환율을 나타내고 YFDCA는 2,5-퓨란디카르복시산 염의 수율을 나타낸다.C FA of Tables 2 to 6 below represents the conversion of 2-furoate in the substrate, and Y FDCA represents the yield of 2,5- furandicarboxylic acid salt.

기질 상태에 따른 영향Effect of temperament state

2-퓨로에이트 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 기질의 종류 및 상태에 따른 영향을 연구하였고 그 결과를 표 2에 나타내었다.The effects of substrate types and conditions on the production of 2,5-furandicarboxylic acid from 2-furoate and carbon dioxide were studied and the results are shown in Table 2.

구분division 기질의 종류Type of temperament 공기 노출 여부Whether air is exposed CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 1Example 1 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- 93.293.2 90.690.6 실시예 2Example 2 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate 91.591.5 85.985.9 비교예 1Comparative Example 1 세슘 2-퓨로에이트Cesium 2-Furoate -- 91.091.0 85.685.6 비교예 2Comparative Example 2 세슘 2-퓨로에이트Cesium 2-Furoate 83.183.1 72.272.2

상기 표 2에 따르면, 기질 5mmol, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비 1:1.6, 반응 온도 220℃, 반응 압력 300psi, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 사용하는 기질을 공기 중에 하루 노출시킨 후 반응한 경우 반응성이 떨어지는 것을 확인하였으며 흡습성이 높은 세슘 2-퓨로에이트의 경우 2,5-퓨란디카르복시산 염의 수율이 85.6%에서 72.2%로 반응성이 현저히 떨어짐을 확인할 수 있다. 이에 반해 이온성 액체는 2,5-퓨란디카르복시산 염의 수율이 90.6%에서 85.9%로 약간의 반응성 저하를 보였지만 여전히 높은 반응성을 보인 것을 확인할 수 있다.According to Table 2 above, when 2,5-furandicarboxylic acid was prepared under the same conditions of 5 mmol of substrate, 2-furoate and cesium molar ratio of 1: 1.6, reaction temperature of 220 ° C, reaction pressure of 300 psi, reaction time of 12 hours, When the substrate used was exposed to air for one day and reacted, it was confirmed that the reactivity was poor. In the case of cesium 2-furoate having high hygroscopicity, the yield of 2,5-furandicarboxylic acid salt was significantly decreased from 85.6% to 72.2%. Can be confirmed. On the other hand, the ionic liquid showed a slight reactivity of 2,5-furandicarboxylic acid salt from 90.6% to 85.9%, but still showed high reactivity.

기질 투입 방법에 따른 영향Effect of substrate input method

기질 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 기질의 투입 방법에 따른 영향을 연구하였고 그 결과를 표 3에 나타내었다.The effect of the substrate input method on the production of 2,5-furandicarboxylic acid from the substrate and carbon dioxide was studied and the results are shown in Table 3.

구분division 기질의 종류Type of temperament 기질 교반 여부
(교반 시간)
Whether the substrate is stirred
(Stirring time)
CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 1Example 1 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate -- 93.293.2 90.690.6 비교예 3Comparative Example 3 2-퓨로익산2-furic acid -- 76.476.4 75.575.5 비교예 4Comparative Example 4 1-메틸이미다졸 및 2-퓨로익산1-methylimidazole and 2-furic acid -- 80.180.1 72.472.4 비교예 5Comparative Example 5 1-메틸이미다졸 및 2-퓨로익산1-methylimidazole and 2-furic acid ○ (3h)○ (3h) 83.583.5 80.180.1

상기 표 3에 따르면, 기질 5mmol, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비 1:1.6, 반응 온도 220 ℃, 반응 압력 300psi, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 이온성 액체를 합성한 뒤 기질로 사용한 실시예 1이 가장 높은 활성을 보였다. 또한, 1-메틸이미다졸과 2-퓨로익산을 각각 넣고 반응을 진행한 비교예 4의 경우, 2-퓨로익산만 넣은 비교예 3과 비슷한 활성을 보이며 이온성 액체를 사용한 경우에 비해 활성이 현저히 떨어지지만 3시간 교반 후 반응한 비교예 5의 경우 다시 반응성이 증가하는 것으로 보아 이온성 액체가 반응에서 중요한 기질 형태임을 확인 할 수 있다.According to Table 3, when the substrate 5mmol, 2-furoate and cesium molar ratio of 1: 1.6, the reaction temperature 220 ℃, the reaction pressure 300psi, the reaction time of 12 hours under the same conditions to prepare 2,5-furandicarboxylic acid, Example 1 used as a substrate after synthesizing an ionic liquid showed the highest activity. In addition, in case of Comparative Example 4 in which the reaction was performed with 1-methylimidazole and 2-furic acid respectively, the activity was similar to that of Comparative Example 3 with only 2-furic acid, and the activity was higher than that in the case of using an ionic liquid. In the case of Comparative Example 5, which reacted after stirring for 3 hours after remarkably dropping, it can be confirmed that the ionic liquid is an important substrate form in the reaction because the reactivity is increased again.

이온성 액체의 영향Effects of ionic liquids

이온성 액체 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 이온성 액체의 영향을 연구하였고 그 결과를 표 4에 나타내었다.The effect of the ionic liquid on the production of 2,5-furandicarboxylic acid from ionic liquid and carbon dioxide was studied and the results are shown in Table 4.

구분division 이온성 액체Ionic liquid CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 1Example 1 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-methylimidazolium 2-furoate 93.293.2 90.690.6 실시예 3Example 3 1-프로필이미다졸리움 2-퓨로에이트1-propylimidazolium 2-furoate 86.886.8 82.782.7 실시예 4Example 4 1-부틸이미다졸리움 2-퓨로에이트1-butylimidazolium 2-furoate 83.883.8 81.481.4 실시예 5Example 5 콜린 2-퓨로에이트Choline 2-Furoate 82.482.4 11.911.9 실시예 6Example 6 DBU계 퓨로에이트DBU-based furoate 72.472.4 20.120.1 실시예 7Example 7 트리부틸피리디늄 2-퓨로에이트Tributylpyridinium 2-furoate 79.879.8 50.750.7 실시예 8Example 8 트리부틸포스포늄 2-퓨로에이트Tributylphosphonium 2-furoate 82.182.1 61.361.3

상기 표 4에 따르면, 기질 5mmol, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비 1:1.6, 반응 온도 220℃, 반응 압력 300psi, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 이온성 액체로 1-메틸이미다졸리움 2-퓨로에이트를 사용한 실시예 1의 2,5-퓨란디카르복시산의 수율이 90.6%로 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 실시예 5 및 6에서 콜린 2-퓨로에이트와 DBU계 퓨로에이트를 반응물로 사용한 경우 이온성 액체와 세슘 촉매 사이의 양이온 교환이 용이하지 못하여 FDCA로 전환을 방해하는 것으로 사료된다.According to Table 4 above, the molar ratio of 5 mmol of the substrate, 2-furoate and cesium is 1: 1.6, the reaction temperature is 220 ° C, 2,5-furandi of Example 1 using 1-methylimidazolium 2-furoate as an ionic liquid when 2,5-furandicarboxylic acid was prepared under the same conditions of reaction pressure of 300 psi and reaction time of 12 hours. It can be seen that the yield of carboxylic acid was the highest at 90.6%. In Examples 5 and 6, when choline 2-furoate and DBU-based furoate were used as reactants, it is thought that cation exchange between the ionic liquid and cesium catalyst is not easy, and thus it is thought to interfere with the conversion to FDCA.

촉매의 영향Effect of catalyst

이온성 액체 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 촉매의 영향을 연구하였고 그 결과를 표 5에 나타내었다.The effect of the catalyst on the production of 2,5-furandicarboxylic acid from ionic liquids and carbon dioxide was studied and the results are shown in Table 5.

구분division 촉매catalyst CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 1Example 1 탄산세슘Cesium carbonate 93.293.2 90.690.6 실시예 9Example 9 세슘트리아졸라이드Cesium triazole 19.719.7 15.415.4 실시예 10Example 10 세슘벤조트리아졸라이드Cesium benzotriazole 23.3423.34 1.11.1

상기 표 5에 따르면, 기질 5mmol, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비 1:1.6, 반응 온도 220℃, 반응 압력 300psi, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 탄산세슘을 촉매로 사용한 실시예 1의 2,5-퓨란디카르복시산의 수율이 90.6%로 가장 높은 것을 확인할 수 있다.According to Table 5 above, the molar ratio of 5 mmol of the substrate, 2-furoate and cesium is 1: 1.6, the reaction temperature is 220 ° C, When 2,5-furandicarboxylic acid was prepared under the same conditions of reaction pressure of 300 psi and reaction time of 12 hours, the yield of 2,5-furandicarboxylic acid of Example 1 using cesium carbonate as a catalyst was the highest at 90.6%. Can be confirmed.

반응 온도 영향Reaction temperature effect

이온성 액체 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 온도의 영향을 연구하였고 그 결과를 표 6에 나타내었다.The effect of temperature on the production of 2,5-furandicarboxylic acid from ionic liquids and carbon dioxide was studied and the results are shown in Table 6.

구분division 반응 온도
(℃)
Reaction temperature
(℃)
CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 1Example 1 220220 93.293.2 90.690.6 실시예 11Example 11 210210 90.490.4 88.288.2 실시예 12Example 12 200200 88.888.8 84.984.9 실시예 13Example 13 190190 46.246.2 15.615.6 실시예 14Example 14 180180 30.130.1 7.67.6

상기 표 6에 따르면, 기질 5mmol, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비 1:1.6, 반응 압력 300psi, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 반응 온도가 220℃인 실시예 1이 이온성 액체 전환율 93.2%, 2,5-퓨란디카르복시산 수율 90.6%로 가장 높은 활성을 나타냈으며 반응 온도가 낮을수록 활성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.According to Table 6 above, when 2,5-furandicarboxylic acid was prepared under the same conditions of a molar ratio of 5 mmol, 2-furoate and cesium of the substrate 1: 1.6, a reaction pressure of 300 psi, and a reaction time of 12 hours, the reaction temperature was 220 ° C. Phosphorus Example 1 showed the highest activity with an ionic liquid conversion rate of 93.2% and a 2,5-furandicarboxylic acid yield of 90.6%, and it was confirmed that the lower the reaction temperature, the significantly lower the activity.

반응 압력 영향Reaction pressure effect

이온성 액체 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 압력의 영향을 연구하였고 그 결과를 표 7에 나타내었다.The effect of pressure on the production of 2,5-furandicarboxylic acid from ionic liquids and carbon dioxide was studied and the results are shown in Table 7.

구분division 반응 압력
(psi)
Reaction pressure
(psi)
CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 12Example 12 300300 88.888.8 84.984.9 실시예 15Example 15 800800 92.292.2 89.189.1 실시예 16Example 16 10401040 89.489.4 83.283.2

상기 표 7에 따르면, 기질 5mmol, 2-퓨로에이트 및 세슘의 몰비 1:1.6, 반응 온도 200℃, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 반응 압력 300psi에서 이온성 액체 전환율 88.8%, 2,5-퓨란디카르복시산 수율 84.9%로 나타났고, 반응 압력이 300psi 이상일 경우 활성에 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. According to Table 7, when 2,5-furandicarboxylic acid was prepared under the same conditions of 5 mmol of substrate, 2-furoate and cesium molar ratio of 1: 1.6, reaction temperature of 200 ° C, reaction time of 12 hours, at a reaction pressure of 300 psi. The ionic liquid conversion rate was 88.8%, 2,5-furandicarboxylic acid yield was 84.9%, and there was no significant change in activity when the reaction pressure was 300 psi or more.

따라서, 반응 압력 외의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때 반응 압력이 더 증가해도 2,5-퓨란디카르복시산의 수율에는 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be seen that when the 2,5-furandicarboxylic acid was prepared under the same conditions other than the reaction pressure, even if the reaction pressure increased, the yield of 2,5-furandicarboxylic acid was not significantly affected.

이온성 액체 및 촉매의 Of ionic liquids and catalysts 몰비Mole ratio 영향 effect

이온성 액체 및 이산화탄소로부터 2,5-퓨란디카르복시산 제조에 대한 이온성 액체에서 2-퓨로에이트 및 촉매에서 세슘의 몰비의 영향을 연구하였고 그 결과를 표 8에 나타내었다.The effect of the molar ratio of cesium on 2-furoate and catalyst in the ionic liquid on the preparation of 2,5-furandicarboxylic acid from ionic liquid and carbon dioxide was studied and the results are shown in Table 8.

구분division 2-퓨로에이트:세슘
몰비
2-Furoate: cesium
Mole ratio
CFA
(%)
C FA
(%)
YFDCA
(%)
Y FDCA
(%)
실시예 12Example 12 1:1.61: 1.6 88.888.8 84.984.9 실시예 17Example 17 1:11: 1 86.286.2 82.482.4 실시예 18Example 18 1:0.51: 0.5 31.231.2 16.516.5

상기 표 8에 따르면, 기질 5mmol, 반응 온도 200℃, 반응 압력 300psi, 반응 시간 12시간의 동일한 조건하에서 2,5-퓨란디카르복시산을 제조했을 때, 이온성 액체에서 2-퓨로에이트 및 촉매에서 세슘의 몰비가 1:1인 실시예 17에서 이온성 액체 전환율 86.2%, 2,5-퓨란디카르복시산 수율 82.4%로 몰비 1:1까지는 큰 변화가 없었지만 몰비 1:0.5로 촉매의 몰수가 이온성 액체의 몰수보다 적은 경우 반응 활성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.According to Table 8 above, the substrate 5mmol, the reaction temperature 200 ℃, Ionic liquid in Example 17 in which the molar ratio of 2-furoate in the ionic liquid and cesium in the catalyst is 1: 1, when 2,5-furandicarboxylic acid is prepared under the same conditions of 300 psi reaction pressure and 12 hours reaction time Conversion rate of 86.2%, 2,5-furandicarboxylic acid yield of 82.4%, there was no significant change until the molar ratio 1: 1, but the molar ratio of 1: 0.5 indicates that the catalyst has a lower number of moles than the molar number of the ionic liquid.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. do.

Claims (16)

반응식 1에 따라,
(a) 화학식 1로 표시되는 2-퓨로익산(2-Furoic acid)과 유기성 염기(Base)를 산-염기 반응시켜 화학식 2로 표시되는 이온성 액체를 제조하는 단계; 및
(b) 반응기 내에서 화학식 2로 표시되는 이온성 액체, 촉매 및 이산화탄소를 반응시켜 화학식 3으로 표시되는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는 단계;를
포함하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법:
[반응식 1]
Figure pat00017

상기 반응식 1에서,
M은 양성자 또는 알칼리 금속 이온이다.
According to Scheme 1,
(a) preparing an ionic liquid represented by Chemical Formula 2 by acid-base reaction of 2-Furoic acid represented by Chemical Formula 1 with an organic base; And
(b) preparing a 2,5-furandicarboxylic acid represented by Chemical Formula 3 or a salt thereof by reacting an ionic liquid represented by Chemical Formula 2, a catalyst, and carbon dioxide in a reactor;
Method for preparing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof comprising:
[Scheme 1]
Figure pat00017

In Reaction Scheme 1,
M is a proton or alkali metal ion.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)의 촉매가 화학식 4로 표시되는 화합물 또는 화학식 5로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법:
[화학식 4]
Figure pat00018

[화학식 5]
Figure pat00019

상기 화학식 4 및 화학식 5에서,
M1 및 M2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 알칼리 금속이고,
Y는 피라졸리드([Pyr]-), 이미다졸리드([Im]-), 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 1,2,3-트리아졸리드([3-Triaz]-), 테트라졸리드([Tet]-), 인돌리드([Ind]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나이다.
According to claim 1,
Method for producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, wherein the catalyst of step (b) is a compound represented by formula (4) or a compound represented by formula (5):
[Formula 4]
Figure pat00018

[Formula 5]
Figure pat00019

In Chemical Formulas 4 and 5,
M 1 and M 2 are the same or different from each other, and each independently an alkali metal,
Y is pyrazolide ([Pyr] - ), imidazolide ([Im] - ), 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), 1,2,3-triazolide ([3-Triaz] - ), tetrazolide ([Tet] - ), indolide ([Ind] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-tria Zolid ([3-AT] - ).
제2항에 있어서,
상기 화학식 5에서 Y가 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 2,
In Chemical Formula 5, Y is 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-triazolide ([ 3-AT] - ) 2,5-furandicarboxylic acid, or a method for producing a salt thereof, characterized in that any one selected from.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)가 무용매 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 1,
Method of producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, wherein step (b) is performed under solvent-free conditions.
제1항에 있어서,
상기 촉매가 상기 이온성 액체 1mmol 기준으로 1.0 내지 2.0mmol인 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 1,
Method for producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, wherein the catalyst is 1.0 to 2.0 mmol based on 1 mmol of the ionic liquid.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 상기 유기성 염기가 1-알킬이미다졸(1-alkylimidazole), 콜린(choline), 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운덱-7-엔(1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene), 트리알킬피리딘(trialkylpyridine), 트리알킬포스핀(trialkylphosphine), 트리아졸(triazoles) 및 테트라졸(tetrazoles) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 1,
In step (a), the organic base is 1-alkylimidazole (1-alkylimidazole), choline (choline), 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undec-7-ene (1,8 -Diazabicyclo (5.4.0) undec-7-ene), trialkylpyridine, trialkylphosphine, triazoles and tetrazoles. Preparation method of 2,5-furandicarboxylic acid or its salt.
제2항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 류비듐 및 세슘 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 2,
Method for producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, wherein the alkali metal is any one selected from lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)의 반응이 100 내지 300℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 1,
Method of producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, wherein the reaction of step (b) is performed at a temperature of 100 to 300 ° C.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)의 반응이
(b-1) 상기 반응기에 이산화탄소의 주입과 배출을 1회 내지 10회 수행하여 상기 반응기 내부의 공기를 배출하는 단계; 및
(b-2) 상기 공기가 배출된 상기 반응기 내부에 상기 이산화탄소를 공급하고 화학식 2로 표시되는 이온성 액체를 교반하여 상기 이산화탄소와 상기 이온성액체를 반응시켜 화학식 3으로 표시되는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
According to claim 1,
The reaction of step (b)
(b-1) performing the injection and discharge of carbon dioxide into the reactor 1 to 10 times to discharge air inside the reactor; And
(b-2) 2,5-furan represented by Chemical Formula 3 by reacting the carbon dioxide and the ionic liquid by supplying the carbon dioxide into the reactor from which the air is discharged, and stirring the ionic liquid represented by Chemical Formula 2 Preparing a dicarboxylic acid or a salt thereof;
Method of producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, characterized in that it comprises.
제9항에 있어서,
상기 단계 (b-2)의 이산화탄소가 50 내지 1,000psi의 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
The method of claim 9,
Method for producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, characterized in that the carbon dioxide of step (b-2) is supplied at a pressure of 50 to 1,000 psi.
제9항에 있어서,
상기 단계 (b-2)의 교반 속도가 300 내지 1,000rpm인 것을 특징으로 하는 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염의 제조방법.
The method of claim 9,
Method for producing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof, characterized in that the stirring speed of step (b-2) is 300 to 1,000 rpm.
화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 화합물.
[화학식 4]
Figure pat00020

[화학식 5]
Figure pat00021

상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
M1 및 M2는 서로 같거나 다르고 각각 독립적으로 알칼리 금속이고,
Y는 피라졸리드([Pyr]-), 이미다졸리드([Im]-), 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 1,2,3-트리아졸리드([3-Triaz]-), 테트라졸리드([Tet]-), 인돌리드([Ind]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-) 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나이다.
A compound represented by Formula 4 or Formula 5.
[Formula 4]
Figure pat00020

[Formula 5]
Figure pat00021

In Formula 1 and Formula 2,
M 1 and M 2 are the same or different from each other, and each independently an alkali metal,
Y is pyrazolide ([Pyr] - ), imidazolide ([Im] - ), 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), 1,2,3-triazolide ([3-Triaz] - ), tetrazolide ([Tet] - ), indolide ([Ind] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ) and 3-amino-1,2,4-tria Zolid ([3-AT] - ).
제12항에 있어서,
상기 화학식 5에서 Y가 1,2,4-트리아졸리드([4-Triaz]-), 벤조트리아졸리드([Bentri]-), 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸리드([3-AT]-) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 12,
In Chemical Formula 5, Y is 1,2,4-triazolide ([4-Triaz] - ), benzotriazolide ([Bentri] - ), and 3-amino-1,2,4-triazolide ( [3-AT] -A compound characterized in that any one selected from.
제12항에 있어서,
화학식 4 또는 화학식 5로 표시되는 화합물이 유기 혹은 무기 2-퓨로에이트(2-Furoate)와 이산화탄소를 사용하여 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염을 제조하는데 사용하기 위한 촉매인 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 12,
A compound characterized by that the compound represented by Formula 4 or Formula 5 is a catalyst for use in preparing 2,5-furandicarboxylic acid or a salt thereof using organic or inorganic 2-Furoate and carbon dioxide .
제12항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 리튬, 나트륨, 칼륨, 류비듐, 및 세슘 중에서 선택된 어느 하나인 것을 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 12,
The alkali metal is a compound, characterized in that any one selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium.
제1항의 방법에 따라 제조된 2,5-퓨란디카르복시산 또는 그의 염.
A 2,5-furandicarboxylic acid prepared according to the method of claim 1 or a salt thereof.
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KR20180106865A (en) * 2017-03-21 2018-10-01 한국생산기술연구원 Method for producing 2,5-furan dicarboxylic acid using an alkali metal-azolide-based catalyst

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